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.

Номер контракта: 14.579.21.0037

Руководитель: Закиров Ильдус Мухаметгалеевич

Должность: заместитель генерального директора по научно-исследовательской работе

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
полимерно-композиционный материал, планер, аэродинамическое качество, самолет-демонстратор, технология производства, авиация общего назначения

Цель проекта:
1. Реализация проекта направлена на решение проблемы производства цельнокомпозитных агрегатов планера модельного ряда самолетов авиации общего назначения. 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. 2. Целями реализуемого проекта являются: 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). 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.

Основные планируемые результаты проекта:
Результаты исследований будут реализованы в демонстраторе разрабатываемых технологий - планере 4-местного самолёта, который будет полностью выполнен из графито- и стеклоэпоксидных композиционных материалов (КМ), способствующих повышению весового совершенства самолёта, топливной экономичности, достижению высокого аэродинамического качества.
В рамках проведения ПНИ уже созданы:
масштабная модель 4-местного самолета и проведены ее экспериментальные исследования в аэродинамической трубе;
термокамера для изготовления экспериментальных образцов агрегатов планера; основные технические характеристики:рабочая зона 13,25х3,3х2,4 м с распашными двустворчатыми воротами, размеры проёма ворот 3,3х2,4 м, установленная мощность – 100 Квт, диапазон рабочих температур 20-170 градусов Цельсия, что позволяет при необходимости обеспечить небольшое время нагрева и высокие резервы мощности;
разработано техническое предложение по конструкции агрегатов планера;
построен электронный макет 4-местного самолета;
проведено математическое моделирование объекта исследований-агрегатов планера.В процессе математического моделирования объекта получено заключение по выбору моделей турбулентности;
проведена верификация аэродинамических характеристик крыла, полученных расчетным и экспериментальным путем.


Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конструкторские и технологические решения, полученные в ходе проекта, будут реализованы в демонстраторе разрабатываемых технологий - планере 4-местного самолёта, который будет полностью выполнен из графито- и стеклоэпоксидных композиционных материалов (КМ), способствующих повышению весового совершенства самолёта, топливной экономичности, достижению высокого аэродинамического качества.
2. Научная новизна.
Проведено численное моделирование различных режимов полета, предназначенных для матмоделирования динамических систем на базе стенда полунатурного моделирования. Анализ всех полученных результатов моделирования позволяет сделать заключение о соответствии переходных процессов требованиям, предъявляемым к легким самолетам.
Разработано полимерное связующее для изготовления элементов высоконагруженных конструкций вакуумным термоформованием.
Получены расчетные зависимости для определения оптимальных параметров процесса термостатирования при изготовлении деталей из полимерных композиционных материалов.
Получены расчетные зависимости для определения силовых параметров и напряженно-деформированного состояния при формообразовании заполнителя трехслойной панели из полимерной бумаги.
3.Результаты проведенных в рамках ПНИ исследований прошли рецензирование у ведущих ученых и публикуются в изданиях индексируемых Scopus.
4. Для решения задач и достижения поставленных целей применяются следующие пути и способы:
Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы по проблематике исследований. Сравнительный анализ новых технологий и конструктивно-технологических решений. Патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96. Проведение расчетов планера и агрегатов планера: весового, центровочного, аэродинамического, прочностного. Математическое моделирование объекта исследований. Проведение экспериментальных исследований масштабной модели 4-местного самолета в аэродинамической трубе и верификация полученных данных с расчетными. Построение электронного макета 4-местного самолета.Разработка и изготовление экспериментальных образцов агрегатов планера. Проведение исследовательских прочностных испытаний деталей и узлов в составе ЭО агрегатов планера. Проведение статических наземных испытаний ЭО агрегатов планера. Разработка технологических инструкций на изготовление деталей ЭО агрегатов планера и монтаж и сборку. Разработка проекта ТЗ на ОКР.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. 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.
2. 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.
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). Полученные результаты приведут к снижению себестоимости самолета из ПКМ по сравнению с цельнометаллическим за счет применения более технологичного производства (уменьшение количества производимых деталей и «гибкость» производства, т.е. возможность скорейшей модернизации конструкций планера, уменьшение технологического цикла, операций и переходов), улучшения эксплуатационных качеств самолета (контроле- и ремонтопригодности). При этом самолет из ПКМ обладает лучшими по сравнению с цельнометаллическими самолетами показателями топливо-экономичности и возможностью увеличения коммерческой нагрузки.
Внедрение выбранной технологии вакуумного горячего формования из препрегов даст следующие эффекты:
позволит снизить количество выбросов вредных веществ в атмосферу (в 10-15 раз) за счет ис-пользования безрастворной технологии изготовления клеевых препрегов и изделий из них;
повысит производительность в 3 раза (в сравнении с автоклавным формованием);
приведет к экономии энергоресурсов – потребление в 42-45 раз ниже, чем при автоклавном формовании.

Текущие результаты проекта:
Результаты исследовательской работы, полученные в 2015 г.
Проведены предварительные расчеты планера и агрегатов планера, в том числе весовой расчет. Масса планера самолета после предварительных расчетов составляет 554 кг.
Разработаны чертежи конструктивно-силовой схемы крыла и горизонтального оперения (ГО).
Разработано и утверждено техническое предложение по конструкции агрегатов планера (крыло, стабилизатор).
В процессе математического моделирования объекта получено заключение по выбору моделей турбулентности. В качестве рабочих моделей турбулентности выбраны «SST» k-ω и transition k-kl-omega.
Проведено численное моделирование различных режимов полета, предназначенных для матмоделирования динамических систем на базе стенда полунатурного моделирования. Анализ всех полученных результатов моделирования позволяет сделать заключение о соответствии переходных процессов требованиям, предъявляемым к легким самолетам.
Проведены расчеты нагрузок и прочностные расчеты крыла и ГО.
С использованием инженерных методик расчетным путем определены аэродинамические характеристики крыла, которые подтверждены экспериментальными исследованиями в аэродинамической трубе Т-1К.
Построен электронный макет 4-местного самолета. Разработана ЭКД и ТД на аэродинамические поверхности экспериментальных образцов (ЭО) агрегатов планера.
Разработано полимерное связующее для изготовления элементов высоконагруженных конструкций вакуумным термоформованием.
Исследованы параметры процесса термостатирования при изготовлении деталей летательных аппаратов из полимерных материалов.
Исследован процесс формообразования из полимерной бумаги заполнителя трехслойной панели.
Разработана и изготовлена технологическая оснастка для изготовления ЭО агрегатов планера (крыло, стабилизатор).
Публикации 2015 г.: 1. Закиров И. М., Семешко М. А. Исследование операции формообразования из полимерной бумаги заполнителя трехслойной панели. 2. Ермоленко И.В., Семешко М.А., Наумов А. В. Разработка полимерного связующего для изготовления элементов высоконагруженных конструкций способом вакуумного термоформования.
Подана заявка на патент.