Специалисты Московского авиационного института разработали программный комплекс, который позволяет оценивать упругость крыльев из композитов в рамках единого вычислительного цикла. Как сообщает ТАСС -наука, новая методика призвана заранее обнаруживать критические повреждения, из-за которых возможна аварийная ситуация в полете.
Ирина Петрова
Иллюстративное фото. Первый серийный полностью импортозамещённый самолет МС-21-310 отправился в полёт с аэродрома Иркутского авиационного завода (входит в ОАК Госкорпорации «Ростех»).
Источник фото: Источник: ПАО «ОАК»
Предварительная оценка прочности композитных авиадеталей
Полимерные композиты, такие как угле- и стеклопластики, отличаются от алюминия меньшим весом при большей прочности, однако их поведение зависит от направления нагрузки — это свойство называется анизотропией.
К примеру, материал может хорошо держать нагрузку вдоль волокон, но легко расслаивается или трескается при боковом воздействии. Именно это и создает сложности при инженерных расчетах. По словам начальника бригады аэроупругости и внешних нагрузок лаборатории №2 НИО-101 МАИ Станислава Коваля, новая разработка позволяет обойти эти трудности, объединив все факторы в одной модели, что заметно ускоряет работу.
Ранее процесс выглядел иначе: сначала инженеры создавали конструкцию крыла, затем испытывали ее на статическую прочность — проверяли, как она прогибается под нагрузкой, — и лишь потом переходили к анализу динамической упругости, то есть к исследованию вибраций. Если возникал флаттер — самопроизвольные и быстро растущие колебания, — конструкцию отправляли на доработку, и весь цикл начинался заново.
Смена парадигмы проектирования
Разработка МАИ — это не просто очередное инженерное усовершенствование, а смена самой философии проектирования. Вместо линейной цепочки «создал — проверил — переделал» предлагается итеративная модель, где статические и динамические характеристики рассчитываются одновременно, в рамках единой цифровой среды. Это означает, что инженер видит поведение крыла не как набор разрозненных отчетов, а как живую, взаимосвязанную картину.
К примеру, если при виртуальной нагрузке в зоне крепления возникают микроколебания, которые в старой схеме обнаружились бы только на этапе динамических испытаний, новая система сразу покажет это в контексте статического прогиба. Таким образом, устранение ошибки происходит на раннем этапе, когда цена правки минимальна, а не после серии дорогостоящих натурных тестов.
Особую ценность методика приобретает в контексте так называемого «цифрового двойника» летательного аппарата. Сейчас в авиастроении активно внедряются технологии, позволяющие отслеживать состояние каждого узла самолета в реальном времени через датчики.
Новая разработка МАИ логично интегрируется в эту парадигму: ведь если мы можем точно предсказать зоны расслоения композита в расчете, то можем и разместить там чувствительные оптоволоконные датчики, которые будут сигнализировать о зарождающемся дефекте задолго до того, как он станет критическим.
В перспективе это делает обслуживание авиапарка более предиктивным — переход от регламентных работ «по налету» к ремонту «по состоянию», что значительно снижает эксплуатационные расходы и повышает безопасность, особенно для авиакомпаний, работающих в сложных климатических условиях.
Иллюстративное фото. Первый серийный полностью импортозамещённый самолет МС-21-310 отправился в полёт с аэродрома Иркутского авиационного завода (входит в ОАК Госкорпорации «Ростех»).
Источник фото: Источник: ПАО «ОАК»
Новая технология широко востребована в авиации
Новая технология позволяет сократить число этапов и тем самым удешевить и ускорить создание новых летательных аппаратов. В перспективе она может применяться при разработке сверхзвуковых самолетов, где из-за больших скоростей риски, связанные с динамической упругостью, особенно высоки. Полезной она будет и для проектирования простых беспилотников самолетного типа, которые изготавливаются из менее прочных и жестких материалов, но при этом должны выдерживать значительные эксплуатационные нагрузки.
Кроме того, программный комплекс способен помочь при создании возвращаемых космических аппаратов, которые испытывают сильное сопротивление атмосферы при входе в плотные слои. Работы ведутся в рамках Десятилетия науки и технологий, объявленного президентом России, а также в соответствии с программой Минобрнауки «Приоритет-2030».
Говоря о практической пользе, важно подчеркнуть, что программа не требует замены существующего парка вычислительной техники. Она создана как надстройка над классическими конечно-элементными моделями, которые уже используются в КБ. Это означает, что переход на новую методику не потребует от предприятий колоссальных инвестиций в переобучение персонала или закупку суперкомпьютеров. Достаточно модернизировать софт и адаптировать рабочие процессы.
В условиях импортозамещения и ограничения доступа к западным инженерным пакетам, такая отечественная разработка становится стратегическим активом, позволяя сохранить темпы создания новой техники без потери точности и скорости расчетов.
Фундаментальная наука о композитах переходит к практическим задачам
Не менее важен и образовательный аспект. В МАИ уже встраивают новые методики в курсовое проектирование студентов старших курсов. Будущие инженеры учатся работать не с абстрактными формулами, а с комплексной моделью, где аэродинамика, прочность и динамика — это не отдельные дисциплины, а грани одного целого.
Это меняет сам подход к мышлению: вместо узкой специализации («я прочнист» или «я аэродинамик») формируется системный взгляд на конструкцию. В долгосрочной перспективе это приведет к появлению поколения специалистов, которые будут изначально мыслить в парадигме многодисциплинарной оптимизации, умея быстро находить компромисс между весом, жесткостью и безопасностью, что критически важно для создания конкурентной авиационной техники следующего десятилетия.
Наконец, стоит отметить, что данная разработка — яркий пример того, как фундаментальная наука о композитах переходит в практическую плоскость решения реальных задач гражданской и космической отрасли.
Когда в пресс-релизах говорится о «сокращении времени», за этим стоит не просто абстрактная экономия, а возможность оперативно реагировать на запросы рынка. Например, при создании региональных самолетов с коротким разбегом или перспективных беспилотных грузовиков.
Чем быстрее инженеры смогут просчитать и проверить десятки альтернативных конфигураций крыла, тем быстрее они выберут оптимальную, а затем — запустят в серию.
В условиях глобальной гонки в авиастроении, где цикл разработки нового лайнера измеряется годами, каждый сокращенный месяц имеет огромную коммерческую ценность. Именно такие, казалось бы, незаметные программные решения в итоге определяют, кто первым выкатит новый самолет на взлетную полосу.