Топ-100
Сделать домашней страницей Добавить в избранное





Главная Техника/технологии 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):











Материалы рубрики

Владимир Карнозов
Авиация «Армии» и «АрМИ»
Роман Гусаров
ВК-1600В - экономичнее, легче, дешевле
Роман Гусаров
УЗГА - новый разработчик и производитель самолетов
Роман Гусаров
Самолет получился интересный
Роман Гусаров
Перспективный двигатель ВК-650В
Роман Гусаров
Экскурсия в авиационно-технический центр Корпорации «Иркут»
Роман Гусаров
Лёгкий, тактический, однодвигательный, клиентоориентированый, «Сухой»
Роман Гусаров
"Титановая долина" становится авиастроительным технопарком



Денис Мантуров
О перспективных разработках и мерах господдержки
ОАК/Иркут
МС-21-300/310 - статус программы
Всеволод Елисеев
Двигатели ТВ7-117 – статус программы
Технодинамика
О новейших парашютных системах
Роман Гусаров
Перспективные и гибридные двигатели ОДК-Климов
Владимир Карнозов
Итальянский авианосец вернулся домой без самолетов
Роман Гусаров
Суперджет: репутационный аудит
Ростех
Ка-32: винтокрылая пожарная машина
Владимир Карнозов
Британский авианосец полмира обойдет, а до Крыма – не дойдет
Роман Гусаров
Новый ангар ТОиР «А-Техникс» в Шереметьево
МАИ
В МАИ завершается разработка уникальной системы ориентации космических аппаратов
ОАК
МС-21-300 проходит испытания на соответствие требованиям по уровню шума на местности
Владимир Карнозов
Су-30 и F-15: российский сюжет, американский ремейк
Московский авиационный институт (МАИ)
Маёвец работает над первым в мире сверхпроводниковым выпрямителем
Роман Гусаров
ОДК-Салют - новая философия производства
Владимир Карнозов
Старый-новый «Орел» авиацию не испортит
Владимир Карнозов
Новейшие истребители прошлого поколения
Андрей Ельчанинов
Отсутствие полноценной нормативной базы – главный сдерживающий фактор развития беспилотной авиации в России
МАИ
Учёные МАИ создают цифровые модели тепловой защиты при гиперзвуке
МАИ
Как маёвец внедрил новую методику в приборостроение
Ростех
Разведчик Ту-214ОН: открыт для перемен
Роман Гусаров
О 3D-печати компонентов авиадвигателей в России
Московский авиационный институт (МАИ)
Диффузия, нагрев, деформация: для чего в МАИ изучают связь нестационарных полей
Московский авиационный институт (МАИ)
Прочность титана, лёгкость алюминия: авиационный материал будущего исследуют в МАИ
Владимир Карнозов
О модернизации МиГ-31 и создании МиГ-41
ОДК
ОДК осваивает трёхмерное ткачество
ГК "Ростех"
"Суперджет" обновляется
Роман Гусаров
Leo.CRM - знать больше о клиенте, чем он знает о себе
Владимир Карнозов
О развитии производства авиационных и космических двигателей на ОДК-Кузнецов
AVIA.RU
Концепция «Фабрики будущего»
Propeller.News
Ситуация с компонентами и техподдержкой Ан-148 усугубилась до предела
Михаил Гордин
Наука российского авиадвигателестроения

 

 

 

 

Реклама от YouDo
 
РЕКЛАМА ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ АККРЕДИТАЦИЯ ПРЕСС-СЛУЖБ

ЭКСПОРТ НОВОСТЕЙ/RSS


© Aviation Explorer