В Передовой инженерной школе Санкт-Петербургского политеха создали виртуальный стенд для испытаний газотурбинных двигателей. Он позволяет в режиме реального времени вносить в проект двигателя изменения и получать данные о том, как это влияет на параметры его работы.
По словам автора разработки, студентки Передовой инженерной школы Элеоноры Никольской, стенд представляет собой цифровую модель, в которой все параметры связаны динамически: изменение одного влечет изменение других.
При проектировании двигателя регулярно возникает необходимость оценки его характеристик — например, уровня вибрации, перемещений под действием нагрузок, прочности. Оценить их позволяют специальные программные комплексы и модели. При этом если в конструкцию нужно внести изменения — подкорректировать геометрию, нагрузку или материалы, — проводить расчеты и строить модели приходится заново.
— Элеонора Никольская. Студентка Передовой инженерной школы Санкт-Петербургского политехнического университета.
Виртуальный стенд, разработанный Элеонорой Никольской, позволяет не проделывать все необходимые процедуры с нуля, а вносить изменения в уже спроектированную конструкцию. Для этого нужно подкорректировать соответствующие строки в текстовом файле — модель отобразит правки и покажет, как они влияют на другие узлы и детали двигателя и как в зависимости от них изменится его работа.
Сейчас стенд позволяет динамически изменять около 50 параметров. В будущем их количество должно вырасти до нескольких сотен. Как отмечают в вузе, решения, предложенные Элеонорой Никольской, после проведения итогового тестирования будут использоваться при разработке программной среды для создания цифровых двойников авиадвигателей.
22 февраля 2024 г. Израильский производитель инновационных коммерческих самолетов работает с ведущим американским производителем двигателей над созданием двигателя для своего двухместного самолета eVTOL (электрический вертикальный взлет и посадка).
Компания AIR из Пардес-Ханны (Израиль), и Nidec Motor Corporation из Сент-Луиса заявляют, что они совместно спроектируют и разработают двигатель специально для своего среднеразмерного eVTOL AIR ONE, что знаменует собой важный шаг на пути к первому массовому производству такого летательного аппарата.
Сотрудничество поддерживается программой "Чистая энергия" Фонда BIRD, которая продвигает совместные израильско-американские инновации. Недавно AIR также объявила о своем участии в программе ВВС США по исследованиям и разработкам eVTOL.
“Двигатель представляет собой сердце любого транспортного средства. Мы рады сотрудничать с Nidec, столпом совершенства на рынке, для продвижения производства AIR ONE”, - сказала Рани Плаут, генеральный директор и соучредитель AIR.
“Это партнерство не только представляет собой важный поворотный момент для индустрии AAM (Advanced Air Mobility) в целом, но и прокладывает путь к выполнению миссии AIR и осуществлению мечты о личном полете”, - сказал он.
“Мы рады объединить опыт Nidec в области двигателей и глобальные производственные возможности с революционной технологией eVTOL от AIR, чтобы предоставить передовые возможности двигателей индивидуальным потребителям, желающим летать”, - сказал Винсент Брейли, генеральный директор Nidec Aerospace.
“Бескомпромиссным стандартам качества и техническим возможностям Nidec десятилетиями безоговорочно доверяли во всех отраслях промышленности, и мы в восторге от создания двигателя, ориентированного на аэрокосмическую отрасль, разработанного для обеспечения безопасности, на который, как знают клиенты AIR ONE, они смогут положиться”.
На ютуб есть замечательный подкаст «Сережа и микрофон», где ведущим является известный блогер Сергей Мезенцев (он же комик, некогда работавший на РеутовТВ, он же баскетболист, певец, актер, много кто ещё и просто замечательный человек).
Изначально я подсела на этот подкаст, так как понравился его формат: интервью со специалистами из разных областей науки, медицины, искусства и т.д. От тороидальных камер с магнитными катушками, до разговоров с философом о том, что такое счастье. При этом никакой «воды» или перехода с профессиональной темы на личное. Исключительно строгий подход, действительно интересные вопросы и более чем развернутые ответы на них.
В каждом из выпусков на фоне находилась какая-нибудь картина, тематика которой была неизменна - «звезда» (пятиконечная), размером 2х2 метра. То есть на холсте могло быть что угодно: морская, кремлевская, да хоть вьетнамская или звезда-абстракция- всё, что душе угодно. В один прекрасный день выходит новый выпуск, где в начале проводят презентацию очередной новой картины, а также приглашают всех желающих художников поучаствовать. И тут меня осенило - почему бы не нарисовать для них картину, где в качестве пятиконечной звезды будет изображен легендарный, вошедший в историю звездообразный авиационный двигатель М-11. Тем более, что я неплохо разбираюсь в данной тематике и у меня достаточно большой опыт работы, в том числе, и с авиационными двигателями… И тут понеслось 😅
1/3
Немного из истории:
M-11 — авиационный двигатель, серийно выпускавшийся в СССР, в многочисленных модификациях, с 1929 по 1952 год, а в эксплуатации до 1959 года. Первый авиадвигатель собственной советской разработки, пошедший в серийное производство. Разработан конструкторским бюро Государственного авиазавода № 4 («Мотор») в рамках конкурса на лучшую конструкцию мотора для учебных самолётов номинальной мощностью 100 л. с., объявленного в 1923 году. Главным инженером завода (по другим источникам — начальником КБ) в это время был А. Д. Швецов. Сам Швецов, хотя и был премирован, не приписывал себе авторства. (Wiki)
В январе я изучила учебник Вотинцева А.С. и Иванова В.А. по строению данного двигателя, разобралась во всех возможных модификациях М-11, нашла в спец.архивах необходимые чертежи и схемы. Стояла задача: по старым чертежам собрать 3D модель. Я случайно нашла в исполнители парня из Чебоксар, который взялся за эту работу, при условии что возьмет себе 30% от стоимости картины в случае её продажи. Срок для 3D был 1 месяц. Через месяц он прислал мне скрин «готовой» модели 🤦🏻♀️ Выглядела она так, словно было сделана топором: уровня школоло и с кучей ошибок. Оказалось, парень скачал ее бесплатно с первого же стока (сам позже признался), ничего в ней не правил, и еще возмущался «ты просто придираешься». Ну ок. Использовать его скрин я, конечно же, не стала, ибо нет никакого желания позориться на миллионную аудиторию. Так был потерян 1 месяц.
Мне на помощь пришли Level Performance — их инженер Максим за 2 недели смог не только разработать качественную модель двигателя, он также анимировал её, проверив на работоспособность все элементы конструкции, и более того, предложил свою идею отображения, чем усложнил мне задачу (за что я ему очень благодарна). Я просила тогда вырезать некоторые области корпуса центральной части двигателя, «оголив» половину его «внутренностей», и убрать корпус у 2х цилиндров, чтобы было видно ход поршня. Но Макс сделал лучше - он показал всю центральную часть под полупрозрачным корпусом, где видно абсолютно все составляющие детали. Это выглядело слишком круто, и я естественно согласилась, на тот момент даже не представляя, как вообще это чертить, и тем более, как писать это маслом 🤷🏻♀️😁
инст инженера @_thirteenb
Далее я составила макет с теперь уже идеальным М-11, дополнила для него фон чертежами из учебника, добавила немного текста с техническими характеристиками, и конечно же, «звездную тень» под сам движок. Весь март я переносила чертежи на холст. В апреле и мае выполняла работу маслом.
1/5
6 июня картина была передана Сергею Мезенцеву, в его студию, лично в руки 😊
1/3
Не буду расписывать о том, как сложно было это всё организовать, нарисовать, доставить и т.д. Это и так понятно. Но то, что мне удалось применить на практике в данной работе все свои теоретические знания о сфумато и кьяроскуро в области написания полупрозрачных корпусов и инверсионного написания чертежей — это конечно кайф) просто чтоб вы понимали, мне прежде понадобилось изучить 3 книги о жизни и работе Леонардо да Винчи, который эти техники изобрел, чтобы хоть немного понять, как он это делал 🤌 Конечно, моя техника пока еще далека от совершенства, но я стараюсь))
1/3
Полный выпуск подкаста «Сережа и микрофон» с презентацией моей картины «М-11» и классным интервью о стоицизме с настоящим философом Александром Саликовым можно посмотреть на YouTube по ссылке (включайте с 02:35):
Даже мой дедушка, которому в начале не по нраву было мое инженерное творчество, в этот раз восхитился данной работой и написал небольшой стих специально для презентации:
БигНамбрз в эфире снова,
Его ведет Сергей Меза
И тема для картин не нова —
Пятиконечная звезда.
Законы наши нерушимы,
Чтобы художник, в полный рост,
Добраться смог бы до вершины
В сиянии пятиконечных звезд.
Вот уже более полугода М-11 радует на фоне 😊
YouTube Подкаст "Сережа и микрофон"
Немного позднее, о картине М-11 узнало руководство Центрального Музея Военных Воздушных Сил РФ (г. Монино), и уже в сентябре мною была подготовлена и передана им репродукция в размере 1.5х1.5 метра. Было очень приятно, что комиссия присвоила данной работе инв.номер и внесла в свой фонд культурных ценностей. Теперь репродукцию можно увидеть в музее рядом с тем самым настоящим легендарным двигателем.
От себя добавлю, что всю философию данного творчества я выстраиваю на том, что нужно видеть не только внешнюю красоту, но и то, что находится внутри, скрыто от нас. Порой творения инженеров — это настоящие произведения искусства, технологический прорыв, след в истории. В знак уважения к их труду, я всегда сохраняю максимальную точность в своих работах. На картинах могут быть изображены различные детали двигателя: поршни, клапаны, шестерни и другие элементы, в едином образе представляющие сложную симфонию механики. Это позволяет создавать яркие и запоминающиеся изображения, которые можно рассматривать часами, которые привлекают внимание зрителя и заставляют его задуматься о мощности, сложности и красоте техники, создаваемой простыми людьми.
Наша жизнь, подобно работе авиационного двигателя, состоит из множества сложных и взаимосвязанных элементов. Иногда наш путь кажется непонятным и запутанным, но каждая деталь имеет свое предназначение и вносит свой вклад в общую гармонию. Именно так и картина М-11 становится символом нашей собственной сложности и взаимосвязанности. Она напоминает мне о том, что мы, люди, способны создавать, вдохновлять и менять мир вокруг себя.
Не останавливайтесь на достигнутом, стремитесь к большему и не бойтесь превращаться в силу, которая движет вашу жизнь.
Пусть эта «Звезда» будет для вас источником вдохновения и напоминанием о том, что вы - сила, способная воссоздавать реальность и летать в своих самых смелых мечтах.
Всем мир✌🏼☮️ ну а я пошла дальше работать)) Подписывайтесь на мой нельзяграм (Lersia) чтобы не пропустить новый масштабный проект!)
Самолет с гироскопом из пеноматериала и с пультом управления. Размех крыльев 35 см. Кстати, весит он 44 грамма и способен летать около 15-20 минут в радиусе действия пульта - 200 метров. ссылка на источник.
2) Навигационные мониторы
2 панели навигации от самолета Cessna 172 G1000 Xplane 11 для полетных симуляторов. ссылка
3) Набор «сделай сам», металлический самолет с одноцилиндровым двигателем внешнего сгорания.
Интересная экспериментальная модель самолета для самостоятельной сборки с двигателем Стирлинга. Ссылка
4) Двигатель самолета
Конструктор из 1659 деталей для самостоятельной сборки турбовентиляторного двигателя самолета. ссылка
5) Электрическая модель двигателя для сборки
набор «сделай сам» для сборки двигателя самолета в масштабе 1/10. Деталей 1100 штук. ссылка
6) Модель самолета длиной 47 см
Модель самолета Airbus A350 авиакомпании Аэрофлот в масштабе 1/142 с подсветкой салона. ссылка на источник
7) Конструктор самолет
Набор из 14 776 деталей с 4 элекрическими двигателями для сборки огромного грузового самолета. ссылка
8) Экспериментальная модель двигателя
Стендовая модель 8-цилиндрового двигателя самолета. Ссылка
9) Радиоуправляемый самолет длиной 70 см. с сервоприводами
Уникальная модель самолета с дистанционным управлением, электрическими двигателями и множеством сервоприводов, у самолета выдвижное шасси, светодиодные огни и тд. Печальное, что самолет требуется доработать самому, найти для него аккумулятор и пульт управления с 6 каналами или выше. ссылка
10) Наклейка на стену 80x120cm
Интересная виниловая наклейка в виде открытого окна с видом на самолет. ссылка
11) Наклейка на авто
Виниловая наклейка 27х9 см на автомобиль - Airbus A320. ссылка
12) Модель самолета
Металлическая моделька самолета Airbus A320 авиакомпании Аэрофлот длиной 16 см (1:400). ссылка
13) Радиоуправляемый вертолет
Классная модельвертолета с пультом управления Flywing Bell-206 V3, 10 каналов, в масштабе 1/16. ссылка
Виниловый фон 240cmX360cm для фото-видеосъемки съемки с изображением самолета и трапа. ссылка
23) Навигационный круглый расчетчик
Навигационный круглый расчетчик (калькулятор) используется как до взлета, так и во время полета. Поможет быстро и точно посчитать расход топлива, угол сноса, вертикальную скорость, время прибытия и еще десятки разных задач. Ссылка
24) Надувной самолет
Классный самолет длиной 5 метров для накачки воздухом или гелием. ссылка
25) Навигационные огни самолета
Аэронавигационные огни, как мы знаем, распоплагаются: на кончике левого крыла — красного цвета, на правом — зелёного, а также хвостового белого огня. Расположение светильников аэронавигационных огней позволяют стороннему наблюдателю в ночное время определять пространственное положение и направление движения самолета. Для лучшей заметности в электросхему бортовых аэронавигационных огней (БАНО) часто вводят элементы для получения прерывистого свечения (мигания). Ссылка на источник.
Стремясь сделать летательные аппараты легче и снизить шум, разработчики модернизируют строение авиадвигателей. Например, используют полимерные композиционные материалы (они легче стандартных металлов и сплавов) и экспериментируют со звукопоглощающими конструкциями (увеличивают их площадь, приближают к источнику шума и т.д.). Однако внесение изменений в такую конструкцию меняет частоты ее колебаний и может вызвать эффект резонанса, а это в свою очередь провоцирует появление повреждений, например, микротрещин, в деталях авиадвигателя и со временем приводит к разрушению всей конструкции. Ученые ПНИПУ и специалисты завода «Машиностроитель» изучили, как характеристики звукопоглощающей конструкции влияют на ее собственные частоты. На основе этого они разработали методику проектирования, которая позволит заблаговременно просчитывать возникновение резонанса и принимать меры по борьбе с ним (например, менять геометрию или материал конструкции). Это поможет защитить самолеты и другие летательные аппараты от резонансных разрушений.
Исследование опубликовано в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника», № 73, 2023. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Ученые исследовали звукопоглощающую конструкцию – панель вентилятора авиадвигателя семейства ПС-90А. Она выполнена из перфорированных слоев полимерного тканого композиционного материала и трубчатого заполнителя, при этом содержит большое количество отверстий.
Звукопоглощающая панель двигателя ПС-90А
Обладая достаточно сложной формой, панель вентилятора, как любое физическое тело, характеризуется спектром частот собственных колебаний. Дополнительно на конструкцию действуют внешние динамические нагрузки, вызванные работой вентилятора, турбины, других механизмов и систем авиадвигателя. Если частоты собственных и внешних колебаний совпадут, возникнет резонанс, резкий рост амплитуды колебаний, который может привести к существенной деформации и даже разрушению деталей авиадвигателя. Звукопоглощающие элементы конструкции авиационного двигателя, оказывая значительное влияние на спектр собственных частот, позволяют подавить резонансные явления и снизить акустическое воздействие, в том числе, и на окружающую среду.
При проектировании звукопоглощающих конструкций важно уметь моделировать динамическое поведение и условия возникновения резонанса. Чтобы упростить и ускорить этот процесс, ученые построили расчетную модель динамического поведения звукопоглощающей конструкции из полимерного композитного материала. Все расчёты они провели на специализированном программном обеспечении.
Построенная модель позволила исследовать, как частоты колебаний панели вентилятора зависят от ее формы и упругих характеристик. Ученые выяснили, что изменение толщины, жесткости материала и способа закрепления конструкции значительно влияет на спектр собственных частот, увеличивая или уменьшая их значение. А вот изменение конфигурации перфорирования, схем армирования или структуры пакетов слоистого композита, из которого выполнена конструкция, а также создание в детали предварительных напряжений на частотном спектре сказывается в меньшей мере.
– Данная модель учитывает ключевые параметры: сложную и многосвязную форму, существенную неоднородность и реальное закрепление конструкции, а также микроструктуру композитного материала. Рациональное проектирование изделий достигается благодаря оптимизации по соотношению скорости, затрат вычислительных ресурсов, точности и сходимости расчетов, что и позволяет получить верифицированный результат. Испытания перфорированной композитной панели вентилятора с трубчатым наполнителем подтвердили результаты моделирования колебаний звукопоглощающей конструкции, – отмечает доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ Андрей Чекалкин.
Методика проектирования звукопоглощающих конструкций позволит заблаговременно определять и предотвращать резонансные явления как внутри авиационного двигателя, так и снижать акустическое воздействие на окружающую среду. Как поясняют ученые, построена не только модель динамического поведения конструкции с учетом различных особенностей от микроструктуры материала до способа закрепления конструкции, но и система верификации модели по результатам экспериментов и испытаний. Всё это позволяет провести расчет частот звукопоглощающей конструкции, исследовать условия возникновения резонансных явлений и внести рациональные изменения параметров конструкции для устранения резонанса на рабочих режимах.
Результаты исследования будут полезны на стадии проектирования звукопоглощающих конструкций перспективных авиадвигателей и энергетических установок из полимерных композитов и при их модернизации. Применение разработанной методики и определенных в работе зависимостей значительно упростит и ускорит эти процессы. При этом стадия отработки экспериментальных образцов также станет проще и короче – чем точнее и качественнее моделирование, тем меньше объемы стендовых испытаний.