#самолеты

Обледенение конструктивных элементов авиадвигателей может приводить к трагическим последствиям. Для борьбы с ним используется различные противообледенительные системы — механические, электроимпульсные, электротепловые, газодинамические и другие. Однако сам процесс обледенения изучен недостаточно, практически отсутствуют исследования обледенения при вибрациях, нет описания механизмов образования льда для различных амплитуд и частот колебаний. Проведя более 40 вычислительных экспериментов, ученые Пермского Политеха установили, как вибрация влияет на обледенение авиадвигателей.

Легкие и прочные материалы представляют интерес для передовых отраслей промышленности, таких как авиа- и ракетостроение. Так, при изготовлении деталей самолетов вместо металлов все чаще используются поликомпозиты. Однако для некоторых элементов авиадвигателей их прочностные характеристики не достаточны. Ученые Пермского Политеха предлагают решить эту проблему с помощью новой разработки - защитного противоударного покрытия на основе полиуреи.

Шумоподавляющие конструкции – неотъемлемый элемент современных авиадвигателей. Они представляют собой ячеистую структуру из полимерных композиционных материалов, которая за счет резонансного взаимодействия поглощает акустические волны. Требования Международной организации гражданской авиации к уровню звукопоглощения таких конструкций постепенно ужесточаются. Чтобы отечественное авиастроение шло в ногу со временем, ученые Пермского Политеха спроектировали «интеллектуальную» шумоподавляющую конструкцию с эффективным звукопоглощением в широком диапазоне частот.

В целях обеспечения технологического суверенитета России государство решило заменить почти все импортные самолеты на отечественные. Так на смену американскому Boeing и французскому Airbus должны прийти российские ТУ-214, Sukhoi Superjet 100 new и МС-21-310. Правительство установило задачу поставить в парк не менее 339 новых пассажирских лайнеров к 2030 году. Пермский край получил госзаказ на изготовление более 300 больших авиадвигателей типа ПД-35, ПД-14, ПД-8 и ПС-90А. Чтобы успеть в срок, необходимы огромные денежные вложения, создание дополнительных производственных мощностей и внедрение новых высокотехнологичных решений. Самым трудоемким в производстве двигателей является узел газовой турбины, так как сопловые лопатки, расположенные в нем, представляют собой геометрически сложную конструкцию. Их изготовление стоит больших финансовых средств и занимает очень много времени. А из-за низкой эффективности станков для обработки очень часто не обеспечивается точность и необходимая шероховатость, а также появляются дефекты - трещины и шлифовочные прижоги. Все это приводило к браку, снижению мощности двигателя и увеличенному расходу топлива. Ученые Пермского Политеха нашли способ, как повысить производительность и сократить расходы на изготовление деталей для авиационных двигателей.

Говоря об углепластиках, на ум сразу же приходят самолеты. В настоящее время конструкции из композитов все активнее используют при строительстве гражданской и военной авиатехники. По своим свойствам композиционный материал в несколько раз превышает характеристики металла: он гораздо легче, прочнее, выдерживает сильные нагрузки, экстремальные температуры и устойчив к воздействию агрессивных сред. В отличии от металла углепластик не поддается сварке, поэтому для его крепления создаются специальные отверстия. Ученые Пермского Политеха исследовали влияния режущего инструмента на качество получаемых отверстий и определили метод, который позволяет сверлить композиционный материал абсолютно без расслоек. Предложенная стратегия сверления обеспечивает импортозамещение и получение отверстий высокого качества в различных областях применения полимерных композиционных материалов.

В процессе создания деталей для самолетов обрабатывают сложнопрофильные поверхности. В частности, к ним относятся профили компрессорных лопаток газотурбинных двигателей. Управление параметрами режимов обработки таких изделий – достаточно трудоемкий процесс, так как нормативной базы данных для него пока нет. Ученые Пермского Политеха нашли способ обеспечить необходимую точность изготовления лопаток двигателей. Они описали процессы их деформации, на которые влияет большое количество конструктивно-технологических и геометрических факторов. Полученные данные можно использовать для создания управляющих программ автоматизированного изготовления деталей на станках с числовым программным управлением. Это позволит эффективно выбирать сочетания управляемых параметров режима их обработки и повысить качество отечественных двигателей.

Исследователи из Сколтеха напечатали на 3D-принтере образцы из прежде не изученных сплавов стали и бронзы и определили их механические характеристики. Сочетая в себе ценные свойства обоих основных компонентов, эти новые железо-медные сплавы могут найти применение в двигателях самолетов и ракет: можно изготовить камеру сгорания, которой сталь придаст высокую жаростойкость, а бронза — необходимую теплопроводность, чтобы не допускать перегрева.

Современное производство металлических изделий всегда включает предварительные испытания материалов. Они необходимы для изучения поведения металлов в процессе эксплуатации. Эта процедура помогает заранее предотвратить возможные неисправности и сохранить ресурсы производства. Исследователи из Пермского Политеха создали устройство для испытания твердых материалов на растяжение. В отличие от аналогов, разработка позволит увеличить перечень необходимых характеристик и повысить точность диагностики.

При создании ракетно-космической техники зачастую используют материалы с «усиленной» структурой — пространственно-армированные композиты. Регулируя схему плетения, количество и тип волокон, можно получать изделия с различными характеристиками, например, повышать их прочность и упругость. Современные технологии позволяют заранее прогнозировать свойства нового материала, не проводя дорогостоящие эксперименты. Сегодня программные решения создают идеализированные модели, которые не учитывают влияния реальных факторов. Ученые Пермского Политеха разработали алгоритм, программный комплекс и компьютерные геометрические модели, которые впервые позволят «предсказывать» реальное состояние будущего материала. Это позволит усовершенствовать качество деталей самолетов и ракет.

Управление современным самолетом базируется на получении достоверной информации о техническом состоянии его авиационных двигателей. Сложность и высокий уровень эксплуатационных нагрузок турбомашин способствуют увеличению вероятности отказов датчиков измерения параметров двигателей. Для повышения надежности системы автоматического управления двигателя важно усилить существующий механизм резервирования. Решая эту задачу, ученые Пермского Политеха разработали алгоритмический метод повышения отказоустойчивости системы управления двигателем. Он уже был протестирован на данных испытаний отечественного авиадвигателя типа ПС-90А и сейчас ведутся работы по непосредственной апробации технологии. Исследование способствует обеспечению технологического суверенитета России.

Сегодня во многих областях промышленности успешно используют металлические детали, полученные с помощью 3D-печати. В частности, послойная проволочная наплавка позволяет получать различные крупногабаритные изделия для авиастроения: обтекатели для двигателей, детали корпуса самолетов и другие части конструкций. Но в них часто встречаются дефекты – в частности, неравномерная структура и пористость. Эти особенности снижают их качество и механические свойства: прочность и стойкость к износу. Ученые Пермского Политеха изучают влияние вибрационных воздействий на процесс проволочной наплавки, который используют при создании металлических изделий. Разработчики создали математическую модель, которая позволит наиболее эффективно и качественно изготовлять новые детали.

Новый программный модуль сделает самолеты более энергоэффективными, надежными и безопасными за счет инновационного подхода к построению следящих электромеханических рулевых приводов самолета.

Графен обладает уникальными свойствами и используется в аэрокосмической и автомобильной промышленности, а также в гибкой электронике. В частности, его можно будет использовать в фюзеляжах и крыльях самолетов для борьбы с обледенением, а также в изготовлении легких кузовов автомобилей. Он отличается высокой прочностью, гибкостью и легкостью, проводит тепло и электричество, может работать при высоком напряжении. Однако сейчас нет устоявшегося метода печати из этого материала. Исследователи из Пермского Политеха разработали такую технологию. Она позволит повысить качество готового продукта и сократить расходы предприятий. Отечественная разработка поможет обеспечить технологический суверенитет России.

В лаборатории поверхностных сил подведомственного Минобрнауки России Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН проанализировали эволюцию тонкого слоя пропитки для «скользких покрытий с пропиткой» (SLIPS) при контактах с водной средой. Анализ поверхностных сил, действующих в этом тонком слое, показал, что во многих случаях он теряет термодинамическую устойчивость и разрушается.

В ответственных конструкциях авиационного, космического и нефтехимического производства используют полимерные композиционные материалы. В частности, часто применяют слоисто-волокнистые и пространственно-армированные композиты. Из них изготовляют лопатки, корпуса и фюзеляжи авиадвигателей. В процессе эксплуатации они находятся под комплексным воздействием внешних нагрузок. К ним относятся птицы и камни на взлетно-посадочной полосе, град. Это влияет на механические свойства конструкций. Ученые Пермского Политеха создали методику, с помощью которой впервые можно проводить испытания полимерных композитов в условиях комбинированного воздействия различных нагрузок и температур в процессе эксплуатации. Это позволит отслеживать прочность, долговечность и оценивать ресурс важных промышленных конструкций. Методика поможет расширить данные о механическом поведении отечественных авиационных композитов.

Алюминиевые сплавы с магнием, литием и цирконием часто используют в авиационной отрасли и других областях производства. Они обладают уникальными свойствами: низкой плотностью, высокой упругостью и стойкостью к коррозии. Из них изготовляют легкие и тонкие конструкции для летательных аппаратов. Однако в процессе сварки в соединениях могут появляться дефекты в виде пор. Ученые Пермского Политеха нашли способ получения бездефектных тонкостенных сварных соединений из алюминиевых сплавов.

Двигатель один из основных источников шума в самолете. В зоне аэропортов шум на местности достигает максимальных значений, что приносит окружающим существенный дискомфорт. Чтобы снизить шумовое воздействие, каналы авиационного двигателя облицовывают звукопоглощающими конструкциями — ЗПК. Большинство методов, которые используют для определения акустических характеристик ЗПК, подходят для лабораторных, но не для реальных условий. Единственный способ, применяемый непосредственно на авиационном двигателе, — это метод Дина. Изначально его разработали для случая равномерного распределения давления звуковой волны на дне резонатора. Когда звуковое поле более сложное, а давление неравномерное, формула Дина дает неправильные значения. Для устранения этой проблемы ученые Пермского Политеха адаптировали метод Дина под случаи сложной структуры звукового поля. Результаты помогут отечественным разработчикам авиационных двигателей повысить точность настройки звукопоглощающих облицовок для более эффективного снижения шума.

За счет малого веса, высокой устойчивости к коррозии и высоким температурам полимерные композиты значительно превосходят металлические сплавы по механическим свойствам. Сегодня из композиционных материалов создают буквально все подряд: от деталей самолетов и ракет до гоночных автомобилей и водоплавающих средств специального назначения, от бейсбольных бит до гоночных велосипедов. Проблема в том, что полимерный материал не поддается сварке, единственным вариант его скрепления — механическое соединение с использованием крепежных элементов и клея. Для заклепок и небольших крепежных деталей путем сверления изготавливаются отверстия, которые приводят к дефектам изделия. Ученые Пермского Политеха провели сравнительный анализ влияния режущего инструмента на качество получаемых отверстий и нашли способ, который позволяет создавать отверстия с полным отсутствием расслоения материала. Предложенная стратегия сверления обеспечит импортозамещение и получение отверстий высокого качества в различных областях применения полимерных композиционных материалов.

Кроме этого, стороны хотят вместе создавать аналог платежной системы SWIFT, работать над проектом по экспорту газа в Оман и Пакистан, расширить сотрудничество на базе торговли в национальных валютах и многое другое.

Полимерные композиционные материалы с улучшенными характеристиками сегодня применяют в авиа- и машиностроении, строительстве и недропользовании. С помощью метода намотки можно создавать крупные высокопрочные детали и изделия из оболочек. Но не всегда удается точно спрогнозировать поведение таких конструкций при использовании, а проведение экспериментов требует высоких затрат. Ученые Пермского Политеха создали программный модуль, который улучшит прогнозирование поведения материалов и предотвратит появление дефектов.