CC BY
81
различных передаточных отношений пар колес 11 и 12 устанавливается рассогласование или согласование углов установки магнитодержателей 7.
Итак, удается расширить технико-эксплуатационные возможности фильтра путем обеспечения регулирования его сопротивления.
Это обусловлено тем, что фильтр МФ-2 имеет множество гарантированных значений сопротивления фильтрации, которые соответствуют определенным, оперативно задаваемым (без разборки фильтра, вручную или дистанционно) положениям рабочих органов устройства поворота магнитодержателей. В каждом конкретном случае магнитодержатели устанавливают в положение, при котором сопротивление МФ является оптимальным или близким к оптимальному по отношению к соответствующим эксплуатационным условиям. Так, при увеличении размеров примесей или снижения по потребной степени очистки углы взаимного смещения магнитодержателей могут быть уменьшены. Кроме того, МФ-2, как и МФ-1, повышает возможности безразборной регенерации фильтра путем промывки или продувки засорившейся фильтровальной массы непосредственно в рабочей камере.
Устройство признано изобретением [4], использование которого также (см. п.1 в отношении к [3]) не потеряло своей актуальности в выделенных областях человеческой деятельности.
Обобщая вышеизложенное, можно сделать следующие выводы:
1. Представленные новации решают обозначенную проблему, являются очередными шагами в совершенствовании методов и средств очистки (фильтрации) газообразных и жидких текучих сред от магнитных и немагнитных инородных включений.
2. Разработан не один, а серия (семейство) универсальных магнитных фильтров с рабочей маркировкой МФ-1, МФ-2 и МФ-3.
3. Все представленные разработки обладают промышленной применимостью, мировым уровнем новизны и изобретательским уровнем.
4. Внедрение предлагаемых магнитных фильтров позволяет:
- формировать фильтровальную решетку без мон-тажно-демонтажных работ, непосредственно в проточной части фильтра;
- оперативно в дистанционном или автоматическом режиме плавно или ступенчато регулировать параметры фильтра, изменяя архитектуру фильтровальной решетки;
- оперативно в дистанционном или автоматическом режиме осуществлять безразборную многократную регенерацию фильтра.
5. Разработки имеют как теоретическое (научно-техническое и учебно-методическое), так и практическое значение.
Статья поступила 8.04.2014 г.
Библиографический список
1. А. с. СССР № 965472, кл. В 01 О 35/06, 25.03.81. Магнитный фильтр / Б.Г. Афанасьев,А.Г. Семенов; Ленинградский политехн. ин-т. Заявл. 25.03.81; Опубл. 15.10.02. Бюл. № 38.
2. А. с. СССР № 1009493, кл. В 01 О 35/06, 07.04.83. Магнитный фильтр / А.Г. Семенов; Ленинградский политехн. ин-т. Опубл. 07.04.83. Бюл. № 13.
3. А. с. СССР № 1117074, кл. В 01 О 35/06, 07.10.84. Магнитный фильтр / А.Г. Семенов; Ленинградский политехн. ин-т. Опубл. 07.10.84. Бюл. № 37.
УДК 62-501.12; 629.73.015.3.027
САМОСТАБИЛИЗИРУЮЩИЕСЯ ЭКРАНОПЛАНЫ СХЕМЫ «УТКА» С ШАССИ НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ
© В.В. Суржик1, А.А. Санхорова2
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Статья посвящена актуальной проблеме развития транспортной системы посредством интеграции железнодорожного, водного и автомобильного транспорта в единую транспортную систему и внедрения в эту систему самостабилизирующихся экранопланов компоновочной схемы «утка». Отмечено, что интеграция станет могучим стимулом развития неосвоенных регионов, позволит организовать контейнерную доставку грузов «от двери до двери» и послужит укреплению национальной безопасности страны. Экранопланы с аппаратами на статической воздушной подушке в качестве взлетно-посадочных устройств обеспечат взлет, посадку и передвижение по любой ровной неподготовленной поверхности. Ил. 6. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: экранопланы; самостабилизация; транспортная система; статическая воздушная подушка.
1 Суржик Виталий Витальевич, доктор технических наук, профессор кафедры оборудования и автоматизации машиностроения, тел.: 89148922460, e-mail: [email protected]
Surzhik Vitaly, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Machinery and Automation of Mechanical Engineering, tel.: 89148922460, e-mail: [email protected]
2Санхорова Александра Александровна, студентка, тел.: 89027628940, e-mail: [email protected] Sankhorova Aleksandra, Student, tel.: 89027628940, e-mail: [email protected]
SELF-STABILIZING EKRANOPLANES OF "DUCK" DESIGN WITH AIR CUSHION LANDING SYSTEM V.V. Surzhik, A.A. Sankhorova
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article treats the relevant problem of transport system development through the integration of rail, water and road transport and introduction of self-stabilizing ground effect vehicles of the "Duck" design in a single transport system. It is noted that integration will become a powerful stimulus for the development of undeveloped regions. It will allow to organize "door to door" cargo container delivery as well as to strengthen national security of the country. Ekranoplanes equipped with static air cushion devices as landing gear will provide takeoff, landing and movement along any unprepared surfaces. 6 figures. 3 sources.
Key words: ekranoplanes (ground effect vehicles); self-stabilization; transport system; static air cushion.
Современное развитие транспорта характеризуется значительным ростом его крейсерских скоростей и повышенными требованиями к безопасности эксплуатации. Скорость и безопасность любого вида транспорта - два важнейших показателя его технического совершенства. За последние десятилетия прошлого века бурное развитие получили транспортные средства, использующие новые принципы движения. К ним относятся суда на подводных крыльях, аппараты на воздушной подушке, экранопланы и другие подобного рода объекты, которые сочетают в себе свойства нескольких видов транспорта, например, свойства плавающих транспортных средств со свойствами летательных аппаратов (ЛА).
Идею модернизации водного транспорта с повышением его скорости при минимальной энерговооруженности реализовал великий ученый и инженер Ростислав Евгеньевич Алексеев. Под его руководством в 60-е годы прошлого столетия были созданы первые в мире суда на подводных крыльях, а затем экранопланы, выполненные по «самолетной» схеме. Водоизме-щающий корпус у судов на подводных крыльях поднимался над водной поверхностью и сопротивление движению в воде создавали только подводные крылья, площадь которых была значительно меньше омывающей поверхности водоизмещающего корпуса. То есть, управлять крыльями при изменении скорости движения судна не было необходимости, так как крылья двигались на небольшой глубине и за счет изменения этой глубины погружения создавали переменные демпфирующие силы и моменты, балансирующие судно. Однако суда с малопогруженными подводными крыльями имели ограничение по максимальной скорости движения из-за возникающего кавитационного режима на крыльях при достижении определенной скорости и как следствие этого резкое падение подъемной силы и торможение. Поэтому необходимо было исключить любой контакт с водой. Так появился новый класс судов - экранопланы, которые на основном режиме движения не имеют контакта с водой, ограничений по скорости и обладают рядом преимуществ по сравнению с существующими водными видами транспорта. Идея поднятия корпуса судна над водой нашла свою реализацию также и в скеговых судах и судах на воздушной подушке, которые, как и суда на подводных крыльях, имеют ограничения по максимальной скорости.
Одним из первостепенных и важнейших вопросов при создании экранопланов как нового вида транспорта является вопрос обеспечения необходимой устойчивости движения как на крейсерском режиме, так и на переходных режимах. В настоящее время устойчивость и управляемость в авиации хорошо изучены и существуют обоснованные критерии и нормы устойчивости, чего нельзя сказать об экранопланах.
По общему признанию зарубежных аэродинамиков проблема устойчивости экранопланов относится к числу самых неизученных в экранопланостроении. С точки зрения оценки совершенства экраноплана, как и любого ЛА, в отношении его устойчивости и управляемости существенным является не только то, вернется или не вернется экраноплан после подействовавшего на него возмущения в исходный режим полета. Важно знать, как быстро произойдет это возвращение, насколько изменится движение экраноплана под влиянием определенного возмущения в первый момент времени и каким будет характер возмущенного движения. Таким образом, при изучении устойчивости экраноплана целесообразно рассматривать весь динамический процесс возмущенного движения, а не только его конечный результат.
Необычайно широкий диапазон режимов движения экранопланов усложнял теоретические и экспериментальные исследования данных аппаратов, так как им соответствуют принципиально различные законы изменения действующих сил и законы подобия явлений. В соответствии с этим весьма разнообразны и методы теоретического и экспериментального исследования характеристик данных аппаратов.
Экранопланы обладают большим преимуществом по скорости перед традиционными водоизмещающими судами, высоким аэродинамическим качеством (совершенством), превышающим аналогичный показатель современных самолетов, и более высокой мореходностью, чем гидросамолеты. Кроме того, экрано-планы не требуют строительства взлетно-посадочных полос и обладают амфибийными качествами.
Внедрение в России пассажирских судов на подводных крыльях (СПК) в середине прошлого века коренным образом модифицировало пассажирские перевозки, сделав их привлекательными для пассажиров и рентабельными для государства. В настоящее время с особой остротой стоит вопрос развития перевозок в регионах, где есть большие и малые реки и где они пересекаются с железнодорожными и автомо-
бильными магистралями. Логическим развитием судов на подводных крыльях являются суда на динамической воздушной подушке или экранопланы, которые будут особенно перспективными для организации круглогодичных скоростных грузопассажирских перевозок по рекам, имеющим малые глубины фарватер-ного хода и перекаты.
Учитывая специфику водных акваторий, нетрудно предсказать основные требования к перспективной транспортной единице:
1. Высокая скорость (ввиду больших пространств обслуживаемой зоны).
2. Экологичность (желателен минимальный техногенный контакт с «мировыми запасами пресной воды»).
3. «Всесезонность» применения (учитывая специфику климата).
4. Универсальность применения (экономические и экологические условия оптимизации количества используемых транспортных единиц).
Реальными транспортными средствами, отвечающими этим требованиям, являются аппараты, использующие «экранный эффект поверхности» -экранопланы, т.е. летающие на малой высоте, когда воздух между их крылом и поверхностью сжимается и создает естественную «воздушную подушку». Это свойство воздуха под крылом обеспечивает особый несущий эффект, позволяющий аппарату, его использующему, перевозить максимальную полезную нагрузку при минимальной мощности и габаритах, т.е. максимальной экономичности. Стоимость такой транспортировки в 2,5 ^ 3 раза ниже стоимости перевозки тонно-километра груза в сравнении с транспортными самолетами. Кроме того, экранопланы принципиально решают проблему амфибийности и обладают высокой надежностью и безопасностью. Эти аппараты могут двигаться над участками воды, льда, снега, заболоченной местности, выходить на пологий берег и двигаться над относительно ровными участками суши. Мировым лидером в их разработке был СССР, и после его развала сохранились остатки научных школ, практически создавшие перспективные образцы этой техники.
Экранопланы не требуют создания ни аэродромов, ни железнодорожных путей сообщения, ни насыпных дорог. Зона их использования - это русла рек, прибрежные морские зоны, озера, тундра, степи и любые относительно ровные участки суши.
Для экранопланов характерным режимом движения является полет на заданной высоте с жесткими ограничениями на параметры движения (угол тангажа и высота). Реализация движения экранопланов без «заброса» этих параметров возможна или путем оснащения их системами автоматической стабилизации или путем создания экранопланов самостабилизирующихся компоновочных схем (под забросом параметров понимается дальнейшее их увеличение после прекращения действия возмущения). По пути создания систем автоматической стабилизации для экранолетов «самолетной» схемы пошли на фирме Р.Е. Алексеева (ЦКБ по СПК)._
Разработкой и созданием экранопланов самостабилизирующихся компоновочных схем занимаются ученые и инженеры Иркутской школы, созданной А.Н. Панченковым.
Самостабилизирующиеся экранопланы являются уникальными аппаратами, не имеющими аналогов в мире, и ввод их в транспортную систему по технической значимости может стать равным созданию в 1956 г. судов на малопогруженных подводных крыльях типа Ракета.
В отличие от созданных в настоящее время экранолетов «самолетной» схемы, самостабилизирующиеся экранопланы компоновочной схемы «утка» класса СДП (самостабилизирующееся судно на динамической подушке) не требуют автоматической системы стабилизации полетов, так как обладают свойством самостабилизации, что значительно увеличивает безопасность полетов.
Под самостабилизацией понимается способность экраноплана сохранять балансировочные режимы и устойчивость движения во всем диапазоне полетных скоростей без вмешательства органов управления при действии эксплуатационных возмущений.
Внедрение самостабилизирующихся экранопла-нов в транспортную систему свяжет отдаленные, малодоступные регионы, расположенные на реках, с центральными промзонами для организации бесперебойного круглогодичного сообщения и снабжения.
Создание и объединение транспортных потоков экранопланов с автомобильными и железнодорожными магистралями станет могучим стимулом развития неосвоенных территорий любого государства.
Для оценки эксплуатационных свойств экранопланов представляет интерес отзыв генерального конструктора КБ им. Сухого М.П. Симонова: «Мне приходилось участвовать в испытаниях или быть пассажиром многих транспортных средств: наземных, воздушных, водных, но я никогда не ощущал такой восторженности как на экраноплане». Эти слова он произнес после полета на экранолете «Орленок». Неизгладимые впечатления от экранного полета придают особую привлекательность этому новому виду транспорта особенно для туристов. В технике же, как правило, положительное эмоциональное восприятие соответствует ее высокому техническому уровню и большой экономической целесообразности.
Особый интерес к данному виду транспорта проявляют все морские и островные страны. Социальный эффект от внедрения экранопланов в жизнь любой страны переоценить трудно, и он состоит в следующем:
- может быть обеспечено круглогодичное использование водных путей страны;
- будет дан толчок более быстрому освоению малодоступных районов и их социальному развитию;
- будет обеспечено надежное пассажирское и грузовое сообщение в той части страны, где его сейчас практически нет.
Экранопланы обладают большим преимуществом по скорости перед традиционными водоизмещающими судами, высоким аэродинамическим качеством (со-
вершенством), превышающим аналогичный показатель современных самолетов, и более высокой мореходностью, чем гидросамолеты. Особый интерес представляет использование на экранопланах статической воздушной подушки в качестве взлетно-посадочных устройств, что в значительной мере приведет к снижению гидродинамического сопротивления при движении экранопланов по водной поверхности при взлете.
Еще в начале прошлого столетия шведский инженер Густав Лаваль вел работу по ускорению движения судов с помощью воздушной смазки - тонкого слоя воздуха, вводимого между корпусом судна и водой. Однако положительных результатов получить ему не удалось.
В 1935 г. профессор Новочеркасского политехнического институте В.И. Левков построил опытные катера на статической воздушной подушке Л-1 и Л-5 и успешно их испытал: катера двигались над водной поверхностью, свободно выходили на берег, маневрировали над вспаханным полем. На контрольных испытаниях в 1937 г. Л-5 показал на воде рекордную для судов скорость - 73 узла (свыше 133 км/ч).
Дело В.И. Левкова продолжили конструкторы Г.С. Туркин и В.И. Кожехин, которые первыми в мире разработали аппарат сопловой схемы и получили авторское свидетельство на "вездеходную бесколесную транспортную машину на воздушной подушке". Перспективность использования таких аппаратов при-
Рис. 1. Камерная схема образования воздушной
подушки: 1 - корпус; 2 - воздушный винт; 3 - двигатель; 4 - зона повышенного давления; Н - высота парения
Рис. 3. Сопловая схема образования воздушной подушки: слева - односопловая, справа - двухсопловая
влекла внимание и зарубежных специалистов. Начиная с 50-х годов ими занимались фирмы Англии, Канады, США, Франции, Японии и других стран. Создано множество различных типов машин: от одно-двухместных до больших транспортных грузоподъемностью в сотни тонн.
В России машины на воздушной подушке уже нашли широкое практическое применение в народном хозяйстве. По своему назначению они делятся на несколько типов:
СВП - суда на воздушной подушке, используются только над водой. К ним относятся пассажирские «Сормович», «Красное Сормово» и др.;
МВП - машины (автомобили, микроавтобусы, мотоциклы), предназначенные для движения над водой и над землей в условиях бездорожья: над болотами, переувлажненными полями, пашнями. Таких вездеходов в нашей стране создано много. Это «Барс», «Вихрь», «Бриз», «Гепард», «Радуга», МПИ-18, САВР-1, САВР-2 вместимостью 5-10 пассажиров и легкие одно-двухместные машины Харьковского авиационного, Уфимского политехнического институтов, многочисленные МВП любительской постройки;
ПВП - платформы на воздушной подушке, к которым относятся грузовые самоходные и несамоходные аппараты, буксируемые каким-либо видом транспорта. Западно-Сибирский ВНИИ нефтепром построил целую серию таких платформ грузоподъемностью в 40, 60 и даже 400 тонн для перевозки тяжелого нефтедобыва-
Рис. 2. Схема АВП с гибким ограждением - юбкой
Рис. 4. Мотоцикл на воздушной подушке: ЦТ - центр тяжести всей системы; Цд - центр давления корпуса; М - плечо кренящего момента; V - горизонтальная составляющая силы тяги
Рис. 5. Схема МВП, оборудованного управляемыми окнами (1) и створкой (2)
Рис. 6. Схема МВП с раздельным приводом нагнетателя и движителя
ющего оборудования в условиях бездорожья.
Сообщалось также, что за рубежом создается «Атлант» — атомоход на воздушной подушке, предназначенный для трансатлантических рейсов. Он имеет водоизмещение 15 тыс. т, скорость 130 узлов и сможет перевозить 4 тыс. пассажиров и 2 тыс. автомобилей.
Суть изобретения Г.С. Туркина и В.И. Кожехина в том, что воздух в их аппарате сопловой схемы нагнетается компрессором и направляется в сопла, выполненные по всему периметру днища. Это узкая прерывистая щель, ориентированная под некоторым углом к центру машины. Выходя из сопла, воздух образует завесу, ограждающую зону повышенного давления под корпусом. Высота парения при этом значительно увеличивается. Еще лучше два подобных параллельных сопла. Аппараты сопловой схемы менее чувствительны к изменению центровки.
Шасси на воздушной подушке (ШВП) это совокупность устройств, служащих для создания воздушной подушки (области повышенного статического давления под некоторой частью фюзеляжа) как основного опорного элемента, обеспечивающего взлёт, посадку
и передвижение экраноплана по ВПП. ШВП необходимо формировать по струйно-щелевой схеме с баллонным гибким ограждением; воздух нагнетается специальным вентилятором. Использование ШВП позволит уменьшить давление на ВПП (важно для тяжёлых самолётов), а посадку самолётов, оборудованных только ШВП, производить на любую ровную неподготовленную поверхность, в том числе на поле, воду, снег, болото, размокший грунт и т.д. (например, экспериментальный самолёт Де Хэвилленд оф Канада -Белл ХС 8А «Баффало» с ШВП преодолевал канавы шириной до 3 м, валуны и пни высотой до 0,4 м). ШВП находится в стадии экспериментальных разработок.
Таким образом, использование для самостабилизирующихся экранопланов схемы «утка» ШВП, формирующихся по струйно-щелевой схеме с баллонным гибким ограждением и в сочетании с колёсным шасси, увеличит эксплуатационные характеристики и обеспечит взлёт, посадку и передвижение экранопланов по любой ровной неподготовленной поверхности, в том числе по полю, воде, снегу, болоту, размокшему грунту и т.д.
Статья поступила 17.04.2014 г.
Библиографический список
1. Суржик В.В. Структурно-параметрический синтез мате- 3. http://www.aircaft.ru/aviation-encyclopedia/sh/2752-shassi-матических моделей экранопланов. Иркутск, 2012. 184 с. na-vozdushnoy-podushke.html
2. http://www.patlah.ru/etm/etm-24/vozdyh-podyhka/tehnika%20podyhka/teh%20podyhka.htm
УДК 539.375
МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ НАГРУЖЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ВЫСОКОРЕСУРСНЫХ ТУРБОМАШИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДЕЛЕЙ ВЫСОКОГО УРОВНЯ
А
© Д.Г. Федорченко1
Самарский государственный аэрокосмический университет, 443123, Россия, г. Самара, Московское шоссе, 34.
Представлена новая методология проектирования и подтверждения надежности и ресурса создаваемых двигателей. Технология заключается в использовании моделей высокого уровня для реальных условий нагружения, расчеты по таким моделям можно проводить только численно, с использованием метода конечных элементов. Правильно составленная модель позволяет существенно повысить достоверность расчетов. Приведены примеры прочностных и динамических расчетов лопаток, дисков, оболочек, а также газодинамический расчет камеры сгорания. Эффективность использования таких моделей подтверждена многочисленными экспериментальными данными.
Ил. 11. Библиогр. назв. 2.
Ключевые слова: испытания; метод конечных элементов; нагружение; надежность; проектирование; прочность; разрушение; расчетные модели; ресурс.
MODELING ACTUAL LOADING CONDITIONS WHEN DESIGNING EXTENDED SERVICE LIFE TURBOMACHINERY WITH THE USE OF HIGH-LEVEL MODELS D.G. Fedorchenko
Samara State Aerospace University, 34 Moskovskoe Shosse, Samara, 443123, Russia.
The article introduces a new methodology that allows to design and validate the reliability and service life of the produced
1Федорченко Дмитрий Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры конструкций и проектирования двигателей летательных аппаратов, тел.: (846) 2674675, e-mail: [email protected]
Fedorchenko Dmitry, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Aircraft Engine Construction and Design, tel.: (846) 2674675, e-mail: [email protected]
