29.07.2020
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.
19 октября
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

19 октября
Мария Осетрова

Ученые из MIT выяснили, что наш мозг не оптимизирован для того, чтобы искать самый короткий маршрут. Вместо этого он выбирает путь, который точнее всего указывает на конечное направление.

Позавчера, 11:03
Александр Березин

Новая работа в авторитетном научном журнале показала, что за восемь месяцев титр антител от мРНК-вакцин падает в десятки раз, а от векторной — на том же аденовирусе, что «Спутник-лайт» — почти не уменьшается вовсе. На сегодня ясно, что снижение уровня антител — главная причина падения защиты от Pfizer с 90% до 47% за полгода. Значит ли это, что страны, поставившие на аденовирусно-векторные вакцины, сделали лучший выбор? И за счет чего они могли опередить такую вроде бы революционную вакцинную платформу, как мРНК? Наконец: действительно ли «Спутник» может повысить риск заражения ВИЧ, как это утверждают медицинские власти ЮАР?

18 октября
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

19 октября
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

15 октября
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: