Презентация Сысоев

1.

Министерство образования Московской области
Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Московской области
«Подмосковный колледж «Энергия»
(ГАПОУ МО «ПК «Энергия»)
Дипломная работа
Тема работы:
Совершенствование конструкции шасси вертолёта с целью повышения его
эксплуатационных характеристик
Работу выполнил студент группы 4ТЛ22С
Сысоев Антон Сергеевич
Руководитель дипломной работы А.И. Семенов

2.

ГАПОУ МО «ПОДМОСКОВНЫЙ
КОЛЛЕДЖ «ЭНЕРГИЯ»
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ
Цель
Повышение эксплуатационных характеристик вертолёта за счёт разработки усовершенствованной конструкции шасси на примере
вертолёта Ми-8.
Задачи
Изучить классификацию, конструктивные особенности и
провести сравнительный анализ существующих схем
шасси
Рассматривает основные схемы шасси вертолётов (трёхопорные с
носовой/хвостовой стойкой, четырёхопорные, полозковые). Сравнивает их по
устойчивости, удобству погрузки, массе, безопасности посадки. Анализирует
конструкцию шасси Ми-8 как объекта исследования.
Определить критерии оценки эксплуатационных
характеристик и проанализировать действующие
нормативные требования
Формулирует ключевые критерии: прочность и энергопоглощение, устойчивость к
опрокидыванию, проходимость, аэродинамическое сопротивление,
ремонтопригодность.
Выявить основные направления и перспективные
концепции для совершенствования конструкции
Определяет перспективные направления: применение композиционных материалов
и алюминиевых сплавов для снижения массы, создание адаптивных систем
демпфирования с управлением в реальном времени, внедрение систем мониторинга
состояния (SHM) на основе волоконно-оптических датчиков.
Обосновать выбранную концепцию модернизации и
разработать детальное конструкторское предложение
Обосновывает переход от пассивной амортизации к активно-адаптивной
системе с управлением каждой стойкой индивидуально.
Провести прочностные расчёты и моделирование
работы усовершенствованной конструкции
Строит математическую модель динамики посадки, включающую упругие и
демпфирующие силы с учётом управляющего сигнала. Выполняет расчёт
демпфирующей силы для типовых режимов. Использует критерии прочности
(Мизеса, Цай-Ву) и закон Париса для оценки усталостной долговечности.
Подтверждает снижение пиковых перегрузок на 25–30%.
Дать оценку эффективности предложенных решений и
их влияния на ключевые эксплуатационные
характеристики
Оценивает массовую эффективность (снижение массы шасси на 15–20%),
увеличение усталостного ресурса (в 1.5–2 раза), расширение эксплуатационных
возможностей (вертикальная скорость до 5.5 м/с, крен до 10°). Проводит анализ
стоимости жизненного цикла (снижение LCC на 10–15%, окупаемость 5–7 лет).
Делает вывод о повышении безопасности и конкурентоспособности вертолёта.

3.

АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ШАССИ
Классификация схем
Трёхопорная с носовой (Ми-8), трёхопорная с хвостовой,
четырёхопорная, полозковая.
Критерии оценки
Прочность и энергопоглощение, устойчивость к опрокидыванию,
проходимость, аэродинамика, ремонтопригодность.
Нормативные требования (АП-29)
Посадка с вертикальной скоростью не менее 3.05 м/с (§29.725),
устойчивость на склоне до 10-12° (§29.473), аварийные условия
посадки (§29.561).
Направления совершенствования
Новые материалы (композиты), адаптивные системы, аэродинамика,
системы мониторинга (SHM).
ГАПОУ МО «ПОДМОСКОВНЫЙ
КОЛЛЕДЖ «ЭНЕРГИЯ»

4.

КОНСТРУКТОРСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ: АДАПТИВНАЯ
СИСТЕМА И ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Структура
адаптивной
системы
демпфирования
Используется модифицированная ПИДлогика с адаптивными коэффициентами.
Управляющий сигнал формируется на
основе вертикальной и горизонтальной
скоростей, углов крена и тангажа,
положения штока. Стратегия: «мягкий»
вход (снижение демпфирования на 30–
40% при касании) → основной ход
(увеличение демпфирования до 150% для
гашения энергии). Коэффициент
эффективности амортизации ≥0,85 при
вертикальной скорости 3,0 м/с.
Система построена на принципе
активного управления демпфирующей
характеристикой каждой стойки в
реальном времени. Включает:
• датчики (ИНС, доплеровский
измеритель, лидары с разрешением 1–2
см, акселерометры до 20g, LVDT-датчики
положения штока);
• бортовой вычислитель
(отказоустойчивая схема duplex/triplex,
частота опроса 1000 Гц);
• исполнительные механизмы –
электрогидравлические
пропорциональные клапаны (время
отклика 10–15 мс).
Алгоритм
управления
Применение
перспективных
материалов
На стойках устанавливаются волоконнооптические датчики Брэгговских решёток
(15–20 шт.) в зонах максимальных
напряжений. Бортовой интеррогатор
регистрирует гистограммы нагружения в
реальном времени. Алгоритмы машинного
обучения (метод опорных векторов)
классифицируют типы посадок и
прогнозируют остаточный ресурс с
точностью до 90–95%. Это позволяет
перейти к обслуживанию по фактическому
состоянию, исключая преждевременные
замены и предотвращая внезапные отказы.
ГАПОУ МО «ПОДМОСКОВНЫЙ
КОЛЛЕДЖ «ЭНЕРГИЯ»
Для снижения массы предложена замена
силовых элементов:
• стальных кронштейнов (30ХГСНА) на
углепластик УМ-49 – снижение массы с
8,5 кг до 6,5 кг (на 20–25%) при запасе
прочности ≥1,5 и ресурсе ≥20000
посадок;
• использование алюминиевых сплавов
В95пчТ2 и алюминий-литиевых сплавов
для остальных элементов. Общее
снижение массы шасси оценивается в 15–
20% (112–150 кг).
Система
мониторинга
состояния
(SHM)

5.

КОНСТРУКТОРСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ И МАТЕРИАЛЫ
Применение перспективных материалов
Замена стальных кронштейнов (30ХГСНА) на углепластики (УМ-49)
снижает массу на 20-25% (с 8.5 кг до 6.5 кг) при сохранении
прочности.
Использование алюминиевых сплавов В95пчТ2 и алюминийлитиевых сплавов.
Система мониторинга (SHM):
15-20 волоконно-оптических датчиков (ФБГ) на стойку.
Алгоритмы машинного обучения для прогнозирования ресурса с
точностью до 90%.
ГАПОУ МО «ПОДМОСКОВНЫЙ
КОЛЛЕДЖ «ЭНЕРГИЯ»

6.

ПРОЧНОСТНЫЕ РАСЧЁТЫ
Математический аппарат
Уравнения равновесия, соотношения Коши, закон Гука для
изотропных и ортотропных материалов.
Уравнение динамики посадки
Учитывает упругую силу газовой полости, управляемую
демпфирующую силу, реакцию пневматика.
Пример расчёта демпфирующей силы
F_демп = [K_баз + K_упр·U(t)]·|dz/dt|^α. Для скорости 3.5 м/с
расчётное усилие составило ~616.3 кН.
Критерии прочности
Критерий Мизеса для металлов, критерий Цай-Ву для композитов,
закон Париса для усталостных трещин.
ГАПОУ МО «ПОДМОСКОВНЫЙ
КОЛЛЕДЖ «ЭНЕРГИЯ»

7.

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕШЕНИЙ
Снижение массы
На 15-20% (112-150 кг) за счёт композитов и алюминиевых сплавов.
Снижение динамических нагрузок
Пиковые перегрузки снижены с 9.8g (пассивная система) до 6.8-7.4g
(адаптивная система). Снижение на 25-30%.
Увеличение ресурса
Усталостный ресурс увеличен в 1.5-2 раза (с 15000 до 22500-30000
посадок).
Расширение возможностей
Допустимая вертикальная скорость увеличена до 5.5 м/с, допустимый
крен при посадке — до 10°. Снижение риска опрокидывания на 4050%.
ГАПОУ МО «ПОДМОСКОВНЫЙ
КОЛЛЕДЖ «ЭНЕРГИЯ»

8.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ
Анализ стоимости жизненного цикла (LCC)
Снижение LCC на 10-15% за счёт уменьшения затрат на ТО (на 15%)
и увеличения межремонтного ресурса.
Окупаемость
Срок окупаемости инвестиций (4-5 млн руб.) составляет 5-7 лет.
Экономический эффект — 2.5-3.5 млн руб./год на один вертолёт.
Безопасность (SHM)
Точность прогнозирования ресурса 90-95%. Вероятность
необнаружения повреждения снижена на два порядка (с 0.01 до
0.0001). Соответствие специальным условиям EASA для адаптивных
шасси.
ГАПОУ МО «ПОДМОСКОВНЫЙ
КОЛЛЕДЖ «ЭНЕРГИЯ»

9.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Подтема
Расписать
Подтема
Расписать
Подтема
Расписать
ГАПОУ МО «ПОДМОСКОВНЫЙ
КОЛЛЕДЖ «ЭНЕРГИЯ»