В ПНИПУ придумали, как уменьшить расход топлива самолетов — Naked Science
8 минут
ПНИПУ

В ПНИПУ придумали, как уменьшить расход топлива самолетов

4.7

Технология исследователей Пермского Политеха позволит снизить вес конструкций самолетов и ракет, сохранив их прочность. Более «легкие» изделия при этом уменьшат стоимость продукции, а заодно и расход топлива.

Заправка самолета топливом / ©phototass4.cdnvideo.ru

Результаты работы ученые опубликовали в журнале Lecture Notes in Mechanical Engineering (в печати). «Уменьшение веса деталей позволяет снизить их стоимость и расход топлива. Поэтому сегодня все производители стремятся разработать конструкции с минимальным весом и сохранить их прочность.

Эти задачи можно решить с помощью оптимального проектирования, но оно требует больших затрат. Наша методика позволяет «облегчить» деталь, не изменив ее характеристики», – рассказывает один из разработчиков, выпускник факультета прикладной математики и механики ПНИПУ Марат Бекмансуров.

Исходная трехмерная конструкция / ©Пресс-служба ПНПУ
Исходная трехмерная конструкция / ©Пресс-служба ПНИПУ
Исходное трехмерное тело / ©Пресс-служба ПНИПУ
Исходное трехмерное тело / ©Пресс-служба ПНИПУ

Пермские исследователи предложили способ проектирования конструкций в два этапа. Они последовательно обрабатывали заготовку изделия с помощью двух известных методов – топологической и параметрической оптимизации. Уникальность технологии заключается в том, что разработчики использовали преимущества каждого из способов, обходя их недостатки.

Сначала с помощью первого метода ученые определили оптимальную форму изделий в программном пакете SolidThinking Inspire, чтобы выявить конструкцию с минимальной податливостью при нужном весе. Затем на основе этих данных разработчики построили новые модели, чтобы снизить вес и сохранить прочность изделий. Второй этап они провели с помощью программы Ansys Mechanical APDL и дополнительно написали код.

«Двухэтапная методика заключается в поочередном использовании топологической и параметрической оптимизации. На первом этапе мы находим конструкцию минимальной податливости при заданной массе и наблюдаем тенденцию удаления частей объема. На основе этих данных строится параметрическая модель, масса которой затем минимизируется, и при этом задаются ограничения по напряжениям», – рассказывает разработчик.

Один из разработчиков, выпускник факультета прикладной математики и механики ПНИПУ Марат Бекмансуров / ©Пресс-служба ПНИПУ

Оптимизация топологии – это изменения в конструкции, которые включают в себя удаление границ тела и создание новых, а затем – получение новой формы конструкции. Цель оптимизации топологии – уменьшение или увеличение определенных характеристик конструкции (увеличение жесткости, уменьшение податливости, уменьшение напряжений) при удовлетворении заданным ограничениям, как правило, на объем изделия.

В данном случае пермские ученые нашли форму конструкции с минимальной податливостью с наилучшим распределением материала в нужном объеме. Параметрическая оптимизация предусматривает поиск наилучшего набора параметров изделия. После этого можно получить конструкцию с «облегченным» весом.

Конструкции после топологической оптимизации при 85% от первоначального объема материала / ©Пресс-служба ПНИПУ
Конструкции после топологической оптимизации при 30% от первоначального объема материала / ©Пресс-служба ПНИПУ
Конструкции после топологической оптимизации при 50% от первоначального объема материала / ©Пресс-служба ПНИПУ
Конструкции после топологической оптимизации при 40% от первоначального объема материала / ©Пресс-служба ПНИПУ
Конструкция, полученная с помощью топологической оптимизации / ©Пресс-служба ПНИПУ

Результаты «облегчения» двух типов конструкций подтвердили эффективность и экономичность технологии. Конструкции сохранили прочность, а их вес удалось уменьшить в 2,4 и 6,7 раза относительно изначальной заготовки. По сравнению с аналогами, пермская разработка позволяет учитывать большее количество параметров изделий.

Напряженно-деформированное состояние конструкции после параметрической оптимизации / ©Пресс-служба ПНИПУ
Напряженно-деформированное состояние конструкции после параметрической оптимизации / ©Пресс-служба ПНИПУ

По словам исследователей, технология может найти применение в аэрокосмической отрасли. Использование разработки позволит одновременно получить оптимальную форму конструкций для самолетов и ракет и значительно снизить вес изделий. При этом методика поможет сэкономить средства, вычислительные мощности и сократить время создания деталей.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.
Вчера, 21:38
5 минут
Мария Азарова

Разработчики российского препарата решили пересчитать данные о его эффективности с учетом вакцинации 3,8 миллиона россиян с 5 декабря 2020-го по 31 марта 2021 года.

Вчера, 17:11
9 минут
Александр Березин

Судя по отсутствию человека на водительском сиденье, машиной управлял автопилот. В теории он отслеживает наличие человека за рулем и без него не едет. Но на практике человек всегда может обмануть компьютер. Неспособность компьютера контролировать человека в описываемом случае привела к печальным последствиям. Несмотря на это, по последним данным, автопилот Tesla снижает риск попасть в аварию в девять раз. Впрочем, с одним нюансом.

2 часа назад
2 минуты
Илья Ведмеденко

В Сеть выложили фотографии строящегося первого опытного образца нового легкого самолета ЛМС-901. Поднять машину в небо ранее хотели в конце этого года.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

16 апреля
8 минут
Александр Березин

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

Позавчера, 21:00
7 минут
Василий Парфенов

Уже этой осенью в путешествие отправится крупнейший из созданных человеком космических телескопов — JWST. Он не только сменит на «посту» стремительно устаревающего «Хаббла», но и существенно раздвинет границы нашего понимания Вселенной. Американские астрономы с помощью моделирования показали, насколько быстро этот научный инструмент сможет обнаружить биосигнатуры в атмосферах планет у других звезд.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

26 марта
12 минут
Василий Парфенов

Похоже, история с американскими военными и «неопознанными воздушными феноменами» только набирает обороты. Новое расследование раскрыло многократные встречи нескольких кораблей Военно-морского флота Соединенных Штатов с аномально ведущими себя летательными аппаратами. Причем происходило это вне пределов досягаемости для любого коммерческого дрона или иного известного компактного БПЛА.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: