Топ-100
Сделать домашней страницей Добавить в избранное





Главная Авиация Российские технологии

Учёные МАИ создают цифровые модели тепловой защиты при гиперзвуке

5 марта 2021 года / МАИ / Aviation EXplorer
 

Весь мир с ожиданием смотрит в будущее, рисуя себе картины гиперзвуковых пассажирских перевозок, регулярных туристических полётов к околоземной орбите и освоения различных планет нашей солнечной системы. Но не всё так просто. Чтобы это будущее состоялось, учёные должны решить несколько непростых задач. Одна из них – тепловая защита гиперзвуковых летательных аппаратов, ведь преодоление сопротивления атмосферы при гиперзвуковом полёте неизбежно приводит к нагреву их внешней оболочки.

В качестве теплозащитных материалов в ракетно-космической технике широко применяются композиционные материалы. Это связано с их уникальным свойством поглощать значительное количество тепловой энергии при аэродинамическом нагреве за счёт различных физико-химических превращений.

Чтобы понять, как тот или иной композиционный материал будет вести себя при выше указанной эксплуатации, коллективом учёных Московского авиационного института при поддержке Российского научного фонда ведётся разработка комплексных механико-математических моделей, позволяющих исследовать процессы деградации механических и теплофизических свойств композиционных материалов при высокоинтенсивном аэрогазодинамическом нагреве гиперзвуковых летательных аппаратов.

Работы над проектом под руководством доктора физико-математических наук, профессора кафедры 806 «Вычислительная математика и программирование» Владимира Фёдоровича Формалёва ведёт коллектив специалистов института №8 «Информационные технологии и прикладная математика» и института №9 «Общеинженерной подготовки» МАИ.

«Проект посвящён разработке комплексных механико-математических моделей при напряжённо-деформированном состоянии композиционных материалов, как конструкционных, так и теплозащитных, в условиях совместного силового и теплового воздействия при аэродинамическом нагреве гиперзвуковых летательных аппаратов (ЛА), а также исследованию процессов деградации механических и теплофизических свойств композиционных материалов», – говорит Владимир Фёдорович.

Проект был начат в 2016 году. За прошедшее время в нём приняло участие порядка 15 человек из числа докторов и кандидатов наук, а также аспирантов и студентов. Научный коллектив разделён на две группы. Первая занимается разработкой математических моделей задач тепломассоомена, численных методов и программных комплексов, а также решением обратных задач по идентификации различных свойств композиционных материалов. Вторая – работает над исследованием механических свойств композиционных материалов и проведением экспериментов.

«В настоящее время разрабатывается и внедряется в практику проектирования энергетического и транспортного машиностроения значительное количество конструкционных и теплозащитных композиционных материалов с различными наполнителями (кремниевые, углеродные, асбестовые, алюминиевые, титановые, базальтовые и др. волокна) с органическими и неорганическими связующими. Ключевыми вопросами при их разработке и эксплуатации являются проблемы надёжности в условиях высоких механических, газодинамических нагрузок, поскольку композиты подвержены значительным деструктивным изменениям, как в процессе знакопеременных циклических механических, так и в условиях высоких тепловых нагрузок, характерных при аэрогазодинамическом нагружении гиперзвуковых летательных аппаратов, поскольку температура в ударном слое может достигать 20 000 градусов по шкале Кельвина «и выше», – говорит основной исполнитель проекта, доктор физико-математических наук, профессор кафедры 806 Сергей Александрович Колесник. В 2016 году он защитил докторскую диссертацию по математическому моделированию совместных задач теплогазодинамики и анизотропной теплопроводности в условиях аэрогазодинамического нагрева и обратным задачам теплопереноса в анизотропных телах. Эта диссертация дала значительный задел для работы над проектом.

В рамках проекта был разработан универсальный закон разложения связующих теплозащитных композиционных материалов при высоких температурах. Закон имеет универсальный характер, так как не использует трудно формализуемую химическую кинетику разложения. Он был выведен на основе известных (паспортных) значений плотностей и температур начала и окончания разложения связующих теплозащитных композиционных материалов, а также экспоненциального характера разложения связующих композиционных материалов.

На основе данного закона разработана физико-математическая модель тепломассопереноса в теплозащитных композиционных материалах, учитывающая процессы разложения связующих, фильтрацию пиролизных газов, тепломассопереноса, уноса массы и его влияние на нестационарное температурное поле, вдува пиролизных газов в газодинамический пограничный слой и уменьшения тепловых потоков к наружной границе. При этом учитываются различные явления, приводящие к существенной нелинейности и нестационарности математических моделей при высоких температурах, такие как излучение, зависимость теплофизических характеристик материалов от температуры их разрыва, анизотропию и многомерность распространения тепла.

«Сформулированные задачи в каждой отдельной области исследуемой проблемы (прогноз свойств композитов, определение температурных полей в теплозащитном материале в условиях уноса массы, определение фазового состава, оценка параметров сопряжённого тепломассопереноса между вязкими газодинамическими течениями и анизотропными телами, обратные задачи, получение и испытание экспериментальных образцов керамики, металлокомпозитов, углеродных композитов) в значительной степени являются новыми, но именно комплексная постановка проблемы является совершенно новой и неисследованной. Некоторые результаты, полученные в рамках проекта, позволили оценить степень «связанности» исследуемых процессов и возможность их достоверного теоретического описания «и оптимизации», – говорит Сергей Александрович.

Используя накопленный опыт работы над проектом, коллектив учёных МАИ планирует продолжить работу над новым способом тепловой защиты носовых частей гиперзвуковых летательных аппаратов, состоящем из композиционных материалов с большой степенью продольной анизотропии, что позволит при длительном гиперзвуковом полёте функционировать в условиях отсутствия уноса массы.


МАИ



комментарии (0):





Полная или частичная публикация материалов сайта возможна только с письменного разрешения редакции Aviation EXplorer.










Материалы рубрики

Алексей Кондратов
Итоги NAIS-2024
Минтранс РФ
Виталий Савельев доложил Президенту России о развитии авиаперевозок и транспортной инфраструктуры на Дальнем Востоке
Правительство РФ
Встреча Михаила Мишустина с руководителем Федерального агентства воздушного транспорта Дмитрием Ядровым
Росавиация
Обращение руководителей общественных и ветеранских организаций ГА России по вопросу сооружения памятника «100 лет отечественной гражданской авиации»
Андрей Шнырев
Вопросы подготовки авиационного персонала для разработки, изготовления и эксплуатации беспилотных воздушных судов
AVIA.RU
Победители премий «Skyway service award» и «Воздушные ворота России»
AVIA.RU-Кремль
Встреча президента России В.В.Путина с представителями авиационной отрасли
Роман Гусаров
Комментарии к интервью РБК главы Росавиации Александра Нерадько



Роман Гусаров
Гражданская авиация России: год испытаний
Александр Нерадько
Век гражданской авиации России
Юлия Лорис
Новый аэропорт в Новом Уренгое
Илья Вайсберг
Наука высокого полета
Андрей Шнырев
Вторая волна санкций. Часть третья: «Эксплуатация ВС без сертификата летной годности». Выводы.
Илья Вайсберг
Авиация + Интернет = AVIA.RU
Андрей Шнырев
Вторая волна санкций. Часть вторая: "Спасибо Нэнси за подарок"
Андрей Шнырев
Вторая волна санкций. Часть первая: «Двойная регистрация»
Роман Гусаров
Пересесть с «Боингов» и «Эрбасов» на отечественные самолеты быстро не получится
Росавиация
Объемы перевозок через аэропорты России за февраль 2022
Росавиация
Объемы перевозок через аэропорты МАУ за февраль 2022 года
Росавиация
Основные показатели работы гражданской авиации России за февраль 2022
Андрей Шнырев
Вопросы работы гражданской авиации Российской Федерации в условиях санкций некоторых иностранных государств
Роман Гусаров
Без Boeing и Airbus: как могут повлиять санкции на гражданскую авиацию России
Росавиация
Основные показатели работы ГА России за январь 2022
AVIA.RU
Итоги NAIS-2022
Росавиация
Объемы перевозок через аэропорты России в 2021 году
Наталия Ячменникова
Сможет ли искусственный интеллект предотвратить авиакатастрофы
Росавиация
Объемы перевозок через аэропорты МАУ за 2021 год
Росавиация
Основные показатели работы ГА России за 2021 год
Росавиация
Объемы перевозок через аэропорты МАУ за ноябрь 2021
Росавиация
Основные показатели работы ГА России за ноябрь 2021
Росавиация
Интенсивность использования воздушного пространства РФ в ноябре 2021
Росавиация
Объемы перевозок через аэропорты России за октябрь 2021
Росавиация
Объемы перевозок через аэропорты МАУ за октябрь 2021
Росавиация
Основные показатели работы ГА России за октябрь 2021
В.Б.Ефимов
Прошу приложить максимум усилий по вакцинированию сотрудников
Росавиация
Объемы перевозок через аэропорты России за сентябрь 2021
Росавиация
Основные показатели работы ГА России за сентябрь 2021
Росавиация
Объемы перевозок через аэропорты МАУ за сентябрь 2021
Росавиация
Объемы перевозок через аэропорты России за август 2021
Росавиация
Объемы перевозок через аэропорты МАУ за август 2021

 

 

 

 

Реклама от YouDo
erid: LatgC9sMF
 
РЕКЛАМА ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ АККРЕДИТАЦИЯ ПРЕСС-СЛУЖБ

ЭКСПОРТ НОВОСТЕЙ/RSS


© Aviation Explorer