Алгоритм решения задач аэродинамики, теплообмена и прочности с использованием междисциплинарного принципа при исследовании обледенения контактных элементов двери самолета


Авторы

Михайлов Д. А.1*, Пыхалов А. А.1, 2**, Зотов И. Н.1***

1. Иркутский национальный исследовательский технический университет, ул. Лермонтова, 83, Иркутск, 664074, Россия
2. Иркутский государственный университет путей сообщения, ИрГУПС, ул. Чернышевского, 15, Иркутск, 664074, Россия

*e-mail: d.mikhaylov.835@yandex.ru
**e-mail: pikhalov_aa@irgups.ru
***e-mail: zegor-2008@yandex.ru

Аннотация

Все большее применение в практике моделирования реальных конструкций и процессов находит технология инженерного анализа, построенная на междисциплинарном принципе, который состоит в том, что при решении физически различных расчетных задач используются не осредненные (заданные) граничные условия, а результаты решения сопряженных задач. В данной работе на основе междисциплинарного взаимодействия задач аэродинамики, теплообмена и прочности, проведен расчет обледенения пассажирской двери самолета. Исследование проводится методом конечных элементов (МКЭ) с решением контактно, геометрически и физически нелинейных задач, в которых при построении конечно-элементных (КЭ) моделей используются свойства реальных конструкционных материалов (алюминиевые сплавы, эластомеры и теплозвукоизоляционные материалы), а также их контактное взаимодействие. В результате решения представленных сопряженных физических задач разработан алгоритм по определению деформированного состояния конструкций проема и створки двери фюзеляжа самолета, позволивший провести анализ параметров обледенения между их герметизирующими элементами. Вследствие применения данного подхода выявлен ряд конструктивно-технологических параметров, связанных с обледенением стыковых элементов фюзеляжа современного авиалайнера, которые могут повлечь за собой изменение уровня безопасности воздушного судна на протяжении всего полета, включая руление после посадки.

Ключевые слова:

безопасность на аэродроме, сопряженный анализ механизации фюзеляжа, напряженно-деформированное состояние эластомерных тел, обледенение эластомерных тел, алгоритм сопряженной задачи

Список источников

  1. Бекмуханбетов М.Д., Борисов С.М., Малюгин В.Е. Анализ особенностей эксплуатации воздушных судов в условиях ливневых осадков // Научный вестник МГТУ ГА. 2010. № 160. С. 91–96.

  2. Григоровский В.В., Котович И.В., Ежов А.Д. Особенности процессов термогазодинамики и теплообмена на поверхности лопаток турбин ГТД // Тепловые процессы в технике. 2025. Т. 17. №1. С. 12–18.

  3. Горский В.В., Бродский М.Ю., Никитин А.А. Моделирование влияния несимметричного обтекания на процесс обгара затупленного клина из углерод-угле-родного композитного материала при высокоскоростном полете с заданным углом атаки // Тепловые процессы в технике. 2024. Т. 16. №10. С. 476–486.

  4. Денисов М.А., Медведь В.С., Лудильщикова С.И. Исследование методов решения задач определения теплового нагружения конструкции летательного аппарата на стартовом участке // Тепловые процессы в технике. 2024. Т. 16. № 10. С. 487–495.

  5. Тушавина О.В. Сопряженный тепломассообмен в критической точке затупленного тела при его обтекании высокоскоростным диссоциирующим потоком газа // Тепловые процессы в технике. 2022. Т. 14. № 12. С. 531–538.

  6. Молчанов А.М., Грибиненко Д.В., Янышев Д.С. Численное моделирование воспламенения горючего в камере сгорания ГПВРД // Тепловые процессы в технике. 2021. Т. 13. № 4. С. 148–154.

  7. Маскайкин В.А. Проектное формирование теплоизоляции для термостатирования элементов конструкций беспилотных летательных аппаратов, функционирующих в температурных условиях Арктики // Тепловые процессы в технике. 2023. Т. 15. № 2. С. 79–87.

  8. Маскайкин В.А., Махров В.П. Исследование конвективного теплообмена структурированного, неоднородного элемента, служащего как теплоизоляционный слой обшивки авиационных изделий // Тепловые процессы в технике. 2021. Т. 13. № 5. С. 230–237.

  9. Пхио А. Расчетные исследования прочности летательных аппаратов. Метод анализа и оптимизации силовой конструкции крыла гражданского самолета: Дисс. … канд. техн. наук. 2024. 129 с.

  10. Орешко Е.И., Ерасов В.С., Подживотов Н.Ю. Расчет на прочность гибридной панели крыла на базе листов и профилей из высокопрочного алюминий-ли-тиевого сплава и слоистого алюмостеклопластика // Авиационные материалы и технологии. 2016. № 1 (40). С. 53–61.

  11. Яшутин А.Г., Суренский Е.А. Автоматизированный комплекс силовых и детальных расчетов прочности самолета // Труды МАИ. 2014. № 74.

  12. Пономарев В.С., Пономарев С.В., Халиманович В.И. Термомеханический анализ крупногабаритного сетчатого рефлектора космического назначения // Сибирский аэрокосмический журнал. 2016. Т. 17. № 2. С. 343–349.

  13. Голдобин Н.Н., Нехаев Д.П., Шендалев Д.О. Новые возможности расчета температурных деформаций космических антенн с крупногабаритными рефлекторами в Ansys Workbench // Решетневские чтения. 2016. С. 107–110.

  14. Февральских А.В. Численное моделирование обледенения крыла экраноплана // Труды Крыловского государственного научного центра. 2019. Т. 4. № 319. С. 117–124.

  15. Калюлин С.Л., Модорский В.Я. Численное моделирование обледенения при вибрациях аэродинамического профиля // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2023. № 72. С. 100–110.

  16. Модорский В.Я., Черепанов И.Е., Калюлин С.Л. Численное моделирование ступени центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата в 2FSI-постановке // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2019. № 56. С. 83–91.

  17. Смоленцев Н.А., Самсонов К.С., Блинов П.А. Разработка методики проведения цифровых прочностных испытаний конструкции летательного аппарата при многофакторном нагружении // Тепловые процессы в технике. 2023. Т. 15. № 1. С. 31–38.

  18. Михайлов Д.А., Пыхалов А.А., Зотов И.Н. Анализ достоверности численного решения сопряженной задачи аэродинамики, теплообмена и прочности для оценки условий обледенения // Вестник МАИ. 2025. № 1 (32).

  19. Михайлов Д.А., Пыхалов А.А., Зеньков Е.В. Методика испытания образцов из эластомеров для получения механических характеристик их гиперупругости и конечно-элементного моделирования деформируемых сборных конструкций // Современные технологии. системный анализ. Моделирование. 2021. С. 38–47.

  20. Myers T.G. Extension to the Messinger model for aircraft icing // AIAA Journal. 2001. № 2 (39). pp. 211–218.

  21. Iuliano E, Ferraiuolo M. In-flight icing: effects on aircraft safety // VII International Conference on Computational Methods for Related Problems in Science and Engineering. (2017). pp. 1050–1067.

  22. Зайцев В.А., Ледоходович А.А. Приборы и методика исследования облаков с самолета. Гидрометеоиздат, 1960. 176 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2025