Специалисты Московского авиационного института (МАИ) разработали новый программный модуль для моделирования аэроупругости крыльев, изготовленных из полимерных композиционных материалов. Предложенная методика позволяет на ранних стадиях проектирования выявлять и предотвращать опасные явления, способные привести к разрушению конструкции – такие как флаттер (самовозбуждающиеся колебания) и дивергенция (неконтролируемое закручивание под нагрузкой).
Разработка ведётся в рамках участия вуза в программе «Приоритет-2030». Внедрение результатов в проектный цикл, по оценкам авторов, в разы сократит сроки создания перспективных воздушных судов, в том числе выполненных по схеме «летающее крыло» – одному из наиболее востребованных направлений авиастроения будущего.
Как пояснил начальник бригады аэроупругости и внешних нагрузок лаборатории № 2 НИО-101 МАИ Станислав Коваль, композиты (углепластики и стеклопластики) выигрывают у алюминиевых сплавов в удельной прочности и лёгкости, однако обладают анизотропией: их механические свойства зависят от направления приложения нагрузки. Материал может быть жёстким вдоль волокон, но при поперечном воздействии склонен к расслоению или разрушению, что существенно усложняет расчётные модели.
Главное отличие нового подхода от традиционных – интеграция методов статической и динамической аэроупругости уже на начальных этапах проектирования. Ранее конструкторы сначала проверяли крыло на статическую прочность (изгиб под нагрузкой), а затем переходили к динамическому анализу (вибрационным характеристикам). При обнаружении проблем с флаттером приходилось возвращаться к исходной геометрии и перерабатывать проект. Новая методика позволяет рассматривать все аспекты в единой расчётной модели, что не только ускоряет процесс, но и повышает точность за счёт учёта большего числа параметров.
При этом Станислав Коваль подчеркнул, что по авиационным правилам математические модели обязаны подтверждаться экспериментально. Поэтому в алгоритм заложены инструменты верификации расчётных данных по результатам испытаний динамически подобных моделей.
Практическая ценность инновации заключается в сокращении числа итераций и снижении трудоёмкости конструкторских работ, что напрямую удешевляет разработку новых летательных аппаратов. Метод особенно востребован для сверхзвуковой авиации, где риски, связанные с динамической аэроупругостью, возрастают с ростом скорости. Кроме того, он применим при проектировании простых беспилотных самолётного типа, изготавливаемых из менее жёстких материалов, но вынужденных выдерживать высокие эксплуатационные нагрузки. Не менее актуален комплекс и для возвращаемых космических аппаратов, испытывающих значительное аэродинамическое сопротивление при входе в плотные слои атмосферы.
Работа реализуется в рамках Десятилетия науки и технологий, объявленного Президентом Российской Федерации.
Фото: Пресс-служба МАИ / Архив
Источник : пресс-служба МАИ
