Авиационный двигатель

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.

Название этого маневренного истребителя навеяно формой верхнего крыла, напоминавшего в очертаниях парящую птицу. Такое решение для улучшения обзора из пилотской кабины конструктор Н. Поликарпов применил еще на истребителе И-15, который в 1933 году выкатили из сборочного цеха завода.

Машина развивала скорость 370 км/ч и показала отличную — по сути, рекордную — маневренность. А через два г-рда пилотируемый летчиком-испытателем В. Коккинаки истребитель установил официальный рекорд высоты — 14 575 м. Хорошо вооруженный биплан оказался боеспособным самолетом. Когда началась война в Испании, мощь его 7,62-миллиметровых пулеметов на себе испытали франкистские «фиаты» и «капрони». В 1934 году в воздух поднялся истребитель И-15-бис с более мощным мотором, который позволил машине нести даже 100-килограммовую бомбовую нагрузку. Верхнее крыло биплана утратило изогнутость и крепилось не к фюзеляжу, а стойками к нижней плоскости. Пилот, сидевший чуть позади крыла, уже не видел ту часть неба, которую оно закрывало.

Не случайно на последней модификации поликарповского биплана И-153 крыло вновь обрело форму «чайки».

Сам истребитель, сохранив облик И-15, по летным характеристикам опередил не только прототип, но и многие аналогичные машины мира.

В те времена скоростная авиация только зарождалась, и конструкторы, работая над новой машиной, лишь прицеливались к достоинствам убирающегося шасси.

«Чайку» задумали сравнительно скоростной машиной, поэтому конструкторы прибегли к этому способу уменьшения воздушного сопротивления самолета. И-153 — единственный в мире биплан с убирающимся шасси. Новый истребитель оказался грозным оружием. Советские летчики, дравшиеся с японцами на Халхин-Голе, применяли остроумную тактику. Приближаясь к району боевых действий, они намеренно выпускали шасси в расчете на то, что враг примет «Чайку» за устаревший Й-15. Атака была молниеносной — с убранным шасси истребитель развивал скорость 450 км/ч. В этих же боях впервые' использовались реактивные снаряды РС-82, которые особенно эффективно поражали сразу несколько самолетов.

И-15-бис, а затем И-153 были «летающими лабораториями» для испытания первых в СССР воздушнореактивных двигателей. В конце 30-х годов под руководством А. Щербакова исследовалась возможность установки на винтомоторных боевых самолетах прямоточных ВРД.

С декабря 1939 года по июнь 1940-го И-15-бис с двумя дополнительными ПВРД конструкции И. Меркулова совершил 54 испытательных полета. В 1940 году эксперименты продолжались с «Чайкой». С помощью легких труб ПВРД скорость полета возросла на 51 км/ч.

Век последнего боевого биплана оказался удивительно долгим. В тяжелом 1941 году «Чайки» успешно сражались на фронтах Великой Отечественной войны. Истребитель был настолько проворным, что, управляемый опытным пилотом, мог отстоять свою честь в бою с более скоростными истребителями — монопланами люфтваффе.

ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Размах крыла 10,20 м

Площадь крыла 21,8 кв. м

Длина самолета 6,18 м

Взлетный вес 1858 кг

Вооружение 4 пулемета 7,62-мм; бомбы: 2X50 кг,

4X25 кг или 6 реактивных снарядов РС-82

Бронирование 9-мм брон. плита позади пилота

Двигатель М-62, 1000 л. с.

Максимальная скорость 450 км/ч

Потолок 10 700 м

Максимальная дальность полета (с дополнительными баками) 945 км

«Оружие Победы», Книга создана по материалам «Исторической серии ТМ» журнала ЦК ВЛКСМ «Техника - молодежи», 1975г.