Проектирование лопастей воздушных винтов самолетов методом конечных элементов с учетом прочности конструкций

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Лопасти современных турбовинтовых двигателей имеют сложную пространственную конфигурацию. Их можно отнести к классу оболочек. Методы расчета оболочек хорошо известны. На их основе создан ряд компьютерных программ. Однако в этих программах не учитываются особенности, связанные с взаимным влиянием деформаций лопасти и действующих на нее аэродинамических и инерционных нагрузок. Целью исследования являются разработка методики конечно-элементного расчета лопастей воздушных винтов самолетов с учетом аэроупругих эффектов и создание на ее основе компьютерной программы, доступной широкому кругу конструкторов и расчетчиков. Используется метод конечных элементов в геометрически нелинейной постановке. В качестве исходного используется уравнение равновесия, включающее полную нелинейную матрицу жесткости и учитывающее как консервативные, так и неконсервативные нагрузки. Задача решается способом последовательного нагружения, при этом исходное уравнение на каждом шаге нагружения линеаризуется, а частота вращения и геометрия лопасти считаются неизменными. Результаты шаговых расчетов суммируются. Рассчитана лопасть одного из серийных воздушных винтов на прочность. Обнаружено и проанализировано влияние деформаций на величину аэродинамической нагрузки и вследствие этого на напряжения в расчетных сечениях. Результаты расчета сопоставлены с экспериментальными данными. Предложенная методика и составленная на ее основе программа могут быть использованы при проектировании лопастей воздушных винтов самолетов.

Об авторах

Владимир Павлович Агапов

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: agapovpb@mail.ru
SPIN-код: 2422-0104

профессор кафедры прикладной механики и математики НИУ МГСУ, доктор технических наук

Российская Федерация, 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Курбан Рабаданович Айдемиров

Дагестанский государственный технический университет

Email: kyrayd@mail.ru
SPIN-код: 8167-4343

доцент кафедры сопротивления материалов, теоретической и строительной механики ФГБОУ ВО “ДГТУ”, кандидат технических наук

Российская Федерация, 367026, Махачкала, пр. И. Шамиля, д. 70

Список литературы

  1. Aleksandrov VG. Spravochnik aviacionnogo inzhenera [Aeronautical Engineer Handbook]. Moscow: Transport Publ.; 1973. (In Russ.)
  2. Tumarkin SA. Ravnovesie i kolebaniya zakruchennyh sterzhnej [Equilibrium and vibrations of twisted rods]. Trudy CAGI. 1937:341. (In Russ.)
  3. Dzhanelidze GYu. Sootnosheniya Kirhgofa dlya estestvenno skruchennyh sterzhnej i ih prilozheniya [Kirchhoff relations for naturally twisted rods and their applications]. Trudy Leningradskogo politekhnicheskogo instituta im M.I. Kalinina. 1946;1. (In Russ.)
  4. Birger IA. Nekotorye matematicheskie metody resheniya inzhenernyh zadach [Some Mathematical Methods for Solving Engineering Problems]. Moscow: Oborongiz Publ.; 1956. (In Russ.)
  5. Ruhadze AK. O deformacii estestvenno zakruchennyh sterzhnej [Deformation of naturally twisted rods]. Prikladnaya matematika i mekhanika[Journal of Applied Mathematics and Mechanics]. 1947;ХI(5). (In Russ.)
  6. Riz PM. Deformacii estestvenno zakruchennyh sterzhnej [Deformations of naturally twisted rods]. Doklady AN SSSR. 1939;3(4):451. (In Russ.)
  7. Shorr BF. Izgibno-krutil’nye kolebaniya zakruchennyh kompressornyh lopatok [Flexural and torsional vibrations of swirled compressor blades]. In: Prochnost’ i dinamika aviacionnyh dvigatelej [Strength and dynamics of aircraft engines] (vol. 1). Moscow: Mashinostroenie Publ.; 1964. p. 217—246. (In Russ.)
  8. Kravchik NI., Kravchik TN. Razvitie vozdushnyh letatel’nyh apparatov i aviacionnyh dvigatelej [Development of aircrafts and aircraft engines]. Moscow: MAI Publ.; 2002. (In Russ.)
  9. Zienkiewicz OC., Taylor RL. The Finite Element for Solid and Structural Mechanics. 6th ed. McGraw-Hill; 2005.
  10. Bathe KJ., Wilson EL. Numerical methods in finite element analysis. New Jersey: Prentice-Hall, 2005.
  11. Crisfield MA. Non-linear finite element analysis of solids and structures. John Wiley & Sons Ltd.; 1977.
  12. Oden JT. Finite elements in nonlinear continua. New York: McGraw-Hill Book Company; 1972.
  13. MSC NASTRAN 2016. Nonlinear User’s Guide SOL 400 2016 (MSC Software). P. 790.
  14. ANSYS Theory Reference. Release 5.6 1999 (Canonsburg, PA:ANSYS Inc).
  15. ABAQUS 6.12. Theoretical manual 2012 (DS Simulia)
  16. DIANA FEA User’s Manual. Release. 2017. 10 (DIANA FEA bv).
  17. Siddesha KM., Deepak SA. Kandagal SB. Static and Dynamic Analysis of Propeller Blade of Aero Engine. IJRASET. September 2017;5(IX):217—221. doi: 10.22214/ijraset.2017.9032
  18. Kong C, Park H, Lee K, Choi W. A study on structural design and analysis of composite propeller blade of turboprop for high efficiency and light weight. ECCM 2012 – Composites at Venice, Proceedings of the 15th European Conference on Composite Materials. Venezia, Italy;2012:24—28.
  19. Agapov VP. Metod konechnych elementov v statike, dinamike i ystojchivosti konstrukcij [Finite element method in static, dynamic and buckling analysis of structure]. Moscow: ASV Publ.; 2005. (In Russ.)
  20. Alersandrov VL. Vozduschnyie vinty [Propellers]. Moscow: Oborongiz Publ.; 1951. (In Russ.)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».