Метод МАИ для расчёта композитного крыла в разы ускорит создание самолётов новых поколений

Инженеры Московского авиационного института предложили новый программный комплекс для расчёта аэроупругости крыла самолётов из композитных материалов. Заложенная в его основу методика позволяет ещё на стадии проектирования выявлять и устранять потенциальные опасные явления, которые могут привести к разрушению конструкции. Например, флаттер — самовозникающие и быстро нарастающие колебания конструкции — или дивергенцию — неконтролируемое закручивание крыла под нагрузкой.

Работа выполнена в рамках участия МАИ в программе «Приоритет-2030». Применение её результатов в разы ускорит проектирование новых перспективных моделей самолётов. В частности, создаваемых по схеме «летающее крыло» — одной из самых многообещающих в авиатехнике будущего. 

— Полимерные композиты — углепластики и стеклопластики — легче и прочнее алюминия, но, в отличие от металлов, обладают анизотропией, то есть что их свойства зависят от направления деформации. Например, материал может быть жёстким вдоль укладки волокон, но легко расслаивается или ломается при воздействии сбоку. Это усложняет расчёты, — рассказал разработчик, начальник бригады аэроупругости и внешних нагрузок лаборатории № 2 НИО-101 МАИ Станислав Коваль.

В отличие от традиционных подходов новый объединяет методики расчёта статистической и динамической аэроупругости на ранних этапах проектирования. Это даёт более полную картину аэроупругих свойств конструкции и значительно сокращает время и ресурсы на конструкторские работы.

— Раньше сначала проектировали крыло, проверяли его на статическую прочность — как изгибается под нагрузкой — и только потом анализировали динамическую упругость — как вибрирует. Если, к примеру, находили проблемы с флаттером, то возвращались к началу и переделывали конструкцию. Новый метод позволяет избегать этого и рассматривать все аспекты в единой модели, что значительно ускоряет процесс. При этом большая точность результатов достигается за счёт включения в анализ множества дополнительных параметров, — поделился Станислав Коваль.

Важно, что, согласно авиационным правилам, математические расчёты не считаются полностью достоверными, пока не подтверждены экспериментами, поэтому в методику включены механизмы сопоставления полученных данных с результатами испытаний динамически подобных моделей, отметил учёный.

По его словам, практическое значение инновации — в ускорении и удешевлении процесса создания новых самолётов за счёт сокращения этапов проектирования. Новый метод позволяет рассчитывать аэроупругость композитных конструкций в едином цикле. 

Разработка востребована для сверхзвуковой авиации, где из-за высоких скоростей угрозы, связанные с динамической упругостью, особенно актуальны. Также инновация полезна при проектировании простых беспилотных летательных аппаратов самолётного типа. Их создают из менее прочных и жестких материалов, однако они должны выдерживать большие эксплуатационные нагрузки. Помимо этого, новый программный комплекс позволит оптимизировать конструкции возвращаемых космических аппаратов, которые испытывают значительное сопротивление атмосферы при входе в её плотные слои. Проект реализуется в рамках объявленного президентом России Десятилетия науки и технологий.