Астахов С.А., Бирюков В.И., Тимушев С.Ф., Катаев А.В. «Моделирование аэродинамического взаимодействия при трековых испытаниях изделий авиационной техники» Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника, № 72, с. 5-20 (2022)

Наземные трековые испытания современных летательных аппаратов баллистического типа позволяют моделировать аэродинамические силовые нагрузки в условиях максимальной плотности среды и при этом имеют существенно меньшую стоимость по сравнению с летными испытаниями. При трековых испытаниях изделий со сверхзвуковыми скоростями возникают интенсивные вибрации элементов конструкции подвижного трекового снаряжения и испытуемого летательного аппарата. В статье рассматриваются процессы обтекания воздушным потоком рельсовой установки, движущейся с большим ускорением. Применены базовые модели, которые описывают движение однородной среды при различных скоростях с учетом эффектов сжимаемости, турбулентности и теплопереноса. В зависимости от условий используются различные модели турбулентности потока. Разработан алгоритм численной реализации на прямоугольной сетке с локальной адаптацией и подсеточным разрешением сложной геометрии. Методология численного решения уравнений динамики, описывающих обтекание криволинейной поверхности сжимаемым газом, основана на интегрировании движения жидкости и переноса скалярных величин в частных производных по объемам расчетных ячеек-многогранников. С использованием программного комплекса Flow Vision выполнено моделирование обтекания сверхзвуковым воздушным потоком изделий различной формы применительно к трековым испытаниям. Это позволило определить ранее неизвестные зависимости коэффициентов аэродинамического сопротивления, подъемной силы и боковой силы от скорости движения, а также моменты аэродинамических сил для оценок вклада процессов обтекания воздушным потоком в общее вибрационное поле, воздействующее на трековую каретку с изделием. Ключевые слова: рельсовый трек, ракетная каретка, численное моделирование, сверхзвуковой поток, турбулентность, алгоритмы адаптации сеток.

Астахов С.А., Бирюков В.И., Катаев А.В. «Методика определения характеристик вибропрочности конструкции при высокоскоростных трековых испытаниях авиационной техники» Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника, № 72, с. 75-90 (2022)

Достижение предельных значений скорости летательными аппаратами баллистического типа является приоритетной, актуальной и новой технической задачей для настоящего времени. Трековые испытания подобных изделий являются одной из заключительных стадий, подтверждающих их практическую работоспособность и эффективность. Испытания изделий авиационной и ракетной техники на установке «Ракетный рельсовый трек 3500» Государственного казенного научно-испытательного полигона авиационных систем имени Л.К. Сафронова позволяют достаточно точно моделировать реальные условия, в которых они эксплуатируются. Экспериментальная установка включает в себя двухрельсовый путь, выполненный на специальном основании, исключающем недопустимый прогиб рельса марки Р65, с закреплением его через 0,5 м специальной конструкцией заделки. Рельсовый путь имеет участок разгона с углом атаки 0,2° длиной 2500 м и участок торможения. Объект испытания размещается на ракетной трековой каретке, таким образом, чтобы исключить воздействия на него скачков уплотнения, отраженных от элементов каретки и рельефа. На каретке устанавливаются ракетные двигатели твердого топлива, которые обеспечивают нужную тягу. Опоры скольжения ракетной каретки охватывают головку рельсов. Тяга стартовых ракетных двигателей обеспечивает необходимое ускорение для достижения максимальных значений требуемой скорости испытания. Трековые высокоскоростные испытания объектов спецтехники сопровождаются интенсивной вибрацией и ударными нагружениями конструкции. По мере увеличения скорости изделий свыше 600 м/с, как показали испытания, амплитуда упругих колебаний конструкции может достигать предельных допустимых из условий прочности значений. Экспериментальное и теоретическое изучение вибрационных и ударных воздействий на конструкцию трековой каретки с испытуемыми объектами в условиях существующего рельсового трека является актуальной для практики задачей. Ключевые слова: наземные испытания, рельсовый трек, ракетная каретка, вибрация, плотность спектра мощности, корреляция, передаточные функции.

Калюлин С.Л., Модорский В.Я. «Численное моделирование обледенения при вибрациях аэродинамического профиля» Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника, № 72, с. 100-110 (2022)

По сравнению с исследованиями процессов обледенения конструкции без обтекания газодинамическим потоком исследований с обтеканием аэродинамического профиля существенно меньше. Из них большая часть – без вибраций, тогда как исследования при воздействии вибраций, посвященные описанию механизмов образования льда при вибрациях для различных амплитуд и частот, обнаружить не удалось. В настоящей статье представлены результаты численного моделирования обледенения аэродинамического профиля с учетом его вибрации по гармоническому закону, описаны механизмы обледенения при различных виброскоростях, показано влияние вибраций на массу ледяных наростов. Выявлены зависимости коэффициента отношения скорости набегающего газодинамического потока к виброскорости KV от массы льда. Показано, что при низких частотах превалирует эффект «прилипания» льда к стенкам аэродинамического профиля, а при повышении частот – эффект «стряхивания». Вибрации могут не только снижать массу льда, но и повышать ее. Исследование действия вибраций аэродинамического профиля на обледенение позволит учесть и при необходимости изменить диапазон собственных и вынужденных частот элементов конструкции. При постоянных виброскоростях, близких к скорости набегающего потока, при повышении частоты колебания от 2 до 60 кГц и соответствующим снижением амплитуды масса льда сначала увеличивается на 50–80%, а потом снижается на 15–25% относительно режима «без вибраций». Ключевые слова: обледенение, аэродинамический профиль, вибрации, численное моделирование, суперкомпьютер, виброскорость, авиационный двигатель, ледяной нарост, распределение толщины льда, механизм облеленения.