Сотрудники научно-исследовательского отделения усталостной и статической прочности авиационных конструкций ФАУ «СибНИА им. С.А. Чаплыгина» (входит в состав ФГБУ «НИЦ «Институт имени Н. Е. Жуковского») провели расчётно-экспериментальные исследования и оценили возможность применения бионического принципа формирования силовых элементов авиационных конструкций.
Для исследований выбран силовой кронштейн узла навески маршевого двигателя летающей лаборатории на базе самолёта Як-40. Из множества различных вариантов форм оптимизированного кронштейна определен вариант, который удовлетворил массовым и прочностным требованиям. Экспериментальный образец изготовлен методом фрезерования из материала марки сталь 30ХГСА. Бионический кронштейн испытан на статическую прочность до разрушения с использованием специальной оснастки.
Результаты испытаний показали, что вес оптимизированного кронштейна примерно в два раза меньше веса исходного и способен выдерживать аналогичные и даже большие нагрузки. В дальнейшем планируется продолжить исследования в данной области и расширить сферу применения методов топологической оптимизации на более широкий спектр существующих деталей и конструкций.
Справочно:
Исследования проведены в рамках выполнения научно-исследовательской работы «Расчетно-экспериментальные исследования в обеспечение создания демонстраторов технологий отечественных самолетов для скоростных перевозок на местных и внутрирегиональных воздушных линиях, качественно повышающих безопасность и эффективность функционирования перспективных транспортно-логистических систем» по тематике «МА 21-23 Скорость».
Топологическая оптимизация — один из подходов к проектированию изделий, заключающийся во внесении изменений в конструкцию или деталь с созданием новых границ объёма тела и удалением существующих малонагруженных элементов, с целью оптимизации по критериям минимизации массы, максимальной жёсткости или спектру собственных частот, при сохранении предъявляемых прочностных требований. Бионический дизайн, в свою очередь — это подход к проектированию изделий с целью придания формы конструкции, схожей с формируемыми в природе сложнопрофильными поверхностями.