Центр Национальной технологической инициативы «Новые производственные технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого: Создание виртуального испытательного полигона соосного вертолета (часть 3)

Объект исследования и разработки – Виртуальный Испытательный Полигон «Вертолет». Цель НИР – создание программных модулей автоматизации построения, балансировки и обработки результатов математической модели несущего винта соосного вертолета в динамике твердых тел с целью: - упрощения работы с моделью несущего винта в динамике твердых тел для пользователей; - обеспечения возможности автоматического создания редуцированной упругой модели лопасти по методу суперпозиции собственных форм (метод Крейга-Бэмптона); - обеспечения возможности автоматической замены редуцированной упругой модели лопасти в математической конечномерной модели несущего винта; - обеспечения возможности внесения изменений в конечномерную модель в случае изменения узловых точек или деталей несущей системы без потери работоспособности модели; - обеспечения вывода результатов в формате, подходящем для проверки азимутального распределения нагрузок на лопасти; - автоматизации балансировки несущей системы вертолета в случае закрепления фюзеляжа; - автоматизация расчета динамических нагрузок на элементы лопасти для балансировочного режима; - моделирование полета вертолета на заданных характеристиках; - автоматизация работ по определению вибрационных характеристик математической модели вертолета; - оценка влияния допусков при производстве на вибрации фюзеляжа. В данной работе применяются методы автоматизированного проектирования, метод моделирования в динамике твердых тел (MBS) и мультидисциплинарные наукоемкие компьютерные технологии мирового уровня на основе современных теоретических положений механики деформируемого твердого тела. Основные результаты НИР – в ходе первой части работ настоящей НИР, выполненных в рамках софинансирования по договору No В-55029-18 от 29.03.2018, рассчитаны свойства композиционных материалов, используемых в рукаве лопасти (рукав содержит: лопасть, торсион, кожух, переходник и поводок). Созданы конечно-элементные модели элементов несущей системы. Рассчитаны упруго-массовые характеристики элементов рукава лопасти. Созданы балочные КЭ модели лопасти для расчетов режимов полета вертолета. Создана математическая модель в динамике твердых тел несущей системы винта соосного вертолета. Созданы упрощенные балочные модели лопасти для расчетов режимов полета вертолета. Разработан программный модуль результирующих сил и моментов, действующих на корпус фюзеляжа в зависимости от углов атаки, скольжения и рулей управления. Записана база данных результирующих сил и моментов, действующих на корпус фюзеляжа в зависимости от углов атаки, скольжения и рулей управления, а также база данных результирующих сил и моментов, действующих на несущий винт для выбранных режимов работы. Создан программный модуль расчета результирующих сил и моментов, действующих на несущий винт в различных постановках. Разработан модуль для балансировки модели динамики полета. Проведены отладочные расчеты прочности элементов несущей системы вертолета. В ходе второй части настоящей НИР, были изучены методы учета упругости в конечномерных динамических моделях, создан программный модуль линейной аппроксимации лопасти по методу Крэйга-Бэмптона, проведен анализ доступных методов моделирования расчета аэродинамических сил на сечения лопасти, проведена формализация метода приложения аэродинамических нагрузок на отсеки лопасти, проведены проверочные расчеты мод дуля автоматического построения линейно-упругой модели лопасти. Созданы виртуальные испытательные стенды «Динамическая модель несущей системы вертолета», «Аэродинамические расчеты фюзеляжа», «Балансировочный модуль режимов полета вертолета», «Расчет прочности элементов несущей системы», позволяющие автоматизировать построение математических моделей и запуск расчетов. Изучены методы математического и численного моделирования динамики конечномерных систем. Создан универсальный шаблон математической модели несущей системы методами динамики твердых тел. Разработан программный модуль создания модели несущей системы, а также программный модуль линейной аппроксимации лопасти по методу Крэйга-Бэмптона. Создан модуль визуализации результатов для проверки азимутального распределения сил, действующих на сечения лопасти. Разработана библиотека встроенного расчета аэродинамических нагрузок на сечения лопасти. Исследованы методы вычислительной гидродинамики, на основе которых, сформирован модуль для аэродинамических расчетов фюзеляжа. Разработан набор различных программных модулей, позволяющих произвести балансировку режимов полета вертолета. Изучены методы конечных элементов, позволяющие построить необходимые модули для расчета на прочность несущего винта. Проведены проверочные расчеты для различных полетных режимов вертолета. В ходе третьей части настоящей НИР, создан модуль динамической балансировки в рамках Виртуального Испытательного Полигона «Вертолет». Доработана библиотека встроенного расчета аэродинамических нагрузок, разработанной на предыдущем этапе, для обеспечения учета аэродинамических сил, действующих на фюзеляж. Разработан модуль балансировки несущей системы по заданным силам и моментам. Создан модуль расчета нагрузок на элементы несущей системы вертолета при заданных управляющих сигналах и скорости продувки, а также автоматической балансировки вертолета в сборе с закрепленным фюзеляжем при заданной скорости продувки. Создан модуль балансировки полета, подбирающего управляющие воздействия и обеспечивающего движение математической модели вертолета на заданной скорости. В ходе четвертой части настоящей НИР, были подготовлены математические модели в динамике твердых тел несущей системы соосного вертолета с учетом дисбаланса элементов несущего винта. Проведены расчеты вибраций для нескольких уровней дисбаланса. На основе математических моделей в динамике твердых тел несущей системы соосного вертолета с учетом дисбаланса элементов несущего винта создана методика оценки влияния допусков при производстве на вибрации фюзеляжа. В ходе заключительной части настоящей НИР, работы которой приведены в Настоящем Отчете, выполнялась разработка программного модуля оценки влияния допусков при производстве на вибрации фюзеляжа в рамках Виртуального Испытательного Полигона «Вертолет».