|
|
 |
|
|
 |
Летать спокойнее: методика ученых ПНИПУ и специалистов завода «Машиностроитель» защитит детали авиадвигателей от резонансного разрушения
Ученые ПНИПУ и специалисты завода «Машиностроитель» разработали методику проектирования звукопоглощающих конструкций, которая позволит заблаговременно просчитывать возникновение резонанса и принимать меры по борьбе с ним (например, менять геометрию или материал конструкции). Это поможет защитить самолеты и другие летательные аппараты от резонансных разрушений.
Стремясь сделать летательные аппараты легче и снизить шум, разработчики модернизируют строение авиадвигателей. Например, используют полимерные композиционные материалы (они легче стандартных металлов и сплавов) и экспериментируют со звукопоглощающими конструкциями (увеличивают их площадь, приближают к источнику шума и т.д.). Однако внесение изменений в такую конструкцию меняет частоты ее колебаний и может вызвать эффект резонанса, а это в свою очередь провоцирует появление повреждений, например, микротрещин, в деталях авиадвигателя и со временем приводит к разрушению всей конструкции. Ученые ПНИПУ и специалисты завода «Машиностроитель» изучили, как характеристики звукопоглощающей конструкции влияют на ее собственные частоты. На основе этого они разработали методику проектирования, которая позволит заблаговременно просчитывать возникновение резонанса и принимать меры по борьбе с ним (например, менять геометрию или материал конструкции). Это поможет защитить самолеты и другие летательные аппараты от резонансных разрушений.
Исследование опубликовано в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника», № 73, 2023. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Ученые исследовали звукопоглощающую конструкцию – панель вентилятора авиадвигателя семейства ПС-90А. Она выполнена из перфорированных слоев полимерного тканого композиционного материала и трубчатого заполнителя, при этом содержит большое количество отверстий.
Обладая достаточно сложной формой, панель вентилятора, как любое физическое тело, характеризуется спектром частот собственных колебаний. Дополнительно на конструкцию действуют внешние динамические нагрузки, вызванные работой вентилятора, турбины, других механизмов и систем авиадвигателя. Если частоты собственных и внешних колебаний совпадут, возникнет резонанс, резкий рост амплитуды колебаний, который может привести к существенной деформации и даже разрушению деталей авиадвигателя. Звукопоглощающие элементы конструкции авиационного двигателя, оказывая значительное влияние на спектр собственных частот, позволяют подавить резонансные явления и снизить акустическое воздействие, в том числе, и на окружающую среду.
При проектировании звукопоглощающих конструкций важно уметь моделировать динамическое поведение и условия возникновения резонанса. Чтобы упростить и ускорить этот процесс, ученые построили расчетную модель динамического поведения звукопоглощающей конструкции из полимерного композитного материала. Все расчёты они провели на специализированном программном обеспечении.
Построенная модель позволила исследовать, как частоты колебаний панели вентилятора зависят от ее формы и упругих характеристик. Ученые выяснили, что изменение толщины, жесткости материала и способа закрепления конструкции значительно влияет на спектр собственных частот, увеличивая или уменьшая их значение. А вот изменение конфигурации перфорирования, схем армирования или структуры пакетов слоистого композита, из которого выполнена конструкция, а также создание в детали предварительных напряжений на частотном спектре сказывается в меньшей мере.
– Данная модель учитывает ключевые параметры: сложную и многосвязную форму, существенную неоднородность и реальное закрепление конструкции, а также микроструктуру композитного материала. Рациональное проектирование изделий достигается благодаря оптимизации по соотношению скорости, затрат вычислительных ресурсов, точности и сходимости расчетов, что и позволяет получить верифицированный результат. Испытания перфорированной композитной панели вентилятора с трубчатым наполнителем подтвердили результаты моделирования колебаний звукопоглощающей конструкции, – отмечает доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ Андрей Чекалкин.
Методика проектирования звукопоглощающих конструкций позволит заблаговременно определять и предотвращать резонансные явления как внутри авиационного двигателя, так и снижать акустическое воздействие на окружающую среду. Как поясняют ученые, построена не только модель динамического поведения конструкции с учетом различных особенностей от микроструктуры материала до способа закрепления конструкции, но и система верификации модели по результатам экспериментов и испытаний. Всё это позволяет провести расчет частот звукопоглощающей конструкции, исследовать условия возникновения резонансных явлений и внести рациональные изменения параметров конструкции для устранения резонанса на рабочих режимах.
Результаты исследования будут полезны на стадии проектирования звукопоглощающих конструкций перспективных авиадвигателей и энергетических установок из полимерных композитов и при их модернизации. Применение разработанной методики и определенных в работе зависимостей значительно упростит и ускорит эти процессы. При этом стадия отработки экспериментальных образцов также станет проще и короче – чем точнее и качественнее моделирование, тем меньше объемы стендовых испытаний.
Контактное лицо: Марина Козаченко (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 06:17, 18.10.2023
Количество просмотров: 135
Страна: Россия
| Исследование ученых Пермского Политеха улучшит долговечность 3D-изделий, ПНИПУ, 04:25, 18.12.2024, Россия |
14 |
| Аддитивные технологии широко используются в тяжелом машиностроении и позволяют создавать очень точные и сложные конструкции, что невозможно при традиционных методах. Однако неравномерные свойства этих материалов снижают срок их службы, поэтому изменения нужно отслеживать. Ученые ПНИПУ расширили экспериментальную базу программ жизненного цикла 3D-изделий, чтобы обеспечить их качество и долговечность. |
|
| Ученые Пермского Политеха улучшили модель беспламенного горения в двигателях, ПНИПУ, 03:43, 18.12.2024, Россия |
26 |
| Турбулентные завихрения, возникающие внутри авиадвигателя, перемешивают кислород с топливом, что увеличивает скорость реакции горения. Моделирование этих процессов может предсказать поведение материалов и улучшить работу двигателя. Ученые Пермского Политеха выяснили, какой показатель турбулентности корректно использовать для построения модели. |
 |
| Дан старт проекту «Наука от Первых»: площадка для прямого диалога науки, бизнеса и власти, Пресс-служба, 03:35, 18.12.2024, |
17 |
| 10 декабря 2024 года в Москве состоялся торжественный запуск проекта «Наука от Первых», ставший важным шагом на пути к объединению усилий науки, бизнеса и государства. Цель данного амбициозного проекта заключается в интеграции передовых научно-технологических решений в реальный сектор экономики России, что должно способствовать устойчивому развитию и технологическому прогрессу в стране. |
|
| Ученые Пермского Политеха предложили модель для оптимизации гибки стальных листов, ПНИПУ, 04:36, 12.12.2024, Россия |
551 |
| В строительстве часто используют холодную гибку: металлу под давлением придают определенную форму без применения высоких температур. Однако если неправильно задать условия процесса, то можно получить некачественную деталь. Ученые Пермского Политеха предложили модель для оптимизации этого метода, что поможет подобрать лучшие режимы изготовления. |
 |
|
|
|
|
|
|
Разделы //
Новости по странам //
Сегодня у нас публикуются //
|
|
