Результатом стремительного развития электротехнических отраслей промышленности для авиации является постепенный переход к автономным электрогидравлическим приводам, наиболее совершенным из которых на настоящий момент считается электрогидростатический привод. Однако высокие требования к динамическим показателям современных неустойчивых и малоустойчивых самолетов ограничивают внедрение электрогидростатических приводов в промышленность.

Проблема низких динамических показателей решается в гидроприводе с комбинированным регулированием, являющегося развитием электрогидростатического привода. Высокая динамика при комбинированном регулировании достигается за счет применения двойного (дроссельного и электромоторного) регулирования с преобладанием каждого из них в зависимости от величины входного сигнала.

 В связи с малой изученностью привода с комбинированным регулированием предлагается применение метода многокритериальной оптимизации с целью получения оптимальных результатов при его разработке. Это позволит адекватно оценить показатели привода для его сравнения с аналогами, а также обосновать целесообразность проведения дальнейших исследований.

В статье описаны все этапы проведения многокритериальной оптимизации привода с комбинированным регулированием методом ЛП-поиска. Оптимизация ведется с учетом требований, предъявляемым к современным летательным аппаратам. В качестве критериев были взяты три величины, наиболее полно, по мнению авторов, описывающих качество всего привода (энергопотребление привода в «нейтрали», КПД гидравлической части привода в режиме электромоторного регулирования, величина ITAE при отработке приводом малого сигнала). В результате оптимизации был получен фронт Парето в трех координатах, соответствующий эффективным решениям, после чего был найден компромисс между критериями и выбрано оптимальное решение.

Полученное после проведения оптимизации проектное решение привода с комбинированным регулированием удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к современным самолетам и имеет как высокие энергетические показатели, так и высокую динамику. Тем не менее данное исследование следует считать неполным ввиду неучета ряда показателей, среди которых массогабаритные показатели и показатели надежности привода.

Важнейшей тенденцией развития аэрокосмической отрасли является повышение нагрузочной способности механизмов, узлов и деталей без увеличения их габаритов и массы. Это относится и к широко применяемым в летательных аппаратах наиболее перспективным на сегодняшний день планетарным роликовинтовым механизмам (ПРВМ), преобразующим вращательное движение в поступательное. Ранее (в опубликованной статье) было предложено повысить нагрузочную способность (примерно на 15%) за счет уменьшением угла профиля витков резьбовых деталей ПРВМ с 90° до 70°.

Однако такая модернизация ПРВМ приведет к изменению размеров деталей механизма и к изменению его параметров и характеристик (КПД, положения начальной точки контакта сопрягаемых витков и параметров их контактного взаимодействия, кинематических параметров), для чего потребуются дополнительные исследования. Если учитывать приоритет этих исследований, то, безусловно, надо начать с разработки методики определения размеров основных деталей ПРВМ и полей допусков на них, потому что для изготовления модернизированного ПРВМ и его испытаний нужны чертежи. Разработана методика расчета размеров основных деталей ПРВМ и полей допусков на них, учитывающая изменение угла профиля витков резьбовых деталей механизма и радиуса дуги окружности, по которой выполнен профиль витков роликов. Поэтому предложенная методика является общей по сравнению с разработанными ранее.

В этой методике для определения размеров деталей и полей допусков на них используются различные условия и уравнения. Например, гайка охватывает винт с роликами, а их размеры образуют замкнутую размерную цепь, в которой размеры и допуски на них должны быть такими, чтобы с одной стороны обеспечить сборку ПРВМ, а с другой стороны люфт механизма должен быть минимальным для обеспечения высокой нагрузочной способности, кинематической точности и жесткости ПРВМ. Используются: условия отсутствия заострений витков винта, роликов и гайки; условие размещения витка ролика с наименьшей толщиной во впадине гайки с максимальной шириной; условие размещения витка ролика с наименьшей толщиной во впадине винта с максимальной шириной с учетом конструктивных особенностей ПРВМ. При этом учитывается возможный износ резьбовых поверхностей деталей ПРВМ.

Выполнен анализ возможности применения топологической оптимизации (ТО) при проектировании зубчатых передач перспективных двигателей.

Целью ТО является определение оптимального распределения материала в области проектирования при заданных нагрузках с удовлетворением критериев и ограничений оптимизации. В данной работе расчёты проводились в 3D постановке с применением метода конечных элементов.

Проведена оптимизация нескольких шестерен в различных постановках. Для расчётного случая №1 в качестве критерия задавалось повышение жесткости диафрагмы косозубого зубчатого колеса при снижении массы. Результат оптимизации и последующей конструктивной проработки представляет собой два конусных участка, переходящие в одну тонкую стенку, соединенную с зубчатым венцом у торца, со стороны которого действует осевая сила. Похожее конструктивное исполнение диафрагмы косозубого колеса встречается в некоторых схемах авиационных двигателей и вертолетных трансмиссий. Для расчётного случая №2 проводилась отстройка собственных частот колебаний от возможных резонансов в рабочем диапазоне частот. В результате получена сложная конструкция, имеющая внутренние замкнутые полости, что сильно затрудняет изготовление с применением традиционных методов. Для случая №3 решалась задача повышения крутильной жесткости прямозубой цилиндрической шестерни для сопротивления потере устойчивости с учетом ограничений по массе. Оптимизированная конструкция имеет разветвление диафрагмы у венца и внутреннюю замкнутую полость.

Поверочный расчет проведен для постановки №1, в результате которого для исходного и оптимизированного вариантов шестерен получены максимальные перемещения. Анализ и сравнение результатов показали, что жесткость венца в осевом направлении повышена более чем в два раза в сравнении с исходной конструкцией при выигрыше в массе в 10% и снижении максимальных эквивалентных напряжений на 13%.

Анализ полученных результатов показал возможность применения ТО при проектировании зубчатых передач с учётом требований по массе, жесткости, собственным частотам колебаний. Рекомендуется уточнять конструктивный облик деталей с помощью параметрической оптимизации после проведения ТО и проработки результатов.

С развитием техники осушения сжатого воздуха на этапе проектирования все чаще возникает задача численного моделирования динамических процессов сорбции-регенерации. Динамическая задача не имеет аналитического решения и может быть решена только с помощью численных методов.

В настоящей работе разработан численный метод и программа расчета динамики тепло- и массопереноса при адсорбционном осушении сжатого воздуха.

За основу принимается упрощенная физическая модель кинетики сорбции, которая предполагает, что внутри гранулы адсорбента в любой момент времени имеет место полное выравнивание таких параметров, как температура и содержание влаги, т.е. параметры теплопроводности и диффузии внутри гранул адсорбента несравнимо выше аналогичных параметров на поверхности гранул.

На основе термодинамического подхода разработаны физическая и математическая модели адсорбции для расчета динамических неизотермических процессов в аппаратах адсорбционного осушения. Представленные результаты расчетов подтверждают возможность проводить анализ динамики процессов тепло и массопереноса в колонне осушителя в режиме адсорбции влаги при различных начальных и граничных условиях, в том числе и изменяющихся в рамках цикла работы осушителя.

Параметры теплофизики и температура резания относятся к выходным показателям, характеризующим процесс и позволяют рационально выбрать режимы и условия обработки. При обработке труднообрабатываемых материалов предельная температура резания является технологическим ограничением и определяет скорость и интенсивность изнашивания инструмента. Температура резания также влияет на тепловое удлинение инструмента и погрешность чистовой обработки.

Предметом исследования являются параметры теплофизики и температура резания при обработке пластичных материалов твердосплавным инструментом. Целью исследований является разработка методики для расчета этих параметров. Использован расчетный метод для анализа параметров процесса.

Результаты расчетов по температуре резания сравнивались с опубликованными в литературных источниках экспериментальными данными. Новизна предложенной методики заключается в том, что для расчета теплофизических параметров не требуется проведения экспериментальных исследований. Расчет основан на использовании известных механических и теплофизических характеристик обрабатываемого и инструментального материалов. Результатами расчетов являются параметры: интенсивности тепловых потоков в условной плоскости сдвига, на контактных поверхностях инструмента, температуры этих поверхностей, усредненная температура резания – в зависимости от скорости резания, толщины среза, величины износа инструмента.

Последовательность расчетов реализована в разработанной программе на алгоритмическом языке программирования с результатами, представленными в графическом или табличном виде. Расчетная методика предназначена для использования при проведении научных исследований и инженерных расчетов в предметной области механической обработки резанием.