1. Мастерство высшего пилотажа в Средиземном море (представлен видеоматериал) 2. О работах CompMechLab® НИУ СПбГПУ по расчетному сопровождению проектирования и изготовления палубных аэрофинишеров - сложнейших технических устройств любого современного авианосца

Летчик-истребитель Северного флота Игорь Цукур побил свой личный рекорд, в сотый раз приземлившись на палубу авианесущего крейсера «Адмирал Кузнецов» на своем Су-33. По старой традиции офицера ударили о гак, а в летной книжке подполковника появилась новая запись о сотой посадке.

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab®  по материалам сайта Aviation EXplorer.

FEA.ru-комментарий. Известно, что одним из самых важных элементов любого современного авианосца является сложнейшее научно-техническое устройство – палубный аэрофинишер.

Ранее сотрудниками CompMechLab® с целью полномасштабного моделирования тормозных машин аэрофинишеров взлетно-посадочного комплекса тяжелых авианесущих крейсеров (ТАКР) «Адмирал Горшков» (ныне - "Викрамадитья") и «Адмирал Кузнецов» были разработаны уникальные математическая и конечно-элементная модели палубного аэрофинишера, предназначенного для посадки самолетов на палубу авианосца.

В настоящее время сотрудники CompMechLab® принимают участие в разработке палубных аэрофинишеров для установки на полигонах ГОА (Индия ) и Ейск (Россия). Новые модели аэрофинишеров должны позволит принимать самолеты с большим диапазоном масс.

Основные исходные характеристики для описания динамического процесса:

• скорость подлетающего самолета ~ 200 – 240 км/час;
• масса подлетающего самолета ~ 20 – 30 т;
• время торможения самолета на палубе – до 3 секунд;
• пробег («путь торможения») самолета по палубе – менее 100 м;
• перегрузки, испытываемые летчиком при посадке на палубу ~ 5 – 6 g.

Посадка истребителя Су-33 на ТАВКР «Адмирал Кузнецов»

Уникальная полномасштабная математическая модель палубного аэрофинишера разработана на основе эффективного комплексирования и применения передовых программных систем конечно-элементного анализа (ANSYS Mechanical, ANSYS CFX, LS-DYNA, MSC.ADAMS, SolidWorks и др.) , включая специализированное CompMechLab-in-house software, позволившего реализовать отсутствующие в CAE-системах возможности, которые принципиально важны для эффективного решения данной задачи.

Общий вид полномасштабной компьютерной модели аэрофинишера

Разработанные модели, в частности, по запросам Генеральной прокуратуры РФ, Военной прокуратуры Северного флота, Государственной комиссии по расследованию авиационных происшествий нашли широкое применение в расследовании авиационного происшествия, когда 5 сентября 2005 года в Северной Атлантике «после касания самолетом палубы корабля и зацепа в процессе торможения во второй половине пробега произошел обрыв тормозного троса, в результате чего самолет скатился с палубы, упал в море и затонул на глубине 1100 метров» (по материалам многих источников, например, Newsru.com).

На сайте FEA.ru в разделах Выполненные работы и AVI-Галерея представлены фрагменты нескольких работ, выполненных сотрудниками CompMechLab® по данной тематике:

• Конечно-элементное моделирование динамических процессов, возникающих при посадке истребителя на палубу авианосца (палубный аэрофинишер)

Цель цикла выполненных НИОКР – создание на базе современных CAD/CAE технологий (программных систем проектирования и инженерного анализа) уникальных математических и конечно-элементных моделей аэрофинишера. Разработанные в рамках НИОКР модели позволяют:
– рассчитывать динамические характеристики как тормозного устройства (палубного аэрофинишера), так и самолета;
– определять чувствительность всей системы к изменению конструкционных и эксплуатационных параметров, соответственно, выполнять "тонкую настройку" всех систем аэрофинишера ;
– рассчитывать нагрузки, действующие на пилота истребителя;
– осуществлять многопараметрическую комплексную оптимизацию характеристик тормозного устройства.

• Конечно-элементное моделирование множественного 3-D контактного взаимодействия и исследование механических свойств стального каната специального назначения. КЭ LS-DYNA-моделирование обрыва стального троса с последующими «раскруткой и распушением»

 

• CFD анализ клапана управления системы гидравлического торможения

Цель работы – создание численной модели клапана управления, учитывающей все геометрические особенности конструкции, для определения его гидравлических характеристик. Результаты работы - поля скоростей и давлений в дросселирующей части клапана управления, зависимости гидравлических потерь от расхода потока на входе и от положения поршня клапана.

Некоторые CompMechLab®-публикации по теме:

• Mikhaluk D., Voinov I., Borovkov A. Finite Element Modeling of the Arresting Gear and Simulation of the Aircraft Deck Landing Dynamics // Proc. 7^th European LS-DYNA Conference. 2009, Salzburg, Austria, 10p.
  Summary. Deck arresting gear is a special aerocarrier unit that is destined to provide efficient arrest of deck jetfighters with high deck landing speed (200 – 240 km/h). Arresting gear is a hydraulic plunger brake connected with takeup cable stretched across the deck, through the multiple block and tackle and spring damper elements. Jetfighters deck landing is one of the most complex and critical parts of the flight. It requires failurefree operation of the arresting gear system and skilled actions of the pilot. One of the factors that influences safety of the deck landing is the strength of the arresting gear structural elements and optimal “tuning” of the system for the arrest of the jetfighter with specific mass moving with specific velocity. In the current work a fullscale dynamic model of the deck arresting gear is created. It contains all basic elements of the real prototype and used to analyze the dynamic behavior of the arresting gear and tune it for specific conditions of the arrest. Main elements of the arresting gear are the cable and the hydraulic braking machine. The cable consists of two parts – takeup cable and braking cable. During deck landing the jetfighter grasps the takeup cable with a hook. The takeup cable is coupled with the braking cable that is designated to transfer jetfighter pull to the hydraulic braking machine. The latter is represented by hydrocylinder and accumulator where the kinetic energy of the fighter is transferred to the heat and then dissipated. The dynamic analysis was performed with use of LS-DYNA software. Standard capabilities of LS-DYNA do not enable performing adequate simulation of such complex nonlinear system, because due to feedback control system, some characteristics of the braking machine vary with change of other parameters. By that reason special software was developed that allows managing LS-DYNA and automatically run the process with multiple restarts. Developed dynamic model is used to obtain main parameters of the arresting process – change of the fighter displacement, velocity, acceleration vs. time, as well as pressure in the hydraulic elements of the braking machine.
   

• Войнов И.Б., Михалюк И.Б., Боровков А.И. Разработка и применение расчетной схемы работы тормозной машины палубного аэрофинишера // Научно-технические ведомости СПбГПУ. – СПб.: Изд. СПбГПУ. 2008. №4. 61 – 68.
  Аннотация. Представлено описание конструкции палубного аэрофинишера и приведен принцип его работы. Разработана расчетная схема, позволяющая быстро вычислить тормозное усилие, возникающее в гидравлической системе тормозной машины. Разработанная методика внедрена в полномасштабную конечно-элементную модель аэрофинишера и использовалась при моделировании посадок самолетов. Результаты моделирования показали хорошее совпадение с натурным экспериментом.

• Немов А.С., Войнов И.Б., Боровков А.И. Расчетное определение жесткостных характеристик кабелей с иерархической структурой // Научно-технические ведомости СПбГПУ. – СПб.: Изд. СПбГПУ. 2008. № 4. 21 – 27.
  Аннотация. Рассмотрены два подхода к исследованию механического поведения кабеля: аналитические оценки (использующие теорию растяжения и кручения кабеля) и прямое решение для кабеля задачи механики деформируемого твердого тела с помощью метода конечных элементов.

• Mikhaluk D., Voinov I., Borovkov A. Finite Element Modeling of the Arresting Gear and Simulation of the Aircraft Deck Landing Dynamics. Proc. 6^th EUROMECH Nonlinear Dynamics Conf. (ENOC'2008). St.Petersburg, Russia. 2008. 5p.
  Abstract. In the current work a full-scale dynamic model of the deck arresting gear is developed. Arresting gear is a special aero-carrier unit that is destined to provide efficient arrest of deck jet-fighters with high deck landing speed (200-240 km/h). It consists of a hydraulic plunger brake connected with take-up cable stretched across the deck, through the multiple block-and-tackle and spring-damper elements. The developed numerical model contains all basic elements of the real prototype and used to analyze the dynamic behavior of the arresting gear and tune it for specific conditions of the arrest.

• Михалюк Д.С., Войнов И.Б., Шанина А.С. Расчетное моделирование процесса изготовления и аналих прочности соединительной муфты аэрофинишера // Научно-технические ведомости СПбГПУ. – СПб.: Изд. СПбГПУ. 2008. №4. 55 – 61.

• Михалюк Д.С. Численное решение задач динамики поперечного удара по нити // Научно-технические ведомости СПбГПУ. – СПб.: Изд. СПбГПУ. 2008. №4. 49 – 55.

• Боровков А.И., Войнов И.Б., Михалюк Д.С., Климшин Д.В., Закиров О.А. Конечно-элементное моделирование и исследование динамического поведения палубного аэрофинишера при посадке самолетов // Труды СПбГТУ, № 498. Вычислительная математика и механика. СПб. Изд-во СПбГПУ. 2006. 110 – 123.

• Боровков А.И., Войнов И.Б. Конечно-элементное определение гидравлического сопротивления трубопроводов тормозной системы демпфирующего устройства // Труды Шестой Межд. конф. “Математическое моделирование физических, технических, экономических, социальных систем и процессов”. – Ульяновск: УлГУ, 2005. 152 –159.

Другие новости по этой теме на сайте FEA.ru:

10.12.2013 1. Авианосец "Викрамадитья" передан военно-морским силам Индии 2. О работах CompMechLab® НИУ СПбГПУ по расчетному сопровождению проектирования и изготовления палубных аэрофинишеров - сложнейших технических устройств любого современного авианосца
27.09.2013 Палубные МиГ-29 выполнили ночные полеты с «Викрамадитьи»
17.06.2013 Глава Российской Самолетостроительной Корпорации (РСК) "МиГ" Сергей Коротков: контракт на НИОКР по беспилотникам заключен с Минпромторгом России
12.11.2012 Корпорация «МиГ» завершила второй этап летных испытаний палубного истребителя МиГ-29К на тяжелом авианесущем крейсере "Викрамадитья"
11.10.2012 Фрегат-"невидимка" "Адмирал Горшков" приступит к ходовым испытаниям в ноябре
05.08.2012 1. Палуба "Викрамадитьи" встретилась с колесами истребителя МиГ-29КУБ 2. О работах CompMechLab® НИУ СПбГПУ по расчетному сопровождению проектирования и изготовления палубных аэрофинишеров - сложнейших технических устройств любого современного авианосца