Методика ПНИПУ защитит детали авиадвигателей от резонансного разрушения
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). 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». 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 расчеты 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. Все 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.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Физики экспериментально подтвердили эффективность ионно-плазменного метода удаления радиоактивных загрязнений с поверхностей металлоконструкций ядерных реакторов. Новая технология позволяет очищать внутриконтурное оборудование от отложений сложного химического состава без образования опасных жидких радиоактивных отходов. Благодаря этому она даст возможность повторно использовать реакторные сплавы и снизит затраты на их переработку.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно