Предложен способ повышения эффективности работы высотного сопла в земных условиях путем регулирования его высотности за счет устройства кольцевой щели в сверхзвуковой его части. Одним из перспективных решений регулирования высотности сопла является применение для двигателя I-ой ступени сопла с большой степенью расширения с давлением на срезе ра = 0,01 – 0,005 МПа, в котором в сверхзвуковой части созданы одна или несколько узких кольцевых щелей. Причем, конструкция щелевого сопла не слишком усложняется. Благодаря последовательному включению в работу отдельных участков сопла, высотная характеристика такого сопла близка к характеристике сопла с идеально регулируемой высотностью. При старте ракеты с Земли атмосферное давление передается через кольцевую щель внутрь сопла. В результате этого происходит принудительный ранний отрыв потока от стенки сопла, вследствие чего в сопле уменьшается перерасширение газа, и сопло работает близко к расчетному режиму. При полете в верхних слоях атмосферы и снижении внешнего давления скачок уплотнения уходит с кромки кольцевой щели на срез сопла и высотное сопло работает полностью.

Определены оптимальные степень расширения сопла и местоположение узкой кольцевой щели в сверхзвуковой части круглого сопла. Установлено, что при организации нескольких кольцевых щелей в сверхзвуковой части высотного сопла диапазон изменения внешнего давления, при котором сохраняется положительный эффект, значительно расширяется. Установка на двигатель первой ступени высотного щелевого сопла, имеющего одну кольцевую щель дает выигрыш в скорости ΔVк = 350 м/с, а оптимизация расположения кольцевой щели в сверхзвуковой части щелевого сопла дает еще прирост конечной скорости ΔVк = 30 м/с.

Ключевые слова: ракета, двигатель, сопло, щель, турбулентность, число Маха, тяга, удельный импульс, масса, расход, давление, плотность.

Семенов Василий Васильевич (Москва, Россия) – доктор технических наук, профессор, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), vasily_semenov@mail.ru.

Иванов Игорь Эдуардович (Москва, Россия) – кандидат физико-математическх наук, доцент, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), ivanovmai@gmail.com.

Крюков Игорь Анатольевич (Москва, Россия) – кандидат физико-математическх наук, старший научный сотрудник, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), ikryukov@gmail.com.

1. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей / А.П. Васильев, В.М. Кудрявцев, В.Д. Курпатенков [и др.]. – М.: Высшая школа, 1993. – 725 с. 

2. Расчет тяговых характеристик сопла с высотной компенсацией / В.В. Семенов, И.Э. Иванов, И.А. Крюков, П.Г. Иванов // Известия вузов. Авиационная техника. – 2008. – №3. – С. 37–40. 

3. Семенов В.В., Талалаев А.А. Оценка эффективности ракетного двигателя при использовании выходного устройства с высотной компенсацией // Авиакосмическая техника и технология. – 2007. – №2. 

4. Анализ возможностей повышения тяговооруженности двигателя 14Д21 за счет использования сопел с регулируемой высотностью / В.В. Семенов, И.Э. Иванов, И.А. Крюков, В.В. Федоров, В.К. Старков //  Тр. НПО«Энергомаш» им. акад. В.П. Глушко. – 2012. – №29. – С. 55–69.

5. Абрамович Г.Н.  Прикладная  газовая  динамика. –  М.:  Наука, 1976. – 888 с. 

6. Иванов И.Э., Крюков И.А. Квазимонотонный метод повышенного порядка точности для расчета внутренних и струйных течений невязкого газа // Математическое моделирование. – 1996. – Т. 8, №6. – С. 47–55. 

7. Численное  решение  многомерных  задач  газовой  динамики / С.К. Годунов, А.В. Забродин, М.Я. Иванов, А.Н. Крайко, Г.П. Прокопов. – М.: Наука, 1976. – 400 с. 

8. Roe P.L. Approximate Riemann solvers, parameter vectors and difference schemes // Journal of Computational Physics. – 1981. – Vol. 43. – Р. 357–372. 

9. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Расчет сверхзвуковых турбулентных течений / Ин-т проблем механики РАН. – М., 2000. – 36 с. – Препринт №793.

Рассмотрена задача по удержанию оторвавшейся лопатки вентилятора турбореактивного авиационного двигателя для обеспечения безопасности пассажиров и экипажа самолета. Описана конструктивная схема, проведены расчеты прочности и степени поглощения энергии удара оторвавшейся лопатки специально разработанным устройством в виде гофрированного защитного пакета (или чехла) из высокопрочной ткани, который может быть установлен на любую конструкцию корпуса вентилятора как из металлических, так и из композиционных материалов без принципиальных изменений схемы компоновки. Рассмотрены методики расчета стенки на пробитие оторвавшейся лопаткой, показано различие результатов расчета по одной из методик и эксперимента для пластичных металлов. Предложена методика расчета металлического корпуса, учитывающая предельную деформацию металла, а также методика расчета комбинированного корпуса, содержащего гофрированный защитный пакет из высокопрочной ткани. Описана проблема применения пластикового композиционного материала для силового корпуса вследствие его резания лопатками вентилятора при отрыве одной из лопаток.

Ключевые слова: корпус вентилятора, лопатка, гофрированный защитный пакет (чехол), композиционный материал, оболочка, ткань, предельная деформация, предел прочности, работа деформирования, кинетическая энергия, защитная способность.

Куртеев Владимир Аркадьевич (Пермь, Россия) – ведущий конструктор, ОАО НПО “Искра”, pioneer241@mail.ru.

Мозеров Борис Георгиевич (Пермь, Россия) – главный конструктор проекта, ОАО НПО “Искра”, pioneer241@mail.ru.

Соколовский Михаил Иванович (Пермь, Россия) – член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор, генеральный конструктор, ОАО НПО “Искра”.

Иноземцев Александр Александрович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, управляющий директор - генеральный конструктор, ОАО «Авиадвигатель».

1. Нормы прочности авиационных двигателей. – 6-е изд. / Центр. ин-т авиац. машиностроения. – М., 2005. 

2. Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования / В.А. Григорян, И.Ф. Кобылкин, В.М. Маринин, Е.Н. Чистяков. – М.: РадиоСофт, 2008. – 406 c. 

3. Ефимов М.Г. Курс артиллерийских снарядов. – М.: Оборонгиз, 1939. – 320 c. 

4. Перспективы применения в средствах индивидуальной бронезащиты  высокопрочных  алюминиевых  сплавов /  Д.Г. Купрюнин, Э.Н. Петрова, С.Ю. Чусов, В.П. Яньков // Вопросы оборонной техники. Сер. 15. – 2013. – Вып. 3(170)–4(171). – С. 51–55. 

5. Лизин В.Т., Пяткин В.А. Проектирование тонкостенных конструкций. – М.: Машиностроение, 1994. – 384 с. 

6. Металлические конструкции. Т. 2. Стальные конструкции зданий  и  сооружений.  Справочник  проектировщика /  под общ. ред. В.В. Кузнецова. – М.: АСВ, 1998. – 512 с. 

7. Ермоленко А.Ф.,  Будадин О.Н.,  Харченко Е.Ф.  Тепловой  метод исследования энергопоглощающей способности композитных броневых преград // Вопросы оборонной техники. Сер. 15. – 2010. – Вып. 3 (158). – С. 23–27. 

8. Харченко Е.Ф., Ермоленко А.Ф. Изменение энергопоглощения текстильных бронематериалов в зависимости от скорости поражающих элементов //  Вопросы  оборонной  техники.  Сер. 15. – 2010. – Вып. 1(156)–2(157). – С. 39–42. 

9. Ермоленко А.Ф.  Модель  послойного  пробития  тканевых и композитных  броневых  преград //  Вопросы  оборонной  техники. Сер. 15. – 2012. – Вып. 1(164)–2(165). – С. 18–23. 

10. Харченко Е.Ф., Зайцева Л.В., Николаева О.В. Влияние модификации  эпоксидных  связующих  на  защитные  характеристики  арамидных композитов // Вопросы оборонной техники. Сер. 15. – 2011. – Вып. 1(160)–2(161). – С. 26–29. 

11. Писаренко Г.С.,  Яковлев А.П.,  Матвеев В.В.  Справочник  по сопротивлению материалов. – Киев: Наукова думка, 1975. – 704 с. 

12. Харченко Е.Ф., Заикин С.В. Материалы на основе арамидных волокон для защиты от холодного оружия // Вопросы оборонной тех-ники. Сер. 15. – 2000. – Вып. 1(122). – С. 28–29.

13. Харченко Е.Ф.,  Заикин С.В.  Исследование  эффективности гибридных композитов для защиты от холодного оружия // Вопросы оборонной техники. Сер. 15. – 1999. – Вып. 1(120)–2(121). – С. 46–47. 

14. Ермоленко А.Ф., Соловьева Е.А. Математическая модель сопротивления проколу мягких защитных материалов // Вопросы обо-ронной техники. Сер. 15. – 2012. – Вып. 1(164)–2(165). – С. 28–32.

15. Исследование свойств композиционных материалов на основе углеродных тканых наполнителей / А.А. Кульков [и др.] // Вопросы оборонной техники. Сер. 15. – 2010. – Вып. 1(156)–2(157). – С. 11–16. 

16. Разработка  рациональных  структур  мягкой  баллистической защиты на основе арамидных нитей Руслан / П.Е. Сафонов, Н.М. Левакова,  С.С.  Юхин,  М.Е.  Буланова //  Вопросы  оборонной  техники. Сер. 15. – 2013. – Вып. 3(170)–4(171). – С. 27–33. 

Описаны особенности реализации комбинированного метода силицирования крупногабаритных заготовок из УУКМ. Его сущность состоит в сочетании альтернативного жидкофазного метода, где прекурсором жидкого кремния выступает нитрид кремния, и паро-жидкофазного метода, заключающегося в испарении кремния и последующей конденсации его паров в порах материала заготовки. Положительные результаты объёмного силицирования были обеспечены проведением процесса капиллярной конденсации паров кремния в интервале температур 1300-1550ºС при наличии перепада температур между температурой паров кремния и температурой заготовки. Образцы из углерод-карбидокремниевого материала с высокой степенью силицирования и с высокой чистотой поверхности получены при реализации комбинированного метода силицирования в два этапа. На первом этапе проводили процесс капиллярной конденсации паров кремния в нагревателе, обеспечивающем более высокую температуру на тиглях с кремнием по сравнению с температурой на силицируемой заготовке. На втором этапе – процесс пропитки материала заготовки жидким кремнием, образующимся при разложении нитрида кремния в нагревателе с равномерным распределением температур по его высоте.

Ключевые слова: заготовка из УУКМ, силицирование, пар кремния, нитрид кремния, жидкий кремний, углеродсодержащий газ, капиллярная конденсация, перепад температур, изотермическая выдержка, жидкофазная пропитка.

Бушуев Вячеслав Максимович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, главный специалист, ОАО «Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов», uniikm@yandex.ru.

Лунегов Сергей Геннадьевич (Пермь, Россия) – инженер-технолог, ОАО «Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов», serega.lunegov@yandex.ru.

Бушуев Максим Вячеславович (Пермь, Россия) – инженер-технолог 2 категории, ОАО «Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов», uniikm@yandex.ru.

1. Кравецкий Г.А.  Жидкофазная  пропитка  углерод-углеродных композиционных материалов с использованием технологических паст // Углеродные  материалы  в  космической  и  авиационной  технике: тез. докл. конф. – Киржач, 1987. – С. 44. 

2. Бушуев В.М., Синани И.Л. Вопросы конструктивного оснащения процесса силицирования крупногабаритных изделий из УУКМ парожидкофазным методом // Новые технологии: материалы ІΧ Всерос. конф. – М.: Изд-во РАН, 2012. – Т. 2. – С. 38–45. 

3. Исследование процесса силицирования жидкофазным методом с использованием в качестве силицирующего агента нитрида кремния / В.М. Бушуев, М.В. Бушуев, В.М. Блинов, Ю.А. Жуков // Перспективные материалы. – 2010. – №9. – С. 53–57. 

4. Нитрид кремния как прекурсор карбида кремния при силицировании углерод-углеродных композиционных материалов / А.Н. Тимофеев, К.В. Михайловский, И.А. Тимофеев, Е.А. Богачёв, Е.Е. Кощуг, А.В. Ширяев // Конструкции из композиционных материалов. – 2012. – №1. – С. 11–16. 

5. Зависимость  эффективности  альтернативного  жидкофазного силицирования УУКМ от давления в реакторе / В.М. Бушуев, А.С. Воробьёв, А.Г. Щурик, И.Л. Синани, М.В. Бушуев // Известия вузов. Химия и химическая технология. – 2012. – Т. 55, №6. – С. 67–70. 

6. Исследование процесса силицирования УУКМ комбинированным  методом  при  различных  давлениях  в  реакторе / М.В.  Бушуев, В.М. Бушуев, А.С. Воробьев, И.Л. Синани // Новые технологии: материалы ІΧ Всерос. конф. – М.: Изд-во РАН, 2012. – Т. 2. – С. 31–37. 

7. Вакуумное  нанесение  пленок  в  квазизамкнутом  объеме / Ю.З. Бубнов, М.С. Лурье, Ф.Г. Старос, Г.А. Филоретов. – М.: Советское радио, 1976. – 161 с. 

8. Чередниченко В.С. Дистилляционные электропечи. – Новосибирск: Изд-во НГТУ. – 2009. – 395 с. 

9. Исаченко В.П. Массообмен при конденсации. – М.: Энергия, 1977. – 240 с. 

10. Sokolkin Yu.V.,  Kotov A.G.,  Chekalkin A.A.  Structural  multistage model of the bearing capacity of carbon-carbon laminate shells // Mechanics of Composite Materials. – 1994. – Vol. 30, №1. – P. 55–60. 

11. Sokolkin Yu.V.,  Postnykh A.M.,  Chekalkin A.A.  Probabilistic model of the strength, crack resistance, and fatigue life of a unidirectional-lyreinforced fibrous composite // Mechanics of Composite Materials. – 1992. – Vol. 28, №2. – P. 133–139. 

12. Чекалкин А.А., Паньков А.А. Лекции по механике конструкций из композиционных материалов. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 1999. – 150 с.

В статье рассмотрена возможность расчета гидравлических характеристик коленообразных газоотводов с помощью программы Ansys CFX. Выполнено численное моделирование течения в трехмерной постановке при использовании моделей турбулентности SST и k-ω с построением структурированной гексагональной сетки. Проведенные исследования позволили определить совместное влияние основных геометрических параметров на газодинамические характеристики коленообразного газоотвода. В результате исследования выполнен подбор параметров численного моделирования и анализ возможных погрешностей, вносимых в модель и эксперимент, позволивших обеспечить приемлемое соответствие расчетных и экспериментальных гидравлических характеристик газоотводов в рабочем диапазоне режимов.

Ключевые слова: численное моделирование, модель турбулентности, гидравлические характеристики, геометрические параметры, коленообразные газоотводы, газотурбинные двигатели.

Хасанов Салават Маратович (Рыбинск, Россия) – кандидат технических наук, инженер-конструктор 1-й категории, ОАО «НПО «Сатурн», Khasanov-salavat@rambler.ru.

Василюк Дмитрий Константинович (Рыбинск, Россия) – начальник расчётно-экспериментальной бригады, ОАО «НПО «Сатурн», roman.kirichenko@npo-saturn.ru.

1. Кулагин В.В. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей  и  энергетических  установок. –  М.:  Машиностроение, 2002. – 616 с. 

2. Жирицкий О.Г., Федан В.Т. Особенности конструкции, характеристики и доводка выхлопных патрубков газотурбинных двигателей НПП «Машпроект» // Известия акад. инженер. наук Украины. – 1999. – Вып. 1. – С. 189–194. 

3. Вершковский С.Н., Котов А.В. Экспериментальное исследование аэродинамических характеристик модели коленообразного газоотвода газотурбинного двигателя // Авиационно-космическая техника и технология. – 2012. – №7. – С. 81–84. 

4. Дейч М.Е.,  Зарянкин А.Е.  Газодинамика  диффузоров  и  выхлопных патрубков турбомашин. – М.: Энергия, 1970. – 384 с. 

5. Жуков Е.Н.,  Хасанов С.М.  Техническая  справка / НПО «Сатурн». – Рыбинск, 2012. – 33 с. 

6. Фрост У., Моулден Т. Турбулентность. Принципы и применения. – М.: Мир, 1980. – 536 с. 

7. Жуков Е.Н.,  Хасанов С.М.,  Василюк Д.К.  Оптимизация  параметров численного моделирования для оценки гидравлических характеристик газоотводов ГТУ // Климовские чтения – 2013: перспективные направления развития авиадвигателестроения: сб. докл. междунар. науч.-техн. конф. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013. – 271 с. 

8. Жуков Е.Н.,  Хасанов С.М.  Техническая  справка / НПО «Сатурн». – Рыбинск, 2013. – 35 с. 

9. Выхлопные патрубки газотурбинных двигателей. Опыт создания  и  новые  разработки /  Ю.В.  Бешинский,  С.Н.  Вершковский, О.Г. Жирицкий [и др.] // Судовое и энергетическое газотурбостроение: науч.-техн.  сб. /  НПКГ «Зоря»-«Машпроект». – Николаев, 2004. – С. 81–84. 

10. Sutherland W. The viscosity ofgas and molecular force // Phil. Mag. – 1983. – №5. – Р. 507–531.

На примере расчета логически сложной прикладной задачи – численного моделирования переходных внутрикамерных процессов при выходе на режим работы ракетного двигателя твердого топлива – приводится сравнение вычислительной производительности рабочей станции, оснащенной мощным многоядерным центральным процессором (CPU INTEL Core i7 4790K LGA 1150), без применения и с применением графического ускорителя (GPU PCI-E Sapphire AMD Radeon R9 290X TRI-X OC 4096 Mb GDDR5). Используется операционная система Linux Open SUSE 13.1 x86-64. Программный комплекс составлен в среде программирования Kdevelop 4.1 (компилятор gcc 4.8.2) в двух вариантах: только для CPU на языке программирования C/C++; для CPU и GPU на языке программирования C/C++ + OpenCL. 

Производительность вычислений при дополнительном использовании графического ускорителя (CPU + GPU, расчет на языке программирования C/C++ + OpenCL) увеличивается более чем в десять раз. 

Ключевые слова: математическое моделирование, ракетный двигатель твердого топлива, программирование, вычислительная производительность рабочей станции, центральный процессор, графический ускоритель. 

Егоров Михаил Юрьевич (Пермь, Россия) – доктор физико-математических наук, профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, egorov-m-j@yandex.ru.

Егоров Сергей Михайлович (Пермь, Россия) – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, ОАО «Научно-исследовательский институт полимерных материалов», know_nothing@bk.ru.

Егоров Дмитрий Михайлович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ОАО «Научно-исследовательский институт полимерных материалов», egorovdimitriy@mail.ru.

1. Численное исследование актуальных проблем машиностроения и механики сплошных и сыпучих сред методом крупных частиц / Ю.М. Давыдов, И.М. Давыдова, М.Ю. Егоров, А.М. Липанов [и др.]; Нац. акад. прикладных наук России. – М., 1995. – 1658 с. 

2. Давыдов Ю.М., Егоров М.Ю., Шмотин Ю.Н. Нестационарные эффекты течения в турбине реактивного двигателя // Докл. АН. – 1999. – Т. 368, №1. – С. 45–49. 

3. Егоров М.Ю.,  Егоров Я.В.,  Егоров С.М.  Исследование  неустойчивости рабочего процесса в двухкамерном РДТТ // Известия вузов. Авиационная техника. – 2007. – №4. – С. 39–43. 

4. Егоров М.Ю., Егоров С.М., Егоров Д.М. Численное исследование переходных внутрикамерных процессов при выходе на режим работы РДТТ // Известия вузов. Авиационная техника. – 2010. – №3. – С. 41–45. 

5. Егоров М.Ю., Егоров Д.М. Численное моделирование внутрикамерных процессов в бессопловом РДТТ // XXIII семинар по струйным,  отрывным  и  нестационарным  течениям:  сб.  тр. /  под  ред. Г.В. Кузнецова [и др.]. – Томск: Изд-во Том. политехн. ун-та, 2012. – С. 124–127. 

6. Егоров М.Ю., Парфёнов А.Ю., Егоров Д.М. Численное исследование динамики внутрикамерных процессов при срабатывании артиллерийского выстрела // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2012. – №32. – С. 50–66. 

7. Егоров М.Ю., Парфёнов А.Ю. Моделирование процесса срабатывания дульного тормоза артиллерийского орудия // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2014. – №36. – С. 165–175. 

8. Егоров М.Ю. Метод Давыдова – современный метод постановки вычислительного эксперимента в ракетном твердотопливном двигателестроении // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2014. – №37. – С. 6–70. 

9. Сенкевич А.В. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы. – М.: Academia, 2014. – 240 с. 

10. Programming Guide. AMD Accelerated Parallel Processing OpenCL. 2011. Advanced Micro Devices.

В статье рассматривается расчет напряженно-деформированного состояния (НДС) линейного упругого ортотропного материала с привлечением метода конечных элементов, реализованный при помощи языка программирования С++. Используется подход «препроцессор ANSYS – собственный решатель – постпроцессор ANSYS». Показывается возможность использования ANSYS для автоматизации формирования конечно-элементной модели при помощи языка параметрического программирования APDL, а также визуализации и анализа результатов расчета собственной программы при помощи постпроцессора ANSYS. Приводятся физические соотношения для линейного упругого ортотропного материала в системе координат, совпадающей с осями симметрии упругих свойств материала. Рассмотрены особенности задания коэффициентов Пуассона для ортотропного материла в зависимости от их положения в записи обобщенного закона Гука. Выводится общий вид матрицы упругости ортотропного материала в осях симметрии упругих свойств для общего случая трехмерного тела. Особое внимание уделяется алгоритму пересчета матрицы упругости материала в систему координат, не совпадающую с осями симметрии упругих свойств. В качестве примера приводятся результаты расчета НДС конической оболочки, моделирующей в первом приближении раструб соплового блока ракетного двигателя на твердом топливе, оси симметрии упругих свойств которой расположены под углом к оси вращения оболочки. Результаты расчета сравниваются с результатами, полученными в пакете ANSYS. Для вычисления значений деформаций и напряжений в узлах конечно-элементной модели используется теория сопряженной аппроксимации. Проведено сравнение результатов расчета в собственной программе и в пакете ANSYS по значениям узловых перемещений, деформаций и напряжений. При расчете узловых перемещений получена хорошая сходимость с расчетом в ANSYS, при расчете узловых деформаций и напряжений сходимость хуже, что свидетельствует о необходимости дальнейшего тестирования метода сопряженной аппроксимации и поиска и анализа других методов расчета узловых деформаций и напряжений.

Ключевые слова: ракетный двигатель твердого топлива, метод конечных элементов, анизотропный материал, численное моделирование, напряженно-деформированное состояние, ANSYS.

Бульбович Роман Васильевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, dekan_akf@pstu.ru.

Павлоградский Виктор Васильевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, rkt@pstu.ru.

Еременко Петр Петрович (Пермь, Россия) – аспирант, ассистент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, ka-ramba@mail.ru.

1. ANSYS Parametric Design Language Guide. ANSYS Release 14.5. ANSYS Inc., 2012.

2. Каплун А.Б., Морозов Е.М. Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера: практическое руководство. – М.: Едиториал УРСС, 2003. – 272 с.

3. Басов К.А. ANSYS: справочник пользователя. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 640 с.

4. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. – М.-Л.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1950. – 299 с.

5. Ташкинов А.А. Упругость анизотропных материалов. Конспект лекций. – Пермь: ПНИПУ, 2010. – 49 с.

6. Темопрочность деталей машин. Под ред. И.А. Биргера и Б.Ф. Шорра. – М.: Машиностроение, 1975. – 455 с.

7. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. – М.: Мир, 1975. – 560 с.

8. Усюкин В.И. Строительная механика конструкций космической техники. – М.: Машиностроение, 1988. – 392 с.

9. Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. – М.: Стройиздат, 1982. – 448 с.

10. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. – М.: Мир, 1979. – 392 с.

Предлагается проект стенда огневых испытаний ракетного двигателя посадочного модуля межпланетного космического летательного аппарата, использующего в качестве горючего порошкообразный алюминий, а в качестве окислителя углекислый газ либо воду. В рассматриваемом ракетном двигателе предполагается использовать добываемый в местах посадки окислитель и доставляемое с Земли горючее. Для получения большей информации о протекании рабочего процесса в камере сгорания необходимо проведение огневых испытаний на специальном стенде. В рамках проекта по разработке такого стенда составлены пирогидравлическая схема, схема измерения и телеметрии, а также решен ряд вопросов, связанных с особенностью организации и моделирования рабочего процесса при наземных испытаниях (НИ). Определен масштаб испытания и рассчитаны номинальные значения параметров компонентов основного и вспомогательного топлив, соответствующие выбранному масштабу. Исключена необходимость использования высокотоксичных и пожароопасных компонентов вспомогательного топлива при проведении НИ путем их замены стендовыми аналогами. Cоставлен перечень параметров, измеряемых и контролируемых при испытаниях. В целом предлагаемый стенд соответствует поставленным перед ним задачам и позволит получить информацию о протекании внутрикамерных процессов в двигателях на порошкообразном металлическом горючем, необходимую для дальнейшего развития концепции.

Ключевые слова: ракетный двигатель посадочного модуля, порошкообразное металлическое горючее, углекислый газ либо вода в качестве окислителя, камера сгорания, форкамера, внутрикамерные процессы, стенд огневых испытаний, пирогидравлическая схема, компоненты ракетного топлива.

Демидов Сергей Сергеевич (Россия, Пермь) – соискатель, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, user.ssd@yandex.ru.

Малинин Владимир Игнатьевич (Россия, Пермь) – доктор технических наук, профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, malininvi@mail.ru.

Бульбович Роман Васильевич (Россия Пермь) – доктор технических наук, профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, dekan_akf@pstu.ru.

1. Shafirovich E.Ya., Shiryaev A.A., Goldshleger U.I. Magnesium and Carbon Dioxide: a Rocket Propellant for Mars Missions //Journal of Propulsion and Power. – 1993. – №9. – Р. 197–203. 

2. Shafirovich E.Ya., Shiryaev A.A., Goldshleger U.I. Mars MultiSample Return Mission // Journal of the British Interplanetary Society. – 1995. – Vol. 48. – Р. 315–319. 

3. Бербек А.М., Малинин В.И. Проект ракетного двигателя, работающего на порошкообразном металлическом горючем и воде в качестве окислителя // Космонавтика и ракетостроение. – 2010. – №1(58). – C. 146–152. 

4. Демидов С.С., Малинин В.И., Бульбович Р.В. Ракетный двигатель на порошкообразном алюминиевом горючем и углекислом газе в качестве окислителя // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2014. – №36. – С. 119–130.

5. Malinin V.I., Berbek A.M. Interplanetary space vehicles rocket engine fed by powdered metal fuel and oxidizer, obtained on a surface of explored space objects // European combustion meeting (ECM2003): Book of Abstracts. Orleans, France, 25–28 October. – Orleans, 2003. – Р. 93. 

6. Малинин В.И., Бербек А.М., Крюков А.Ю. Ракетный двигатель межпланетных аппаратов на порошкообразном металлическом горючем и окислителе, добываемом на поверхности исследуемых космических объектов // Ракетные двигатели и проблемы освоения космического пространства (Космический вызов XXI века) / под ред. И.Г. Ассовского, О.Д. Хайдена. – М.: Торус Пресс, 2005. – Т. 1. – С. 500–502. 

7. Малинин В.И. Внутрикамерные процессы в установках на порошкообразных металлических горючих. – Екатеринбург; Пермь: Изд-во УрО РАН, 2006. – 261 с. 

8. Егоров А.Г.  Процессы  горения  порошкообразного  алюминия в прямоточных камерах реактивных двигательных установок / Самар. науч. центр РАН. – Самара, 2004. – 376 с. 

9. Ягодников Д.А.  Воспламенение  и  горение  порошкообразных металлов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. – 432 с. 

10. Трусов Б.Г. Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах (АСТРА.4). – М., 1991. – 30 с. – Препринт МГТУ. 

11. Галеев А.Г. Основы устройства испытательных стендов для отработки жидкостных ракетных двигателей и двигательных установок / Науч.-исслед.  центр  ракетно-космич.  промышленности. –  Пересвет, 2010. – 178 с.

Проведены испытания по определению циклической трещиностойкости стандартных образцов, изготовленных из гранульного сплава с разной фракцией гранул. Рассмотрены несколько способов оценки циклической трещиностойкости. Выявлено влияние размера гранул, гранульного сплава на основе никеля, на характеристику скорости роста усталостной трещины. Экспериментально подтверждены более информативные по сравнению со стандартными методами методы обработки результатов испытаний. Также подтверждены опытные данные методом микрофрактографии изломов образцов, и определены границы переходных участков кинетической диаграммы с целью определения коэффициентов уравнения Пэриса. Определена сходимость коэффициентов уравнения Пэриса путем перебора экспериментальных точек. Произведена качественная оценка характеристик циклической трещиностойкости гранульного сплава.

Ключевые слова: кинетическая диаграмма, скорость роста усталостной трещины, трещиностойкость, уравнение Пэриса, микроскопия поверхности разрушения, усталостные бороздки.

Узбяков Дмитрий Мубинович (Пермь, Россия) – инженер-исследователь, ОАО «Авиадвигатель», kpm05@rambler.ru.

1. Иноземцев А.А.,  Нихамкин М.Ш.,  Сандрацкий В.Л.  Основы конструирования  авиационных  двигателей  и  энергетических установок. – М.: Машиностроение, 2008. – Т. 4. – 368 с.

2. Нихамкин М.Ш., Вятчанин Д.А. Вероятностная оценка циклической долговечности дисков ГТД из гранулируемых материалов // Известия вузов. Авиационная техника. – 2008. – №1. – С. 70–71. 

3. Малоцикловая усталость и циклическая трещиностойкость никелевого  сплава  при  нагружении,  характерном  для  дисков  турбин / А.А.  Иноземцев,  А.М.  Ратчиев,  М.Ш.  Нихамкин, А.В.  Ильиных, В.Э. Вильдеман, М.А. Вятчанин // Тяжелое машиностроение. – 2011. – №4. – С. 30–33. 

4. Экспериментальная проверка модели суммирования повреждений при циклическом нагружении дисков турбин / А.А. Иноземцев, М.Ш. Нихамкин, А.В. Ильиных, А.М. Ратчиев // Известия Самар. науч. центра РАН. – 2012. – Т. 14, №4–5. – С. 1372–1375. 

5. Nikhamkin M., Ilinykh A. Low Cycle Fatigue and Crack Grow in Powder Nickel Alloy under Turbine Disk Wave FormLoading: Validation of Damage Accumulation Model // Applied Mechanics and Materials. – 2013. – Vol. 467.  – Р. 312–317, available at: http://www.scientific.net/AMM.467/6 (дата обращения: 30.12.2014). 

6. Швечков Е.И. Методы оценки характеристики трещиностойкости при выборе состава и режимов термообработки листов из конструкционных сплавов // Технология легких сплавов. – 2013. – №4. – С. 84–93. 

7. Потапов С.Д., Перепелица Д.Д. Способ обработки результатов испытаний образцов на трещиностойкость с целью определения коэффициентов уравнения Пэриса // Вестник МАИ. – 2010. – Т. 17, №6. – С. 49–54. 

8. Туманов Н.В.,  Лаврентьева М.А.,  Черкасова С.А.  Реконструкция и прогнозирование развития усталостных трещин в дисках авиационных ГТД // Конверсия в машиностроении. – 2005. – №4–5. – С. 98–106. 

9. Туманов Н.В. Механизм устойчивого роста усталостных трещин // Механизмы деформации и разрушения перспективных материалов: тр. XXXV  конф. «Актуальные  проблемы прочности»: в2 т. – Псков, 1999. – Т. 1. – С. 307–314. 

10. Туманов Н.В.  Стадийность  кинетики  усталостных  трещин и механизм  периодического  расслаивания-разрыва //  Деформация  и разрушение материалов: тр. I междунар. конф.: в2 т. / Ин-т металлургии и материаловедения РАН. – М., 2006. – Т. 1. – С. 85–87. 

11. Моделирование устойчивого роста трещин в дисках турбины авиадвигателей при простом и сложном циклах нагружения / Н.В. Туманов, М.А. Лаврентьева, С.А. Черкасова, А.Н. Серветник // Вестник СГАУ. – 2009. – №3(19). – С. 188–199.

12. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. – М.: Металлургия, 1986. – 224 с.

13. Потапов С.Д.,  Перепелица Д.Д.  Исследование  циклической скорости роста трещин в материалах основных деталей авиационных ГТД // Технология легких сплавов. – 2013. – №2. – С. 5–19.

14. Потапов С.Д., Перепелица Д.Д. Способ обработки результатов испытаний образцов на скорость роста трещины при постоянной амплитуде нагружения // Вестник МАИ. – 2012. – Т. 19, №2. – С. 94–101.

Рассмотрен углерод-углеродный материал, где пространственное армирование образовано системой углеродных нитей утка и основы ткани с последующей прошивкой пакета в перпендикулярном направлении высокопрочной низкомодульной углеродной нитью. Основные технологические переделы при изготовлении углерод-углеродного композиционного материала включают следующие этапы: получение углепластика; карбонизация углепластика; высокотемпературная обработка карбонизованного углепластика; получение углерод-углеродного композиционного материала.

Объектом проведенных исследований являлось исследование физических характеристик углерод-углеродного материала на основе ткани полотняного переплетения, наработанной из высокомодульного волокна по основе и утку ткани на трёх основных этапах изготовления материала: после получения углепластиковой заготовки, ее последующей термохимической обработки, включающей карбонизацию при 850ºС и после уплотнения заготовки пиролитическим углеродом.

Проведены работы по исследованию кажущейся плотности и открытой пористости после уплотнения материала пиролитическим углеродом, проведено исследование распределения кажущейся плотности и открытой пористости по толщине материала методом последовательного снятия слоев материала. Определены физико-механические характеристики углерод – углеродного материала.

Ключевые слова: углерод-углеродный композиционный материал, кажущаяся плотность, открытая пористость, предел прочности при изгибе, карбонизация углепластика, высокотемпературная термообработка, уплотнение пироуглеродом.

Долгодворов Александр Викторович (Пермь, Россия) – инженер-контруктор, ОАО «Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов», sanya_dvor@mail.ru.

Докучаев Андрей Георгиевич (Пермь, Россия) – начальник лаборатории, ОАО «Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов», sanya_dvor@mail.ru.

1. Костиков В.И., Варенков А.И. Сверхвысокотемпературные композиционные материалы. – М.: Интермет. Инжиниринг, 2003. – 574 с.

2. Соколкин Ю.В., Вотинов А.М., Ташкинов А.А., Постных А.М., Чекалкин А.А. Технология и проектирование углерод-углеродных композитов и конструкций. – М.: Наука, Физматлит, 1996. – 240 с.

3. Макарова Е.Ю., Соколкин Ю.В., Чекалкин А.А. Структурно-феноменологические модели прогнозирования упругих свойств высокопористых композитов // Вестник Самарского Государственного технического университетата. Серия: Физико-математические науки. – 2010. – № 5 (21). – С. 276-279.

4. Sokolkin Yu.V., Chekalkin A.A., Kotov A.G. A structural multiscale approach to the design of spatially reinforced carbon-carbon composites // Mechanics of Composite Materials. – 1995. – Т. 31, – № 2. – С. 143-148.

5. Долгодворов А.В. Влияние структуры углерод-углеродного материала на механические свойства // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2014. – № 2 (37). – С. 187-201.

6. Sokolkin Yu.V., Kotov A.G., Chekalkin A.A. Structural multistage model of the bearing capacity of carbon-carbon laminate shells // Mechanics of Composite Materials. – 1994. – Т. 30. – № 1. – С. 55-60.

7. Postnykh A.M., Chekalkin A.A., Khronusov V.V. Structural-statistical model of the reliability and durability of the fiber composite // Mechanics of Composite Materials. – 1991. – Т. 26. – № 5. – С. 633-637.

8. Morgan Р. Carbon fibers and their composites. New Western: Tailor&Francis group, 2005. – 1131 p.

9. Коротаев А.Д., Мошков В.Ю., Овчинников С.В. и др. Наноструктурные и нанокомпозитные сверхтвердые покрытия // Физическая мезомеханика. – 2005. – Т.8. – № 5. – С.103-116.

10. Ташкинов А.А., Шавшуков В.А. Микромеханическое моделирование и экспериментальное определение физико-механических свойств углерод-углеродных и углерод-керамических композиционных материалов // Перспективные материалы: Июнь спец. выпуск. – 2010. – С. 213-219.

11. Черноус Д.А., Шилько С.В., Панин С.В. Анализ механического поведения дисперсно-армированного нанокомпозита. Метод расчета эффективных упругих характеристик. // Физическая мезомеханика. – 2010. – Т. 13. – № 4. – С.85-90.

12. Кулик В.И., Борковских В.А., Борковских Н.Н. и др. Структурные и физико-механические характеристики уплотненных пироуглеродом углерод-углеродных композиционных материалов на основе тканевых наполнителей // Вопросы материаловедения. – 2006. – № 3. – С.70-77.

13. Antsiferov V.N., Babushkin A.V., Sokolkin Yu.V., Shatsov A.A., Chekalkin A.A. Features of powder material deformation with cyclic loading // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. – 2001. – Т. 40. – № 11-12. – С. 569-572.

14. Ветошкин С.В., Долгодворов А.В., Сыромятникова А.И. Исследование объемной микроструктуры конструкционного углерод-углеродного композиционного материала и создание компьютерной 3D-модели исследуемого образца // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2014. – № 37. – С. 202-221.

15. Самарина О.Ю., Долгодворов А.В. Исследование микроструктуры конструкционного композиционного материала на этапе получения углерод-углеродного композиционного материала // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2014. – № 38. – С. 140-152.

16. Fizer E., Manocha L.M. Carbon reinforcements and carbon/carbon composites. – Berlin.: Springer, 2008. – 342p.

17. Докучаев А.Г., Бушуев В.М. Выбор технологических параметров процесса уплотнения пироуглеродом вакуумным изотермическим методом карбонизованного углепластика при разработке углеродной основы под силицирование // Перспективные материалы. – 2010. – №9а. – С. 58-64.

18. Долгодворов А.В., Докучаев А.Г., Судюков П.А., Чекалкин А.А. Исследование микроструктуры углерод-углеродного композита 2D+1 при термохимической обработке и насыщении пироуглеродом // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2013. – Т. 79. – № 12. – С. 31-33.

Впервые использовался способ, практическое применение которого подтвердило высокую технологичность изготовления внутреннего теплозащитного покрытия (ТЗП) корпуса ракетного двигателя твердого топлива с тканевым защитно-крепящим слоем (ЗКС) с использованием универсального оборудования. Проведен анализ различных вариантов изготовления ТЗП корпуса с ЗКС из капрона. Разработана технология изготовления модельных образцов, решена задача оптимизации технологии. Подготовлены исходные данные для лабораторных исследований с последующим анализом результатов и выбором оптимального варианта подготовки капрона. Выбран оптимальный вариант изготовления, обеспечивающий требуемое качество внутренней поверхности корпуса. Разработана технологическая инструкция на изготовление внутреннего ТЗП металлического корпуса с тканевым ЗКС.

Предложенная технология позволяет изготавливать внутреннее ТЗП металлического корпуса малого диаметра с удлиненной цилиндрической частью без образования складок капрона и оголения резины, что гарантирует требуемое качество внутренней поверхности корпуса, а также снижает трудоемкость и стоимость изготовления изделия. По данной технологии изготовлено 13 корпусов и успешно проведены два стендовых испытания.

Ключевые слова: тканевый защитно-крепящий слой, металлический корпус, малый диаметр, удлиненная цилиндрическая часть, универсальное оборудование, оправка, чехол ЗКС, разделительный чехол, обжимная оболочка, модельный образец.

Нестеров Борис Анатольевич (Пермь, Россия) – начальник сектора, ОАО НПО “Искра”, nba720@iskra.perm.ru.

Ворожцов Константин Владимирович (Пермь, Россия) – руководитель группы, ОАО НПО “Искра”, vkv720@iskra.perm.ru.

1. Фахрутдинов И.Х., Котельников А.В. Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива. – М.: Машинострое-ние, 1987. – 328 с.

2. Конструкция и отработка РДТТ / А.М. Винницкий, В.Т. Волков, И.Т. Волковицкий, С.В. Холодилов. – М.: Машиностроение, 1980. – 231 с. 

3. Дубинкер Ю.Б.,  Донской А.А.  Эластомерные  теплозащитные материалы. Обзор/ Всерос. ин-т авиац. материалов. – М., 1969.

4. Трофимов А.А., Гейнрих Н.И. Технология нанесения теплозащитного покрытия на малоразмерные конические модели для испытаний в высокотемпературной аэродинамической трубе // Вестник Юж.-Урал. гос. ун-та. Машиностроение. – 2011. – №31(258). – С. 76–80.

5. Воробей В.В., Маркин В.Б. Основы технологии и проектирование корпусов ракетных двигателей. – Новосибирск: Наука, 2003. – 164 с. 

6. Буланов И.М., Воробей В.В. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998. – 516 с. 

7. Генель С.В., Белый В.А., Булгаков В.Я. Применение полимерных материалов в качестве покрытий. – М.: Химия, 1968. – 238 с.