Топологическая оптимизация силового элемента отсека летательного аппарата из металломатричного композиционного материала

Для повышения весовой эффективности деталей перспективных объектов авиационной и ракетно-космической техники активно внедряются аддитивные технологии и методы топологической оптимизации, направленные на существенное снижение временных и финансовых затрат при изготовлении и создании принципиально новых геометрических решений. Рассмотрены подходы к выбору геометрических параметров силовых элементов корпуса летательного аппарата из металломатричного композиционного материала на основе титанового сплава ВТ6, армированного мелкодисперсным порошком карбида кремния, который изготавливают по технологии прямого лазерного выращивания. На основе численного моделирования определены зависимости физико-механических и теплофизических характеристик металломатричного композиционного материала от объемного содержания карбида кремния. Установлено, что применение металломатричного композиционного материала и оптимизация геометрических параметров с адаптацией под технологию прямого лазерного выращивания позволяют уменьшить массу силового элемента корпуса летательного аппарата более чем на 30 % (в зависимости от габаритных размеров).

Литература

[1] Чукин М.В., Полякова М.А., Барышников М.П. Композиционные материалы. Материаловедение композиционных материалов. Магнитогорск, МГТУ, 2008. 219 с.

[2] Ильющенко А.Ф. Порошковые материалы для 3D-печати. В: Наноструктурные материалы: технологии, свойства, применение. Минск, Белорусская наука, 2017, с. 304–312.

[3] Промахов В.В., Жуков А.С., Зиатдинов М.Х. и др. Получение металломатричных композиционных материалов с применением аддитивной технологии прямого лазерного выращивания. Аддитивные технологии: настоящее и будущее. Мат. V Межд. конф. Москва, ВИАМ, 2019, с. 317–335.

[4] Михайловский К.В., Барановски С.В. Определение аэродинамических нагрузок на крыло с учетом основных элементов авиалайнера при параметрическом моделировании. Вестник МГТУ имени Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2018, № 5, с. 15–28, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2018-5-15-28

[5] Резник С.В. Актуальные проблемы проектирования, производства и испытания ракетно-космических композитных конструкций. Инженерный журнал. Наука и инновации, 2013, № 3, doi: http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2013-3-638

[6] Резник С.В., Просунцов П.В., Агеева Т.Г. Оптимальное проектирование крыла суборбитального многоразового космического аппарата из гибридного полимерного композиционного материала. Вестник НПО им. С.А. Лавочкина, 2013, т. 17, № 1, с. 38–43.

[7] Барановски С.В., Михайловский К.В. Оптимизация основных геометрических характеристик силовых элементов крыла из полимерных композиционных материалов. Ученые записки ЦАГИ, 2019, т. 50, № 3, с. 87–99.

[8] ГОСТ 22178–76. Листы из титана и титановых сплавов. Технические условия. Москва, Стандартинформ, 2005. 18 с.

[9] Рабинович В.А., Хавин З.Я. Кремния карбид. Краткий химический справочник. Ленинград, Химия, 1977. 74 с.

[10] Туричин Г.А., Земляков Е.В., Климова О.Г. и др. Прямое лазерное выращивание — перспективная аддитивная технология для авиадвигателестроения. Сварка и диагностика, 2015, № 3, с. 54–57.

[11] ГОСТ 13726–97. Ленты из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия. М., Стандартинформ, 2005. 21 с.

[12] Комаров В.А. Повышение жесткости конструкций топологическими средствами. Вестник СГАУ, 2003, т. 3, № 1, с. 24–37.

[13] Кротких А.А., Максимов П.В. Исследование и модификация метода топологической оптимизации SIMP. Международный научно-исследовательский журнал, 2016, т. 55, № 1, doi: https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.55.071

[14] Темис Ю.М., Якушев Д.А. Оптимизация конструкции деталей и узлов ГТД. Вестник СГАУ, 2011, № 3-1, с. 183–188.

[15] Боровиков А.А., Тененбаум С.М. Топологическая оптимизация переходного отсека КА. Аэрокосмический научный журнал, 2016, № 5. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_27438021_12618539.pdf

[16] Васильев Б.Е., Магеррамова Л.А. Анализ возможности применения топологической оптимизации при проектировании неохлаждаемых рабочих лопаток турбин. Вестник СГАУ, 2015, № 3-1, с. 139–147, doi: https://doi.org/10.18287/2412-7329-2015-14-3-139-147