Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка научных основ и проектных решений для создания агрегатов планера (крыло, стабилизатор) из полимерно-композиционных материалов модельного ряда самолетов авиации общего назначения (АОН) с высоким аэродинамическим качеством на базе 4-местного самолета-демонстратора технологий.

Докладчик: Закиров Ильдус Мухаметгалеевич

Должность: заместитель генерального директора по научно-исследовательской работе, д.т.н., профессор

Цель проекта:
Цель ПНИ: Исследование и разработка научных основ и проектных решений для создания агрегатов планера (крыло, стабилизатор) из полимерно-композиционных материалов (ПКМ) модельного ряда самолетов авиации общего назначения (АОН). Цель проекта: Разработка технологии производства экспериментальных образцов агрегатов планера (крыло, стабилизатор) концепта-демонстратора унифицированной технологической платформы - легкого 4-хместного многоцелевого самолета (ЛМС) из ПКМ, обеспечивающего повышение доступности и безопасности выполнения местных перевозок и авиационных работ в России. Ключевыми научно-техническими и технологическими задачами, решаемыми организацией в ходе реализации проекта являются: - Разработка и создание агрегатов планера (крыло, стабилизатор) из ПКМ с высоким аэродинамическим качеством для легкого 4-хместного многоцелевого самолета (ЛМС). - Создание нового высокотехнологичного производства для создания агрегатов планера самолета АОН из ПКМ.

Основные планируемые результаты проекта:
Перечень основных научных и научно-технических результатов, подлежащих получению при выполнении ПНИ
1 Комплекс проектировочных расчетов планера и агрегатов планера самолета с целью получения аэродинамических характеристик.
2 Результаты математического моделирования агрегатов планера (крыла и стабилизатора) и численного моделирования различных режимов полета, предназначенных для математического моделирования динамических систем на базе стенда полунатурного моделирования.
3 Результаты экспериментальных исследований масштабной модели 4-местного самолета в аэродинамической трубе Т-1К.
4 Результаты исследовательских прочностных испытаний деталей и узлов в составе экспериментальных образцов агрегатов планера (крыло, стабилизатор) и статических наземных испытаний экспериментальных образцов агрегатов планера.
5 Технико-экономическое обоснование разработки продукции, технических требований и предложений по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера.
6 Отчет о патентных исследованиях в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
7 Эскизная конструкторская и технологическая документация на изготовление масштабной модели 4-местного самолета.
8 Программа и методика экспериментальных исследований масштабной модели 4-местного самолета в аэродинамической трубе Т-1К (АДТ (Т-1К)).
9 Эскизная конструкторская и технологическая документация для изготовления экспериментальных образцов агрегатов планера (крыло, стабилизатор) и оснастки для их производства.
10 Экспериментальные образцы агрегатов планера (крыло, стабилизатор).
11 Оснастка для изготовления экспериментальных образцов агрегатов планера (крыло, стабилизатор).
12 Эскизная конструкторская и технологическая документация на изготовление термокамеры.
13 Термокамера для изготовления экспериментальных образцов агрегатов планера (крыло, стабилизатор).
14 Программа и методика исследовательских прочностных испытаний деталей и узлов в составе экспериментальных образцов агрегатов планера (крыло, стабилизатор).
15 Эскизная конструкторская и технологическая документация на изготовление стенда для статических наземных испытаний экспериментальных образцов агрегатов планера.
16 Стенд для статических наземных испытаний экспериментальных образцов агрегатов планера (крыло, стабилизатор).
17 Программа и методика статических наземных испытаний экспериментальных образцов агрегатов планера (крыло, стабилизатор).

Основные характеристики планируемых результатов.
Экспериментальные образцы агрегатов планера (крыло, стабилизатор) самолета должны обеспечивать:
1. Необходимое весовое совершенство: лимитная масса планера 650 кг.
2. Соответствие геометрическим характеристикам:
Крыло
Размах, м 11
Площадь, м2 11,28
Элерон
Размах, м 2 х 1,5 = 3,0
Относительный размах 0,273
Площадь, м2 2 х 0,377 = 0,754
Закрылок внешний
Тип закрылка Выдвижной
Размах, м 2 х 2,3 = 4,6
Площадь, м2 2 х 0,818 = 1,636
Закрылок внутренний
Тип закрылка Выдвижной
Размах, м 2 х 0,504 = 1,008
Площадь, м2 2 х 0,185 = 0,37
Горизонтальное оперение (стабилизатор)
Размах, м 3,4
Площадь, м2 2,38
3. Необходимые прочностные и жесткостные характеристики:
4. Необходимую защиту поверхности от атмосферных осадков и солнечной радиации (лакокрасочные или заменяющие его покрытия);
5. Стойкость к воздействию случайных ударных воздействий в процессе эксплуатации без нарушения прочностных свойств;
6. Ремонтопригодность при возникновении незначительных повреждений конструкции.
Термокамера, разработанная и изготовленная в ходе выполнения проекта, предназначена для термовакуумной обработки изделий из стеклопластиков и других ПКМ, а также, может быть использована для сушки различных материалов. Установленная мощность – 100 Квт, диапазон рабочих температур 20-170°С.
Функциональные возможности:
- Возможность циркуляции воздуха (перемешивание) для равномерного нагрева изделий.
- Возможность работы в режимах полного или частичного объёма.
- Должны быть предусмотрены точки контроля и регулировки температур в нескольких зонах термокамеры.
- Контроль и управление разрежением и температурой должны обеспечиваться в автоматическом и ручном режимах.
Стенд для статических наземных испытаний.
Стенд должен обеспечивать:
- Возможность проведения статических испытаний агрегатов летательного аппарата.
- Схема статически замкнутая
- Допустимый диапазон нагрузок не менее 30 т.
- Корректное снятие параметров: общего нагружения, запись с тензодатчиков, определяющих местное напряжение.

Для решения поставленных задач и достижения целей будут проведены следующие работы:
1 Должен быть выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
2 Должны быть выполнены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
3 Должен быть осуществлен выбор и проведено обоснование конструкции и компоновки самолета с целью получения высоких летно-технических характеристик.
4 Должна быть разработана компоновочная схема легкого самолета с ламинарным обтеканием многоцелевого назначения.
5 Должен быть проведен комплекс проектировочных расчетов планера и агрегатов планера самолета с целью получения аэродинамических характеристик.
6 Должно быть разработано и утверждено техническое предложение по конструкции агрегатов планера (крыло, стабилизатор).
7 Должно быть выполнено математическое моделирование агрегатов планера (крыла и стабилизатора) и численное моделирование различных режимов полета, предназначенных для математического моделирования динамических систем на базе стенда полунатурного моделирования.
8 Должна быть разработана эскизная КД и ТД для изготовления термокамеры, и изготовлена термокамера для изготовления экспериментальных образцов агрегатов планера (крыло, стабилизатор) методом термовакуумного формования (выполняется за счет внебюджетных средств).
9 Должна быть создана эскизная конструкторская и технологическая документация на изготовление масштабной модели 4-местного самолета и изготовлена масштабная модель 4-местного самолета.
10 Должны быть проведены экспериментальные исследования масштабной модели 4-местного самолета в АДТ (Т-1К) по разработанной программе и методикам с целью получения аэродинамических характеристик и уменьшения сопротивления самолёта на крейсерских режимах полёта.
11 Должна быть разработана эскизная конструкторская (ЭКД) и технологическая документации (ТД) для изготовления экспериментальных образцов агрегатов планера (крыло, стабилизатор) и изготовлены экспериментальные образцы агрегатов планера из ПКМ (крыло, стабилизатор).
12 Должна быть разработана эскизная конструкторская (ЭКД) и технологическая документации (ТД) для изготовления оснастки, изготовлены мастер-модели экспериментальных образцов агрегатов планера (крыло, стабилизатор) самолета для дальнейшего изготовления оснастки и изготовлена оснастка.
13 Должна быть разработана эскизная конструкторская и технологическая документация на изготовление стенда для статических наземных испытаний экспериментальных образцов агрегатов планера и изготовлен стенд.
14 Должны быть разработаны программы и методики исследовательских прочностных и статических наземных испытаний экспериментальных образцов агрегатов планера из ПКМ.
15 Должен быть проведен комплекс исследовательских прочностных и статических наземных испытаний экспериментальных образцов агрегатов планера.
16 Должно быть проведено технико-экономическое обоснование разработки продукции, технических требований и предложений по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Производство изделий из ПКМ позволяет сократить количество деталей в узлах за счет гибкости и пластичности используемых технологий, а также использовать автоматические и роботизированные линии производства отдельных узлов и участков производства (раскрой, выкладка, вакуумолизация, термообработка и т.д.), доведя их до 95% автоматизации.
Такие данные дают основания для широкого спектра прогнозных вариантов использования разрабатываемых нами технологий для изготовления авиационных деталей конструкций и агрегатов из ПКМ в различных производствах: авиастроение, машиностроение, судостроение, ракетостроение, а также возможности для использования ПКМ в наземных строительных конструкциях, значительно (до 80%) вытесняя использование традиционных металлических материалов и наиболее затратных по времени и трудоемкости технологий.
2. Проект по созданию агрегатов конструкции планера самолета ориентирован на создание и отработку технологии производства особо ответственных узлов самолета из ПКМ. Данная технология может быть внедрена в различные сферы производства изделий из ПКМ, используемых в автомобилестроении, в судостроении, в высотных конструкциях радиомачт и ветряных электрогенераторов, лопастей винтов двигателей вертолетов и т.д.
Планируется внедрение технологии изготовления агрегатов планера из ПКМ для легких многоцелевых самолетов с повышенным аэродинамическим качеством на производстве Индустриального партнера по проекту ЗАО «Авиамастер», а также на собственном производстве.
Кроме того возможными потребителями результатов ПНИ могут являться предприятия-разработчики и производители легких многоцелевых самолетов для АОН: ООО "ПРО Авиа",ООО "ЛТЦ ЭЛИЦ СЛА", ООО "АРИЕС-АВИА", ОАО "Гиропланы RU-ПАТ", ООО "СК "Чайка", ООО "Джет Флаер", ООО АПК "Вектор", ОАО "Концерн КЭМЗ", ООО "ГиРос", ООО "Самара ВВВ-Авиа" и другие.
3. Совершенствование технологических линий и повышение уровня автоматизация производства приведет с сокращению использования человеческого ресурса в процессе производства серийных изделий, что дает: повышение качества продукции за счет минимизации вмешательства в процесс производства субъективных факторов, экономический эффект, повышение производственной безопасности (включая экологическую).
Таким образом, на основании вышеизложенного, можно сделать вывод о снижении себестоимости самолета из ПКМ по сравнению с цельнометаллическим за счет применения более технологичного производства (уменьшением количества производимых деталей и «гибкости» производства, т.е. возможностью скорейшей модернизации конструкций планера, уменьшением технологического цикла, операций и переходов), улучшением эксплуатационных качеств самолета (контроле- и ремонтопригодности). При этом самолет из ПКМ обладает лучшими по сравнению с цельнометаллическими самолетами показателями топливоэкономичности и возможностью увеличения коммерческой нагрузки.

Текущие результаты проекта:
На сегодняшний день проведены следующие работы и получены результаты:
Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
Проведен сравнительный анализ новых технологий и конструктивно-технологических решений агрегатов планера модельного ряда самолетов АОН из полимерно-композиционных материалов (ПКМ).
Осуществлен выбор направления исследований, в том числе:
- проработаны возможные направления проведения исследований (традиционные технологии и материалы, гибридные технологии и материалы и технологии изготовления агрегатов планера из ПКМ);
- проведена сравнительная оценка эффективности возможных направлений исследований;
- проведено обоснование выбора оптимального варианта направления исследований (выбор технологических решений для изготовления агрегатов планера).
Проведены работы по подготовке изготовления экспериментальных образцов агрегатов планера (крыло, стабилизатор) и масштабной модели 4-местного самолета.
Разработана и изготовлена масштабная модель 4-местного самолета для определения аэродинамических характеристик путем продувки в аэродинамической трубе (АДТ (Т-1К).
Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
Опубликована научная статья по теме проекта в журнале Известия вузов. Авиационная техника №2_2014.
Внебюджетные средства:
Выбрано и закуплено необходимое оборудование, комплектующие и материалы для изготовления термокамеры. Разработана эскизная конструкторская и технологическая документация для изготовления термокамеры. Изготовлена термокамера для изготовления экспериментальных образцов агрегатов планера (крыло и стабилизатор).