В ПНИПУ придумали, как уменьшить расход топлива самолетов — Naked Science
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, 14:06
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

Вчера, 15:26
Василий Парфенов

Компания Microsoft несколько лет назад намеревалась не изменять номер своей основной операционной системы для компьютеров — «десятка» должна была остаться с нами надолго. Однако очередное крупное обновление, по мнению маркетологов, очевидно, оказалось достойно новой цифры в названии ОС. Windows 11 принесет пользователям не только новые функции, улучшения безопасности и быстродействия, а также измененный дизайн, но и лишится некоторых привычных элементов. Хотя если кто-то и расстроится из-за этого, то скучать будет лишь по парочке из них.

Позавчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

Позавчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
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: