Недавно среди них появился новичок – малая климатическая аэродинамическая труба для исследования обледенения. Мы побывали в институте и узнали, что труба – это совсем не простое дело.
Стена из вентиляторов
Стенд из вентиляторов выглядит непривычно: стена, составленная из дюжины блоков, в каждом – по девять вентиляторов. Компьютерное управление позволяет настраивать работу каждого из сотни вентиляторов в отдельности и моделировать возмущения, которые существуют в реальной атмосфере.
«Задача классической аэродинамической трубы – сделать поток однородным. Задача стенда – моделировать поток в возмущенной атмосфере. Мы попытались организовать такие условия в аэродинамической трубе, но вернулись к идее стенда», – объясняет старший научный сотрудник ИТПМ Павел Поливанов.
Первоначально стенд потребовался для испытания первого в России метеодрона. До сих пор синоптики используют в своей работе либо стационарные наземные станции, либо метеозонды – шары с гелием, которые поднимают в небо измерительную аппаратуру. Но такие шары и установленная на них аппаратура – одноразовые изделия. Метеодрон же можно использовать многократно, управлять им, направляя в ту или иную область, затем вернуть на землю. На такой аппарат можно установить более дорогие и качественные датчики, которые жалко потерять после единственного полета.
С измерениями температуры и влажности проблем нет, но как быть с ветровой нагрузкой? Ведь легкий метеодрон сносит потоком воздуха, и нужно научиться рассчитывать силу ветра, учитывая и изменение положения дрона в пространстве, и информацию на его датчиках. Именно для этого и была построена «вентиляторная стена».
Управлять набором вентиляторов исследователи учились целый год. Зато теперь могут настроить поток практически любой конфигурации. После этого изменились и задачи, которые ставят перед собой ученые. Теперь перед управляемым воздушным потоком – модель самолета, который попадает то в шторм, то в грозу, то в ураган.
«Настоящая гроза – не лучший испытательный полигон, ведь каждый новый шторм – это другая комбинация воздушных потоков. Как определить, улучшили внесенные вами в конструкцию самолета изменения его устойчивость или ухудшили? Для этого нужны в точности повторяющиеся условия», – поясняет Павел Поливанов.
Пока же ученые планируют увеличить размер стены из вентиляторов, сделать стенд мощнее и больше.
«Много кто заявляет, что может сделать подобные стенды, но фактически – только мы», – уточнил и.о. директора института Евгений Краус.
Труба старая и заслуженная
Сверхзвуковая аэродинамическая труба Т-313 – настоящий ветеран института, она была запущена в эксплуатацию еще в середине 60-х годов прошлого века. Однако ее параметры и сегодня позволяют ей оставаться одной из самых востребованных установок для индустриальных партнеров ИТПМ.
«Сечение трубы 600 на 600 миллиметров, и объем воздуха в 4 тысячи кубометров пролетает через нее минут за пять», – рассказывает замдириктора ИТПМ по науке Андрей Сидоренко.
Внутри трубы устанавливают, разумеется, не самолет, а его модель, но это не влияет на результаты исследований: техника пересчета результатов экспериментов «в натуральную величину» давно отработана. Возраст трубы в данном случае даже идет на пользу исследованиям, поскольку иногда старое оборудование оказывается точнее и надежнее нового. Конечно, каждый год труба проходит переаттестацию.
«Эта труба – она в какой-тот мере уникальная, снабжена еще старыми механическими прецизионными четырехкомпонентными весами, на которых можно очень точно мерить подъемную силу, сопротивление. Те данные, которые получаем на этой трубе, очень ценятся нашей промышленностью», – говорит Сидоренко.
Именно на этой установке проходила продувка моделей при создании отечественного сверхзвукового самолета Ту-144. Не простаивает труба и сегодня.
«Блоки ракет-носителей, перспективные воздушно-космические самолеты, спускаемые блоки, парашюты – все, что летает у нас на высоких скоростях, возвращается из атмосферы, уходит в космос, – все здесь продувается», – уточняет ученый.
Труба с обледенением
Малая климатическая труба для научных исследований обледенения – новичок в семействе аэродинамических установок Института теоретической и прикладной механики. Она запущена в эксплуатацию всего четыре месяца назад. Функционирует не так, как ее «собратья»: воздух, который нагнетается в трубу, предварительно охлажден, более того, в него еще и впрыскивают воду, чтобы посмотреть, как будут обледеневать части самолета, – это актуальная проблема для авиации.
«Подобные установки были еще в Советском союзе, но сейчас, когда все более актуальной становится тема беспилотных летательных аппаратов, потребность в них растет», – уточняет младший научный сотрудник ИТПМ Андрей Шмаков.
Установка, конечно, не уникальна – по словам Шмакова, аналогичная климатическая труба в Центральном институте авиационного моторостроения позволяет поместить внутрь целый авиационный двигатель, по сравнению с сибирской климатической трубой – настоящий гигант. Но эксперименты в московской трубе – очень дороги, в то время как установка в Институте теоретической и прикладной механики позволяет проводить серийные эксперименты, что важно для научных исследований. Но и промышленным заказчикам здесь всегда рады.
«Наша установка позволяет проводить испытания различных датчиков, дронов, отдельных элементов летательных аппаратов», – говорит Шмаков.
Но спектр возможностей климатической установки – гораздо шире и не ограничивается только авиацией. Можно узнать, к примеру, как поведут себя при обледенении вантовые конструкции моста.
«Лед нарастает, возникают несимметричные колебания вантовой конструкции – это нужно исследовать», – убежден ученый.
Пока промышленный партнер у новой установки только один – группа компаний «Тихие крылья», занимающаяся воздушными обследованиями железнодорожных путей и газопроводов, но их может стать намного больше.
«Перспективен рынок жидкостей для обработки самолетов, используемых для борьбы с оледенением. Сейчас с нашего рынка ушли зарубежные производители таких средств, и мы готовы испытывать отечественные препараты», – напоминает Шмаков
