В МАИ разработали цифровые решения для обоснования ресурса композитных агрегатов Superjet-100

Специалисты лаборатории № 2 «Композиционные материалы» МАИ разработали комплексную методологию расчётов усталостной прочности агрегатов планера Superjet-100 из полимерно-композиционных материалов (ПКМ), которая ускорит процесс обоснования их долговечности.

Импортозамещение авиационной техники сопровождается большим количеством натурных испытаний, которые проверяют качество новых материалов, соответствие их основных механических и прочностных характеристик нормам лётной годности. Для ускорения создания авиационной техники современная авиационная наука разрабатывает математические модели и методики на их основе, которые позволяют сократить общее время проведения натурных испытаний и стоимости их проведения.

— Очень часто натурные испытания затягиваются по причине ранних повреждений испытуемых агрегатов, требуется дополнительное время, пока будет разработан и выполнен их ремонт и испытания будут возобновлены. Затягивающееся проведение испытаний замедляет подтверждение проектного ресурса, а простой оплачивается. Для обоснования усталостной прочности агрегатов из ПКМ Superjet-100 проводятся ресурсные испытания, в ходе которых конструкции подвергают циклическим нагрузкам, подобные тем, какие самолёт испытывает в ходе полёта. Количество циклов нагрузки должно превышать реальное вплоть до соотношения 1:4. Чтобы заранее оценить, насколько конструкция будет соответствовать таким жёстким требованиям, например, в случае замены композита в конструкции или после клеевого ремонта, и нужна разрабатываемая МАИ расчётная методика. Вот почему работы над расчётными методиками усталостной прочности приобретают критическую важность, — отмечает начальник лаборатории № 2 «Композиционные материалы и прочность конструкции» НИО-101 МАИ Егор Назаров.

На основе хорошо зарекомендовавшей себя в мировой практике зарубежной авторской математической модели поведения композиционного материала в МАИ разработали комплексную методологию расчётов, которую применили к импортозамещенному Superjet-100. Методология включает в себя изучение поведения материала из ПКМ при различных видах нагружения, изучение конструкции из ПКМ на предмет выявления критических зон, формирования циклограмм усталостного нагружения, а также разработку фрагментов дополнительного программного обеспечения, необходимого для применения этой методологии инженерами авиационных конструкторских бюро.

— Исходная математическая модель валидировалась зарубежными специалистами из университета Гента (Бельгия) на основе экспериментальных данных японской корпорации Honda Ltd. Разработанная же в МАИ на основе зарубежной математической модели методика была специально адаптирована для применения к композитным агрегатам большого пассажирского самолёта — самолёта совсем другой размерности и другого уровня ответственности, — отметил эксперт.

Такая адаптация потребовала разработки ряда цифровых решений. Так, специалисты МАИ разработали специальную программу для обработки экспериментальных данных, потому что исходная математическая модель требует достаточно сложной работы с экспериментальными данными, для подбора рабочих характеристик материала на основе испытаний. Для испытания специальных образцов из ПКМ на серво-гидравлической испытательной машине потребовалось создать специальные авторские программы нагружения, на которые был оформлен патент.

Разработанная методика расчётов является шагом вперёд во многих отношениях. Она позволяет оценить долговечность ремонта конструкций с клеевым и болтовым ремонтом, в то время как на сегодняшний день в России не существует методологии ни расчётной, ни экспериментальной оценки долговечности ремонта композитных агрегатов.

На данный момент специалисты МАИ разработали модели для расчёта элементарных образцов импортозамещённых материалов из ПКМ и валидировали их по результатам испытаний. Разработанные расчётные методики конструктивно-подобных образцов, как зон самой конструкции, так и зон конструкции с выполненными ремонтами, ожидают окончания натурных испытаний конструктивно-подобных образцов для своей валидации. Расчётные модели самолётных агрегатов находятся в стадии разработки, после чего будут переданы заказчику для самостоятельной валидации.

Подход к расчёту усталостной долговечности конструкций из ПКМ с учётом деградации механических характеристик материала является достаточно новым направлением в отрасли. Специалисты МАИ приобрели уникальные компетенции в этой области, в том числе использования самых современных цифровых технологий.

Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России.