Обледенение летательного аппарата — одна из важнейших проблем при эксплуатации воздушного судна, напрямую влияющая на безопасность полета. Исследования этой темы ведутся в Центральном аэрогидродинамическом институте имени профессора Н.Е. Жуковского (входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского»). В настоящее время специалисты работают над проектом в рамках конкурса Российского фонда фундаментальных исследований, практическим результатом которого станут модели обледенения аэродинамических поверхностей самолета. Для изготовления имитаторов льда ученые ЦАГИ применяют аддитивные технологии.
ЦАГИ применяет аддитивные технологии для исследования обледенения
Специальные накладки, имитирующие лед на поверхностях аэродинамической модели воздушного судна, специалисты института разрабатывают в технологии стереолитографии. В качестве основного конструктивного материала используется жидкий фотополимер, затвердевающий под воздействием ультрафиолетового облучения.
Изготовленная деталь с имитацией поверхности наледи. Источник: ЦАГИ
Поскольку поверхность наледи имеет достаточно сложную форму, для разработки имитаторов ученые применяют как расчетные, так и экспериментальные данные, полученные в аэрохолодильной трубе ЦАГИ. В свою очередь, результаты проекта позволят в дальнейшем уточнить и усовершенствовать цифровые математические модели расчетных случаев обледенения, используемые специалистами.
«Накладки позволяют нам изучить влияние льда на аэродинамические характеристики летательного аппарата. Имитаторы обледенения наносятся на те поверхности модели воздушного судна, которые наиболее уязвимы перед этим нежелательным явлением — например, передняя кромка крыла. Далее экспериментально определяется воздействие льда на параметры устойчивости и управляемости. В результате мы можем пополнить банк аэродинамических данных по влиянию обледенения, а в перспективе — дать актуальные рекомендации пилотам, как избежать его негативных последствий в полете», — пояснил начальник отдела научно-технического центра научно-производственного комплекса ФАУ «ЦАГИ» Прокопий Николаев.
Пример изготовленных накладок. Источник изображения: ЦАГИ
Стереолитография доказала свою эффективность для решения задач, которыми традиционно занимается ЦАГИ, и успешно используется в институте. Ее достоинствами являются скорость и экономичность изготовления. Еще один фактор «за» использование технологии — точность: порядка 20 микрон (0,02 мм).
Среди других примеров применения стереолитографии в центре авиационной науки — создание моделей для гидродинамических труб. Особенности технологии изготовления деталей из фотополимера позволяют изготавливать сложную внутреннюю конструкцию модели с сетью магистралей для вывода красителей. Благодаря этому удается оперативно проводить подготовку экспериментов по изучению картины обтекания с использованием окрашивающих жидкостей. Другим важным свойством стереолитографии является возможность изготавливать тонкостенные легкие детали из фотополимера и использовать их в производстве динамически подобных моделей самолетов.
Источник: В ЦАГИ освоили и внедрили аддитивную технологию изготовления деталей аэродинамических моделей
Сотрудники научно-технического центра научно-производственного комплекса (НТЦ НПК) Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н.Е. Жуковского (входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») освоили и внедрили в основное модельное производство технологию изготовления деталей аэродинамических моделей селективным лазерным сплавлением металлических порошков.
Способ изготовления ориентирован прежде всего на геометрически сложные детали, которые по традиционной технологии механической обработки на станках выполнить невозможно, или их производство представляет высокую трудоемкость. При изготовлении деталей используются отечественные порошковые композиции, близкие по механическим характеристикам к традиционно используемым в производстве аэродинамических моделей высокопрочным сталям.
Воздухозаборные устройства для перспективных летательных аппаратов
Технология заключается в последовательном «выращивании» изделия путем послойного (по сечениям) сплавления металлического порошка лучом лазера. Для лучшего теплоотвода и обеспечения прочной связи со строительной платформой аддитивной установки (которой располагает модельное производство института) каждая деталь «растет» на поддерживающей конструкции, формируемой из того же материала. Далее изделие подвергается операциям термической и финишной механической обработки.
В аддитивной установке возможно одновременное изготовление группы деталей различной конфигурации. Высокие прочностные и механические характеристики изделий подтверждены соответствующими испытаниями.
«Освоенная нами аддитивная технология селективного лазерного сплавления позволяет изготавливать уже не прототипы, а полноценные металлические изделия. При этом мы значительно экономим время и производственные ресурсы. Например, аэродинамическая модель включает в себя не одну сотню разнообразных деталей: закрылки, предкрылки, элероны, кронштейны и др. Для изготовления каждой из них по традиционной технологии необходимо подобрать режущий инструмент, подготовить управляющую программу для станка с ЧПУ, разработать и изготовить оснастку. Все это в условиях опытного производства обычно занимает значительное время. Мы же можем „вырастить“ сразу партию деталей за минимальный промежуток времени — от нескольких дней до нескольких часов при непрерывной работе установки в автоматическом режиме с минимальным участием оператора. Главное, технология позволяет воплотить в жизнь самые смелые конструкторские решения, когда в одном изделии без сборки интегрируется несколько сложных элементов, криволинейных внутренних каналов и полостей. Для снижения массы деталей они могут изготавливаться в виде оболочек, подкрепляемых сотовыми структурами», — рассказал начальник сектора НТЦ НПК ФАУ «ЦАГИ», ведущий специалист по аддитивным технологиям Валерий Зиняев.
В результате освоения и внедрения аддитивной технологии селективного лазерного сплавления в модельное производство специалисты ЦАГИ в кратчайшие сроки изготовили детали для моделей сверхзвукового гражданского самолета, турбореактивного двигателя нового поколения и др. Перспективную и набирающую популярность в производстве аддитивную технологию институт планирует активно развивать, в том числе за счет расширения парка установок и освоения новых материалов.