Ученые нашли уязвимые места самолета, создающие опасные перегрузки

Пермские ученые нашли уязвимые места в авиационном двигателе, где возникают критические перегрузки.

Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета выяснили, в каких именно участках вала авиационной турбины чаще всего появляются опасные механические перегрузки. Результаты этой работы помогут авиаконструкторам точнее рассчитывать ресурс деталей и заранее учитывать слабые места еще на этапе проектирования.

Ученые создали цифровую копию вала, в которой воспроизвели все его геометрические параметры, физические свойства материалов и способы крепления элементов. Затем эту виртуальную модель проверили, имитируя разные этапы полета: взлет, крейсерский режим и посадку.

Расчеты показали, что высокое напряжение распределяется по детали крайне неравномерно. Пиковые нагрузки возникают не по всей длине вала, а в нескольких конкретных поперечных сечениях. Там, где меняется геометрия детали, а также в зонах креплений и стыков с сопряженными поверхностями. Здесь конструкция испытывает сложное напряженное состояние, которое практически невозможно оценить традиционными аналитическими методами.

В чем сложность? Вал турбины — это вращающаяся деталь, которая передает энергию горячих газов на лопатки. В процессе работы на него одновременно действуют крутящий момент, растягивающие и центробежные силы. А когда самолет маневрирует — разворачивается или меняет высоту, — дополнительная нагрузка ложится на крепления. В реальных условиях все эти факторы работают в связке, создавая локальные зоны перенапряжения, которые не видны при раздельном анализе каждого из них.

Пермские инженеры предложили принципиально иной подход — комплексный расчет, при котором все виды нагрузок оцениваются одновременно. Эта методика позволяет конструкторам понять, где деталь нужно усилить, а где, наоборот, можно убрать лишний материал, не снижая прочности.

Помимо этого, исследователи получили новые количественные данные, которые в будущем помогут усовершенствовать стендовые испытания деталей при опытно-конструкторских работах, пишет ТАСС со ссылкой на данные пресс-службы вуза.