Основные направления развития авиационной науки
 Скачать 315.84 Kb.
|
|
Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 1 (39) 2013 г. 9 УДК 629.7.01 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ АВИАЦИОННОЙ НАУКИ ©2013 Б. С. Алёшин, С. Л. Чернышев Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е.Жуковского» (ФГУП «ЦАГИ») Статья посвящена перспективным гражданским направлениям в области аэродинамики, компоно- вок летательных аппаратов (ЛА), силовых установок, материалов и конструкций. Излагаются цели, сто- ящие перед авиационной наукой в части совершенствования ЛА. Описываются работы, которые по дан- ным направлениям ведёт ФГУП «ЦАГИ». Статья подготовлена по материалам выступления на пленар- ном заседании Симпозиума «Самолётостроение России. Проблемы и перспективы», посвящённого 70- летию Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С. П. Королёва. Авиация, летательный аппарат, аэродинамика, компоновка, силовая установка, материалы, кон- струкции, ФГУП «ЦАГИ». В России существует ряд основопо- лагающих документов, которые опреде- ляют стратегию развития авиации в стране . Ещё 20 апреля 2006 года приказом Минпромэнерго №85 была утверждена «Стратегия развития авиационной про- мышленности РФ на период до 2015 го- да ». 1 апреля 2012 года Указом Президен- та Российской Федерации Пр-804 были приняты «Основы государственной поли- тики РФ в области авиационной деятель- ности на период до 2020 года». Совсем недавно , в декабре 2012 года, была одоб- рена новая Государственная программа (ГП) «Развитие авиационной промышлен- ности на 2013-2025 годы» [1], которая станет основой для государственной под- держки авиастроения в нашей стране. ГП состоит из подпрограмм, в том числе : 1. Самолётостроение. 2. Вертолётостроение. 3. Авиационное двигателестроение. 4. Авиационное агрегатостроение. 5. Авиационное приборостроение. 6. Малая авиация. 7. Авиационная наука и технологии. Говоря о подпрограмме №7, которая посвящена развитию авиационной науки и технологий , необходимо отметить, что в последние годы государство вновь стало выделять на отечественную авиационную науку значительные средства, по разме- рам уже сопоставимые с объёмами фи- нансирования авиационных научных ор- ганизаций в таких странах, как Германия или Франция. Логично ожидать, что ре- зультатом этих вложений должны быть значимые научные результаты, обеспечи- вающие создание новой конкурентоспо- собной отечественной авиационной тех- ники При формировании подпрограммы «Авиационная наука и технологии» ис- пользовался подход, уже апробированный нашими коллегами за рубежом и основан- ный , прежде всего, на удовлетворении по- требностей рынка. Авиационная наука должна предвидеть, какие летательные аппараты и их качества будут востребова- ны в будущем и, соответственно, напра- вить свои исследования по созданию но- вых технологий на удовлетворение этих грядущих потребностей. Главная задача авиационной науки заключается в том, чтобы сформировать научно -технический задел, который оте- чественные авиационные фирмы смогут использовать при создании новых образ- цов авиационной техники. Понятно, что этот задел многообразен и подразумевает проведение , в том числе фундаменталь- ных исследований. Однако важно, чтобы в Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 1 (39) 2013 г. 10 конце научной работы новые технологии были доведены до высокого уровня го- товности , в том числе путём создания де- монстраторов , т.е. эффективность новых решений должна быть подтверждена рас- чётами , экспериментами, наземными и лётными испытаниями, чтобы авиапроиз- водители могли бы, не сомневаясь, ис- пользовать эти решения при разработке новых изделий. Подпрограмма «Авиационная наука и технологии» предусматривает составле- ние «Национального плана развития науки и технологий в авиастроении на пе- риод до 2025 года и на дальнейшую пер- спективу » (далее «Национальный план»), в котором должны найти отражение пер- спективные требования не только к лета- тельным аппаратам будущего, но и к авиатранспортной системе в целом. Необ- ходимо учитывать мировые тенденции развития на 10-20 лет вперёд таких целе- вых показателей, как безопасность полё- тов , экологические характеристики воз- душного судна, уровень комфорта. При этом нужно признать, что если раньше главным направлением совершенствова- ния гражданской авиатехники было по- вышение скорости, то сегодня акцент де- лается на экологические характеристики воздушных судов. В табл. 1 приведены некоторые це- левые показатели по совершенствованию гражданского авиатранспорта до 2030 го- да , соответствующие мировым тенденци- ям Таблица 1. Целевые показатели совершенствования гражданского авиатранспорта 2015 2020 2025 2030 Снижение уровня аварийности в, раз 2,0 4,5 6,5 8,0 Снижение шума относительно гл. 4 норм ИКАО на, EPNдБ 15 25 35 45 Снижение расхода топлива и эмиссии СО2 на, % 10 25 45 60 Снижение эмиссии NOX на, % 20 45 65 80 Таким образом, логика построения «Национального плана» заключается в мониторинге будущей ситуации на рынке авиаперевозок , на рынке гражданской авиатехники , которая потребуется эксплу- атантам для удовлетворения спроса на авиаперевозки , а также требований, кото- рые будут предъявляться к перспективной авиатехнике и к авиатранспортной систе- ме На основе прогноза рынка и требо- ваний ведущие авиационные научные ор- ганизации дали Форсайт [2] развития ос- новных научных направлений на ближ- нюю , среднюю и дальнюю перспективу с указанием результатов в форме техноло- гий , которые авиационной науке необхо- димо разработать, доведя их до высокого уровня готовности, для отечественной промышленности в обеспечение конку- рентоспособности создаваемой авиатех- ники Форсайт развития научных направ- лений является базой для формирования «Комплексного плана научно - исследовательских работ», содержащего информацию о сроках, объёмах финанси- рования , исполнителях и используемой экспериментальной базе. Чтобы легче от- слеживать результаты работ и выполнение целевых показателей, введено такое поня- тие , как комплексные проекты. Они пред- ставляют собой не конкретный самолёт или двигатель, а определённую комбина- цию технологий, которая позволяет суще- ственно улучшить какие-либо целевые показатели . Например, если говорить о технологиях повышения экологичности самолёта , то можно предложить ком- плексный проект «зелёный самолёт», объ- единяющий ряд решений, порой противо- речащих друг другу, которые, будучи ин- тегрированными , повышают экологиче- ские характеристики воздушного судна. Важной частью «Национального плана » также должен стать «Комплексный план развития экспериментальной и поли- гонной базы», представляющий собой программу совершенствования суще- ствующих и строительства новых объек- Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 1 (39) 2013 г. 11 тов для проведения различного вида ис- пытаний в обеспечение мирового уровня проводимых в нашей стране научных ис- следований «Национальный план» разрабатыва- ется большой командой специалистов, в которой ЦАГИ играет роль лидера. Ак- тивное участие в подготовке документа принимает «Высшая школа экономики», которая оказывает методологическую поддержку . Сейчас идёт процесс доработ- ки «Национального плана», учёт замеча- ний коллег, причём не только из авиаци- онных организаций, но и из Российской академии наук. Следует отметить, что в ведущих авиастроительных странах уже существу- ют подобные планы и стратегии развития авиационной науки, а также эксперимен- тальной базы. В объединённой Европе для реализации опубликованного ещё в 2001 году документа «Европейская аэронавти- ка : Видение 2020» [3] был разработан Стратегический план научных исследова- ний в аэронавтике [4], претерпевший с тех пор два обновления. В 2011 году в Европе было опубликовано новое «Видение- 2050» [5], в котором сформулированы це- ли развития европейской гражданской авиации до 2050 года и для которого уже разработана соответствующая научно- исследовательская программа – Strategic Research and Innovation Agenda [6]. В США в 2010 году одобрен прави- тельством и реализуется «Национальный план исследований и разработок в аэро- навтике » [7], в котором, в частности, ука- зывается , что в 2015 году должны по- явиться летательные аппараты поколения N+1, в период 2020-2025 годов появятся самолёты поколения N+2, а на 2030-2035 годы намечено появление самолётов по- коления N+3, которые будут обладать ра- дикально улучшенными характеристика- ми Важность отечественного «Нацио- нального плана», по которому российской авиационной науке предстоит жить бли- жайшие 15 лет, трудно переоценить, по- скольку циклы создания научно - технического задела возрастают и процесс прогнозирования и планирования приоб- ретает особую важность, ибо риски и цена ошибки очень высоки. Далее предлагается на примере научных работ, которые ЦАГИ ведёт в кооперации с другими российскими авиа- ционными институтами, а также ино- странными партнёрами, рассмотреть ос- новные пути совершенствования граждан- ских летательных аппаратов. Говоря об уровне аэродинамическо- го совершенства самолёта, который сего- дня определяет его конкурентоспособ- ность , имеет смысл обратиться к конкрет- ному примеру, а именно самому, пожалуй, совершенному на сегодняшний день ма- гистральному гражданскому самолёту – Боингу -787 [8]. Наибольший эффект в повышение его общей эффективности был достигнут благодаря применению новых двигателей. За счёт совершенствования систем, вклю- чающих в себя авионику и агрегаты, уда- лось увеличить качество примерно на 15%. Значительный вклад внесли новые материалы , поскольку в Боинге-787 ком- позиты составляют 50% от веса самолёта. Рассмотрим аэродинамику, совер- шенствование которой позволило повы- сить эффективность нового аппарата при- мерно на 20%. Сегодня традиционная компоновка самолёта с фюзеляжем и двигателями под крылом настолько хорошо отработана, что её дальнейшее совершенствование связа- но со всё возрастающими трудностями. Между тем, значительные резервы по по- вышению аэродинамического совершен- ства заложены в интеграции и новых компоновках . Кроме того, почти нетро- нутым полем для деятельности остаётся сопротивление трения, поскольку сегодня все самолёты являются практически пол- ностью турбулентными. Многие специалисты убеждены, что следующее поколение самолётов, которое придёт на смену современным граждан- ским летательным аппаратам, таким как Боинг -787, Эрбас А350, отечественный Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 1 (39) 2013 г. 12 МС -21, станет последним поколением, создаваемым по традиционной схеме. Следующее поколение самолётов полно- стью исчерпает запас совершенствования данной компоновки и сколько бы не было потрачено усилий, получить существен- ные результаты будет практически невоз- можно В качестве примера того, насколько кропотливая работа требуется для поиска оптимального варианта традиционной компоновки , приведём исследования, проведённые ЦАГИ по проекту МС-21, которые в общей сложности заняли около 5 лет. Чтобы получить оптимальное крыло для данного самолёта, ЦАГИ пришлось провести 10 итераций, начиная от темати- ческих моделей, когда при известном весе самолёта , дальности и других основных параметрах совместно с КБ формируется облик крыла, и заканчивая тонкой настройкой . Были исследованы варианты крыла различного удлинения при скоро- стях Маха от 0.76 до 0.82. В итоге такой работы удалось выйти на финальный ре- зультат (так называемое крыло 10М), ко- торый пошёл в рабочее проектирование. Речь идёт о крыле с удлинением примерно 11.5, чего удалось добиться благодаря применению композиционных материалов со стреловидностью 26.6 градуса и крей- серским числом Маха 0.8. Отработка аэродинамики подразу- мевает не только поиск оптимальной гео- метрии крыла, но и снижение вредной ин- терференции , в частности от пилона дви- гателя . Известно, что сегодня пилоны уже не выполняются осесимметричными, а имеют искривлённую форму, соответ- ствующую линиям тока с целью миними- зации вредного сопротивления. В ЦАГИ была проведена работа по оптимизации формы пилона самолёта МС-21, что внес- ло вклад в улучшение его общей аэроди- намики В целом, благодаря оптимизации геометрии крыла, а также местной аэро- динамики , ЦАГИ вместе с компанией «Иркут» удалось получить неплохой ре- зультат . На рис.1 видно, что удалось до- биться на 20-25% лучшей аэродинамиче- ской эффективности и, следовательно, расхода топлива по сравнению с суще- ствующими самолётами Эрбас. МС-21 бу- дет иметь 7-8% преимущества в расходе топлива даже над ремоторизированным семейством Эрбас 320Neo, которое по- явится в 2015 году. В ЦАГИ идёт работа и над вариан- тами компоновок, отличными от традици- онных . В последнее время вновь проявля- ется интерес к концепции элиптического фюзеляжа (так называемый «несущий фюзеляж »), который сам по себе создаёт определённую подъёмную силу (рис.2). Речь идёт о самолете регионального клас- са с практически прямым крылом и крей- серской скоростью М=0.7-0.72. Такая концепция имеет право на существование, тем более что малый угол стреловидности крыла позволяет сделать его естественно ламинарным . Кроме того, расположение двигателей в верхней части фюзеляжа обеспечивает экранирования шума. Рис.1. Сравнение расхода топлива А320 и МС-21 Рис.2. Модель самолета с «несущим фюзеляжем» Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 1 (39) 2013 г. 13 Рис.3. Модель самолета с двигателями над крылом Институт также рассматривает ком- поновку гражданского самолёта с двига- телями , расположенными над крылом (рис.6). Эта идея не нова, существуют ле- тательные аппараты Ан-72 и Бе-200, вы- полненные по такой схеме, которая даёт преимущества за счёт эффекта суперцир- куляции и некоторого экранирования шу- ма . Глубокие исследования всех плюсов и минусов данной компоновки продолжа- ются И всё же рассмотренные выше рабо- ты проходят в рамках совершенствования традиционной компоновки. Между тем, революционный путь развития связан с глубокой интеграцией, при которой исче- зает явное разделение на планер и двига- тель Рис.4. Концепция распределенной силовой установки На рис.4 показан вариант самолёта, в котором двигатель глубоко интегрирован внутрь компоновки. Речь идёт о так назы- ваемой концепции распределённой сило- вой установки, когда холодный контур отделён от горячего и разнесён, что поз- воляет существенно увеличить степень двухконтурности без увеличения размеров двигателя . Известно, что двигатели со степенью двухконтурности от 12 и выше сложно поддаются интеграции, поскольку обладают значительным собственным со- противлением . Данная работа, которую ЦАГИ провёл совместно с ЦИАМ, пока- зала , что такой подход даёт значительные возможности по увеличению аэродинами- ческой эффективности. Рис.5. Концепция экологичного самолета в проекте NACRE Интересные компоновки прорабаты- вались ЦАГИ совместно с европейскими партнёрами в рамках проекта NACRE [9]. На рис.5 изображена концепция эколо- гичного самолёта регионального класса с дальностью полёта около 2000 км и крей- серской скоростью порядка М=0.76, в ко- торой было внедрено сразу несколько но- вых решений, главное из которых - ис- пользование горизонтального оперения в качестве экрана против шума. Кроме того, крыло с небольшой обратной стреловид- ностью позволяет обеспечить естествен- ную ламинаризацию. Как известно, на стреловидном крыле возникает попереч- ная неустойчивость пограничного слоя на передней кромке, с которой сложно бо- роться , из-за чего крыло, как правило, становится турбулентным уже с передней кромки . Такая компоновка позволяет до- биться снижения шума на 4 EPNдБ за счёт экранирования , а также уменьшения рас- хода топлива на 5-8%. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 1 (39) 2013 г. 14 Рис.6. Концепция экологичного самолета с «открытым ротором» В рамках проекта NACRE также рассматривалась аналогичная концепция, но с двигателем типа «открытый ротор» (рис.9). Плюс такого двигателя очевиден: он даёт значительную (на 15%) экономию топлива , но его недостатком является по- вышенный шум. Тем не менее, в проекте NACRE за счёт интеграции и экранирова- ния шума горизонтальным оперением удалось не только компенсирования рост шума , но и снизить его уровень. Сейчас интерес к винтовентилятор- ной тематике вновь возрос. В рамках дру- гого европейского проекта DREAM [10] ЦАГИ совместно с Rolls-Royce, Snecma и другими компаниями вел отработку моде- ли «открытого ротора». При испытаниях в аэродинамической трубе Т-107 были по- лучены впечатляющие результаты, кото- рые свидетельствуют о хороших перспек- тивах данного двигателя. Рассматривая элементы, которые со- ставляют сопротивление летательного ап- парата , отметим, что сопротивление тре- ния занимает более 50% и является как раз той частью, на которую учёные пока ещё не научились эффективно воздей- ствовать В то же время в борьбе с индуктив- ным сопротивлением за последние 50 лет был достигнут значительный прогресс. Известно , что барьером для продвижения по скорости является волновой кризис, т .е. резкое увеличение волнового сопро- тивления за счёт образования местных сверхзвуковых зон даже при дозвуковых скоростях . На профилях прошлых поко- лений волновой кризис возникал при М =0.68-0.7. Благодаря разработанным в ЦАГИ суперкритическим профилям уда- лось отодвинуть начало волнового кризи- са по скорости на 100 км/ч до М=0.85- 0.86. Теоретически можно довести ско- рость начала волнового кризиса до М =0.88, однако цена каждой сотой доли очень высока. Сегодня все отечественные самолёты даже предыдущих поколений, такие как Ту-204, Ил-96, а также совре- менные : Ан-148, «Суперджет 100» и МС- 21, имеют сверхкритические профили крыла В борьбе с сопротивлением трения подобных успехов пока нет. При этом следует иметь в виду, что полностью ла- минарный самолёт будет иметь в 5-6 раз меньшее сопротивление трения по срав- нению с полностью турбулентным само- лётом , т.е. каждый квадратный метр ла- минарной поверхности самолёта даёт су- щественную экономию топлива. Работы по ламинаризации обтекания ведутся уже в течение не одного десяти- летия . Естественно, ламинарный профиль крыла со значительным (примерно 80%) по хорде ламинарным участком обладает относительно острой передней кромкой, а также благоприятным ростом градиента распределения давления по хорде. Если использовать активное управление обте- канием и в зоне, где по всем физическим законам должен произойти скачок, орга- низовать выдув струи малой интенсивно- сти для разгона пограничного слоя, то это позволит уменьшить интенсивность скач- ка . Данная работа была недавно доведена в ЦАГИ до достаточно высокого уровня готовности и коллектив авторов был удо- стоен премии Жуковского. Известно , что на самолёте Боинг-787 реализована частично ламинарная гондола двигателя . Учитывая, что радиус гондолы достигает двух метров, площадь ламинар- ной поверхности получается значительная (примерно 35% вдоль оси гондолы), что Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 1 (39) 2013 г. 15 приводит к существенной экономии топ- лива Существуют и более экзотические способы ламинаризации, которые сейчас находятся на невысоких уровнях готовно- сти . Речь идёт об использовании холодной плазмы на передней кромке, с тем чтобы на стреловидном крыле попытаться убрать поперечную неустойчивость по- граничного слоя, разогнав поток, и тем самым затянуть ламинарно-турбулентный переход . Если предотвратить переход на передней кромке, то за счёт естественно ламинарного профиля крыла можно рас- тянуть ламинарный участок на значитель- ную часть крыла. Рис.7. Компоновка «летающее крыло» Подводя итог вышесказанного, необходимо отметить, что задача авиаци- онной науки на ближайшие годы состоит в том, чтобы довести данные технологии естественной или гибридной ламинариза- ции до высокого уровня готовности, с тем чтобы промышленность могла использо- вать их в новых образцах отечественной техники Однако наибольшие выгоды с точки зрения увеличения аэродинамического качества сулит радикальное изменение компоновки летательного аппарата Большие надежды возлагаются на компо- новку «летающее крыло» (рис.7). Она позволяет совершить скачок в повышении аэродинамического качества на 20-25%. Именно «летающее крыло», по мнению многих специалистов, придёт на смену традиционной компоновке через 10-15 лет . Сейчас в ЦАГИ разрабатывается кон- цепция дальнемагистрального самолёта (ДМС) большой вместимости, построен- ного по такой схеме, и ведутся работы по определению оптимальной компоновки, в частности , расположения двигателей. Говоря о совершенствовании граж- данской авиационной техники, невозмож- но пройти мимо тематики сверхзвуковых самолётов , которой в последние годы вновь уделяется пристальное внимание. Первое поколение сверхзвуковых самолё- тов хорошо известно: в нашей стране это Ту -144, за рубежом «Конкорд». Более двадцати лет назад ОКБ Сухого совместно с ЦАГИ разрабатывало проект сверхзву- кового делового самолёта С-21. Однако при уровне понимания проблемы звуково- го удара того времени не удалось снизить его интенсивность до приемлемых значе- ний . Сегодня, когда общество особенно чувствительно к воздействию авиации на человека , к уровню шума сверхзвукового самолёта будут предъявляться особенно жёсткие требования. На современном уровне понимания проблемы звукового удара ЦАГИ вместе с коллегами из ОКБ Сухого, ЦИАМ и дру- гих институтов проработал новые вариан- ты сверхзвукового самолёта, в которых удалось снизить этот главный раздража- ющий фактор до приемлемого уровня. Сегодня уровень звукового удара измеряется не только в паскалях, т.е. уровне перепада звуковой волны, но и в децибелах , что позволяет сопоставить его с понятным большинству людей уровнем шума . Многодисциплинарная оптимиза- ция такого самолёта позволила уменьшить звуковой удар до уровня, соизмеримого с шумом , возникающим при резком закры- вании дверцы машины, а эквивалентный шум обеспечить на уровне 65-67 дБ, что соответствует шуму большого города в дневное время. Пока ещё нормативных требований к шуму сверхзвуковых самолётов не су- ществует , однако американская FAA должна принять их в ближайшие два года. Когда это будет сделано, между авиапро- изводителями начнётся гонка по созданию Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 1 (39) 2013 г. 16 такого перспективного с экономической точки зрения аппарата. Современное внедрение композици- онных материалов в конструкции лета- тельных аппаратов можно по революци- онности сравнить с переходом от дере- вянных к металлическим конструкциям в 20-х годах прошлого века. Как известно, в нашей стране первым цельнометалличе- ским самолётом был АНТ-2, созданный А .Н.Туполевым в ЦАГИ в 1924 году. Перспективы использования компо- зиционных материалов чрезвычайно ши- роки , поскольку они позволяют создавать конструкции с заданными свойствами. Например , зная нагрузки, действующие на ЛА , можно спроектировать конструкции, которые будут оптимизированы под вос- приятие нагрузок в заданных местах. Тем самым удастся сэкономить на весе кон- струкции . Кроме того, благодаря новым материалам можно рассматривать новые формы фюзеляжа, например в виде эллип- са или короба (для транспортного самолё- та ). В этой связи хотелось бы упомянуть проект ALASCA [11], который ЦАГИ ве- дёт совместно с европейскими коллегами, в частности, с германским аэрокосмиче- ским центром DLR. Речь идёт о примене- нии в фюзеляже самолёта так называемых геодезических конструкций, состоящих не из традиционных лонжеронов и стринге- ров , а из переплетения углеродных нитей. Такие конструкции с успехом применяют- ся для изготовления корпусов ракет, обес- печивая снижение веса на 25-40%. Подобная конструкция является не- однородной и позволяет воспринимать нужные нагрузки (крутящие, растягива- ющие , сжимающие) в критических ме- стах . Результаты данного проекта могут дать старт применению новых, так назы- ваемых прокомпозитных конструкций, которые , в отличие от «чёрного алюми- ния », когда алюминиевые элементы кон- струкции просто заменяются на компо- зитные , позволяют в полной мере реали- зовать потенциал композиционных мате- риалов Важнейшее значение с точки зрения применения композитных конструкций имеют испытания. Пока в России, да и в других странах, нет окончательного по- нимания того, как ведут себя композици- онные материалы в различных условиях и каким образом проектировать из них оп- тимальные конструкции. По этой причине многие современные самолёты, которые изготавливаются с применением компози- тов , по весу практически соответствуют традиционным самолётам, в которых ис- пользуется металл. Достоверно не зная, как реагирует композит на определённые воздействия , например ударные, кон- структоры закладывают в конструкции большее количество материала, что при- водит к увеличению веса. Например, в хо- де испытаний в ЦАГИ было обнаружено, что невидимое ударное воздействие энер- гией примерно 40 джоулей, эквивалентное энергии падения молотка с небольшой высоты , приводит к двухкратному уменьшению прочности композиционного материала в месте воздействия. Ведущиеся в ЦАГИ испытания поз- волят получить доказательную и методо- логическую базу для проектирования кон- струкций из композитов с учётом всего их жизненного цикла, в том числе принимая во внимание климатические факторы. Причём расчётным случаем для испыта- ний композиционных материалов являет- ся не растяжение, а сжатие, поскольку композит разрушается, прежде всего, при сжатии . Напряжение сдвига также пред- ставляет опасность для композитов. Рис.8. Универсальный стенд для исследования прочности отсеков фюзеляжа Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 1 (39) 2013 г. 17 Несколько лет назад в ЦАГИ был разработан стенд для испытаний компо- зитных панелей фюзеляжа самолётов фирмы «Боинг». На основе полученного опыта сейчас в институте создана уни- кальная машина (рис.8), которая позволит моделировать нагрузки на композитные конструкции фюзеляжа самолётов следу- ющих поколений. При создании композитного крыла для МС-21 ЦАГИ, корпорация «Иркут» и компания «Аэрокомпозит» попытались преодолеть существующее отставание России в области композиционных мате- риалов , применив для изготовления ком- позитных кессонов крыла не препреговую технологию , которую используют «Бо- инг » и «Эрбас», а инфузионную, которая, как мы считаем, является более перспек- тивной . Пока элементы композитного крыла для МС-21 изготавливаются в Ав- стрии , однако России необходимо нара- щивать собственные возможности по про- изводству конструкций из композицион- ных материалов. Полномасштабные композитные прототипы кессонов крыла самолёта МС- 21 проходят в ЦАГИ статические и ча- стотные испытания. Испытания продлятся ещё около двух лет, что позволит нарабо- тать необходимую доказательную и мето- дическую базу для более эффективного применения композиционных материалов в будущем. ЦАГИ также активно занимается ис- пытаниями композитных конструкций космических аппаратов на акустическую прочность . В институте имеется мощная акустическая реверберационная камера с уровнем звуковой нагрузки до 165 дБ, что является расчётным случаем для прочно- сти запускаемых на орбиту спутников. Как было отмечено выше, некоторые из описанных направлений научных ис- следований являются предметом совмест- ных международных работ. ЦАГИ, явля- ющийся Национальной контактной точ- кой по аэронавтике, участвует в целом ря- де проектов 6-й и 7-й европейских Рамоч- ных программ. Такое некоммерческое со- трудничество предоставляет отличную возможность работать в тесном контакте с самыми передовыми авиационными ин- ститутами и центрами Европы и обмени- ваться опытом прорывных научных ис- следований Библиографический список 1. Министерство промышленности и торговли РФ, http://tinyurl.com/bxqap3w 2. Авиационная наука и технологии 2030, Форсайт, Основные положения [Текст], – М.: ФГУП «ЦАГИ», 2012. 3. European Commission, «European Aeronautics: A Vision for 2020», January 2001. 4. ACARE, «Strategic Research Agenda», October 2002. 5. European Commission, «FlightPath 2050. Europe’s Vision for Aviation», 2011. 6. ACARE, «Strategic Research and Innovation Agenda», September 2012. 7. National Aeronautics Research and Development Plan, February 2010. 8. Mark Goldhammer, The Next Dec- ade in Commercial Aircraft Aerodynamics – A Boeing Perspective, Aerodays 2011, Ma- drid, Spain, 31 March 2011. 9. NACRE (New aircraft concepts re- search), CORDIS (Community Research and Development Information Center) http://tinyurl.com/abktowl 10. DREAM (Validation of radi- cal engine architecture systems), CORDIS (Community Research and Development In- formation Center), http://tinyurl.com/bacb5t5 11. ALASCA (Advanced Lattice Structures for Composite Airframes), CORD- IS (Community Research and Development Information Center), http://tinyurl.com/aujf9ez Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 1 (39) 2013 г. 18 THE MAIN TRENDS OF AVIATION SCIENCE DEVELOPMENT © 2013 B. S. Alyoshin, S. L. Chernyshev Federal State Unitary Enterprise «Central Aerohydrodynamic Institute named after Professor N.E. Zhukovsky» (FSUE «TsAGI») The paper is devoted to the promising civil directions in the field of aerodynamics, aircraft configurations, power plants, materials and structures. The goals facing the aviation science with respect to improving aircraft are dealt with. Projects which are conducted by TsAGI in these directions are described. The paper is based on the materials of the plenary session of the Symposium “Aircraft building in Russia. Problems and Prospects” devoted to the 70th anniversary of Samara State Aerospace University named after academician S.P.Korolyov. Аviation, aircraft, aerodynamics, configuration, power plant, materials, structures, TsAGI. Алёшин Борис Сергеевич , доктор технических наук, профессор, член- корреспондент РАН, Генеральный директор ФГУП «ЦАГИ». E-mail: aleshin@tsagi.ru. Область научных интересов: создание сложных информационных систем, бортовых цифровых управляющих комплексов, программного обеспечения и его тестирование. Чернышев Сергей Леонидович , доктор физико-математических наук, профес- сор , член-корреспондент РАН, Исполнительный директор ФГУП «ЦАГИ». E-mail: slc@tsagi.ru . Область научных интересов: развитие современной аэродинамики и ком- плексные исследования до-, сверх- и гиперзвуковых летательных аппаратов граждан- ского и военного назначения, развитие экспериментальной базы. Alyoshin Boris Sergeevich , doctor of technical science, professor, corresponding member of the Russian Academy of Sciences, general director of “TsAGI”. E-mail: aleshin@tsagi.ru . Area of research: creation of complex information systems, airborne digital control complexes, software and its testing. Chernyshev Sergey Leonidovich , doctor of physics and mathematics, corresponding member of the Russian Academy of Sciences, managing director of “TsAGI”. E-mail: slc@tsagi.ru . Area of research: development of modern aerodynamics and complex investiga- tion of civil and military sub-, super- and hypersonic aircraft, development of experimental facility. |