1 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ФИЗИЧЕСКОГО И МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ОТСЕКОВ И СИСТЕМ, РАСЧЁТНЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. - презентация

1 1 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ФИЗИЧЕСКОГО И МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ОТСЕКОВ И СИСТЕМ, РАСЧЁТНЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ И НАПРЯЖЕНИЙ В КОНСТРУКЦИИ ПЛАНЕРА ПАССАЖИРСКОГО СВЕРХЗВУКОВОГО САМОЛЁТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «СИБИРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИИ имени С. А. ЧАПЛЫГИНА» Николаев Владимир Николаевич

2 ОСОБЕННОСТИ ПАССАЖИРСКИХ СВЕРХЗВУКОВЫХ САМОЛЁТОВ 1 Планер самолётов изготавливается из ячеистых многослойных панелей, нержавеющей стали, титана, из шиповидной конструкции с пластиковым сотовым наполнителем, которая выдерживает нагрев до 275 о С. 2 Охлаждение обшивки планера самолётов проводится следующими методами: 2.1 Топливом двигателей. 2.2 Отработанным воздухом из кабин. 2.3 Системами кондиционирования и рефрижерации. 3 Предлагается использовать бороводородное топливо (пентаборан), обладающее значительно большей энергией сгорания, чем традиционное углеводородное топливо. Температура поверхности планера самолёта в полёте на высоте м со скоростью М=3 2

3 1 Теоретический метод исследования теплового состояния отсеков самолётов, позволяющий оптимизировать теплофизические характеристики обшивки, отсеков и систем самолётов при их проектировании. 2 Математические модели теплового состояния обшивки, отсеков и систем самолётов, построенные по результатам теоретических исследований и лётных испытаний и применяемые в проектировании авиационной техники. 3 Определение теплового состояния ячеистых конструкций планера и окон самолётов статистическими методами Монте-Карло. 4 Критерии и алгоритмы оптимизации теплофизических характеристик теплоизоляции обшивки, системы охлаждения обшивки, системы обеспечения теплового режима отсеков самолётов. ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛИ НЕОБХОДИМО РЕШИТЬ СЛЕДУЮЩИЕ ЗАДАЧИ 3 ЦЕЛЬ РАБОТЫ Разработка теоретического метода исследования теплового состояния отсеков и систем пассажирских сверхзвуковых самолётов на этапах проектирования, расчётных и экспериментальных методов исследования температурных полей и напряжений в конструкции планера пассажирских сверхзвуковых самолётов.

4 5 Алгоритмы параметрической идентификации математических моделей, оценивания погрешностей идентификации, проверки адекватности моделей. 6 Расчётные и экспериментальные методы исследования температурных полей и напряжений в конструкции планера. 7 Зависимости механических характеристик новых композиционных, сотовых, гибридных материалов, сплавов металлов от температуры. 8 Алгоритм определения температурного поля топлива двигателей в баках с помощью уравнений конвектино-кондуктивно-радиационного теплообмена и уравнений Навье- Стокса. 9 Автоматизация стендов для экспериментальной отработки прочности и ресурсных характеристик конструкций планера самолётов. 10 Результаты решения прикладных задач с применением разработанных математических моделей, расчётных и экспериментальных методов исследования температурных полей и напряжений. ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛИ НЕОБХОДИМО РЕШИТЬ СЛЕДУЮЩИЕ ЗАДАЧИ 4

5 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГЕРМЕТИЗИРОВАННОГО ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННОГО ОТСЕКА Внешние и внутренние параметры теплового состояния герметизированного теплоизолированного отсека 5

6 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ОТСЕКОВ 6 1 Теплообмен теплоизолированных обшивок, перегородок, окон где при

7 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ОТСЕКОВ 7 2 Теплообмен бортового оборудования, человека, груза, кресла, конструкций 3 Теплообмен воздушной среды в теплоизолированном герметизированном отсеке

8 8ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ Предложенный алгоритм параметрической идентификации для моделей СТРУКТУРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ АЛГОРИТМА МНС-МН-БФГШ

9 9ПОГРЕШНОСТИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ МОДЕЛЕЙ Погрешности коэффициентов математических моделей Проверка адекватности моделей = 0,95.при

10 ИНФРАСТРУКТУРА ТЕПЛОПРОЧНОСТНОЙ БАЗЫ ПРОЧНОСТИ И РЕСУРСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСТРУКЦИЙ ПЛАНЕРА Необходимо создать инфраструктуру теплопрочностной базы: Стенды с системами автоматического управления нагревом, нагружением, выработки имитатора топлива, информационно-измерительными системами. Необходимо разработать стенды для следующих испытаний: 1 Статических. 2 Ресурсных. 3 Для отсеков крыла и фюзеляжа с топливом. 4 Для остекления кабины экипажа. 5 Для образцов, узлов, панелей, крупных агрегатов. 10

11 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1 Будет разработан теоретический методы исследования теплового состояния обшивки, отсеков и систем самолётов, в основу которых положены модели теплового состояния отсеков. 2 Будут предложены и исследованы математические модели теплового состояния различных видов обшивки, отсеков и систем при проектировании для всего эксплуатационного диапазона параметров режима полёта и воздушной среды за бортом. 3 Будет разработан и реализован алгоритм параметрической идентификации разработанных моделей, выполнены исследования условий и особенностей сходимости разработанного алгоритма. 4 Будет проведён анализ необходимого и достаточного условий идентифицируемости построенных моделей с помощью математического моделирования процедур оптимального оценивания коэффициентов. 5 Будут разработаны алгоритмы оценивания погрешностей идентификации, проверки адекватности моделей. 6 Будет определено теплового состояния ячеистых конструкций планера и окон самолётов статистическими методами Монте-Карло. 7 Будут определены критерий и алгоритм оптимизации теплофизических характеристик теплоизоляции обшивки, системы охлаждения обшивки, системы обеспечения теплового режима отсеков самолётов. 11

12 8 Будет построена математическая модель теплового состояния отсеков пассажирского самолёта, коэффициентами которой являются оптимальные характеристики системы охлаждения обшивки, системы обеспечения теплового режима и характеристики теплоизоляции кабины экипажа и салонов пассажиров. 9 Будет разработана математическая модель теплового состояния кабины экипажа пассажирского самолёта и получены оптимальные характеристики электротепловой и струйной защиты от запотевания стёкол на дозвуковом и от перегрева стёкол на сверхзвуковом режимах. 10 Будут разработаны расчётные и экспериментальные методы исследования температурных полей и напряжений в конструкции планера. 11 Будут определены зависимости механических характеристик новых композиционных, сотовых, гибридных материалов, сплавов металлов от температуры. 12 Будет разработан алгоритм определения температурного поля топлива двигателей в баках с помощью уравнений конвектино-кондуктивно-радиационного теплообмена и уравнений Навье- Стокса. 13 Будет проведена автоматизация стендов для экспериментальной отработки прочности и ресурсных характеристик конструкций планера самолётов. 14 Будут получены результаты решения прикладных задач с применением разработанных математических моделей, расчётных и экспериментальных методов исследования температурных полей и напряжений. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1212

13 БОЛЬШОЕ СПАСИБО !