Новая методика расчета, разработанная российскими учеными, открывает возможности для создания более легких и надежных авиационных двигателей.
Авиаконструкторы работают над новыми методами уменьшения веса самолетов, так как снижение массы воздушного судна приводит к уменьшению расхода топлива, снижению эксплуатационных затрат и увеличению количества мест для пассажиров. Одной из ключевых задач является замена стандартных титановых лопастей в турбовентиляторных двигателях ПД-35 на легкие и высокопрочные композиты, как указано на сайте Десятилетия науки и технологий в России.
Исследователи Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) рассматривают возможности использования полимерных композитных материалов в авиационной отрасли. Применяя программу ANSYS, они провели численное моделирование процесса разрушения композитного крепления типа «ласточкин хвост» под действием растягивающей нагрузки. Данный тип соединения получил свое название благодаря характерной форме замкового механизма, напоминающей хвост птицы ласточки.
По словам специалистов, существующие расчетные методы для полимерных композитов часто приводят к ошибкам в определении запаса прочности. Наиболее распространенный подход основывается на использовании линейно-упругих моделей, игнорирующих множество важных факторов. Такой метод обеспечивает надежность конструкций, но сопровождается увеличением веса деталей.
«В нашу расчетную модель мы включили такие параметры, как вид напряженного состояния и нелинейное поведение композита при межслоевом сдвиге; это значительно увеличивает точность оценки прочности замкового соединения из композитных материалов, чтобы избежать его расслоения при инерционной (растягивающей) нагрузке. Учет нелинейной работы композита позволяет обосновать увеличение допустимой нагрузки на него. Важно, чтобы прочность лопатки в зоне крепления была достаточной для безопасного полета, и сама деталь при этом не была чрезмерно тяжелой», — комментирует разработчик методики аспирант кафедры «Техническая механика» ЮУрГУ Кирилл Гусейнов.
Использование композитных материалов в двигателе может облегчить его конструкцию на десятки процентов, что повысит грузоподъемность самолета до примерно 35 тонн. При этом снижается расход топлива и уменьшается размер самого двигателя. Экономия каждого процента массы конструкции самолета приносит дополнительные 5% прибыли.
Предполагается, что алгоритм расчета предельной прочности композитного соединения типа «ласточкин хвост», разработанный российскими учеными, даст возможность авиаконструкторам эффективно использовать его в программе ANSYS при создании элементов авиационных двигателей.
Фото: hi-tech.mail.ru