Анотація до роботи:

Кондратьєв А.В. Оптимальне проектування композитних корпусів літальних апаратів зі стільниковим заповнювачем на основі синтезу методу скінченних елементів і аналітичних моделей. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.07.02 – проектування, виробництво та випробування літальних апаратів. – Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського «ХАІ», Харків, 2009.

Дисертація присвячена проблемі зниження маси корпусів літальних апаратів шляхом оптимізації їх параметрів на основі синтезу методу скінченних елементів та нових моделей стільникового заповнювача. Містить теоретичні та практичні результати, що включають розроблену та реалізовану на прикладі реального виробу – головного обтічника ракети-носія «Циклон-4» концепцію мінімізації маси багатовідсікових тришарових оболонок із ПКМ зі СЗ в рамках синтезу МСЕ і аналітичних моделей з багатоетапним алгоритмом реалізації.

Розроблені математичні моделі СЗ та методи їх реалізації для уточнення його ФМХ з урахуванням технології виготовлення при різних висотах стільника.

Для запропонованого в роботі класифікатора масиву нерегулярних зон тришарових оболонок із ПКМ зі СЗ в рамках запропонованого синтезу аналітичних моделей СЗ та стандартного комплексу МСЕ розроблений підхід до оптимізації за масою відповідних параметрів підсилення.

Розроблені алгоритми та інші результати дисертації використовуються в навчальному процесі Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського «ХАІ», а також прийняті до використовування у вигляді рекомендацій та методик при створенні багатовідсікових тришарових оболонок із ПКМ зі СЗ при проектуванні конструкцій авіаційної та ракетно-космічної техніки на ДП «КБ «Південне» та ВАТ» «УкрНДІТМ».

Відповідно до поставленої мети в дисертації отримані наступні наукові та практичні результати.

1. Запропонована та реалізована концепція мінімізації маси багатовідсікових тришарових оболонок із ПКМ зі СЗ в рамках синтезу МСЕ і аналітичних моделей з багатоетапним алгоритмом реалізації, яка дозволяє наступне:

повною мірою врахувати практично весь спектр зовнішніх дій, прикладених до об'єкту за будь-яким законом їх зміни;

оптимізувати основні конструктивні параметри в межах кожного відсіку, що в свою чергу дозволяє виявити та реалізувати повною мірою резерви зниження маси, які не використовуються при колишній орієнтації на оптимальні параметри найбільш навантаженого відсіку, що приймаються для всього виробу в цілому;

проводити глибокий рівень одночасної оптимізації схеми укладання НШ, геометричних параметрів СЗ та шпангоутів, що реалізує практично вичерпні можливості ПКМ та СЗ на сучасному рівні технологій їх виробництва;

врахувати погіршення ФМХ конструктивних елементів, яке спричинене наявністю в них неминучих технологічних відхилень в межах регламентованих допусків на них та теплового навантаження на об'єкт, що дає максимально наближене уявлення про дійсну несучу спроможність конструкції.

2. Реалізація запропонованої концепції для оптимізації конструктивних параметрів в регулярній зоні реального виробу – ГО РН «Циклон-4» виявила її ефективність, що виразилася в зниженні маси оптимального виробу на 15% в робочому варіанті в порівнянні з початковим його варіантом, розробленим ДП «КБ «Південне»».

3. Запропонований підхід, що дозволяє прогнозувати характер роботи СЗ та визначити його ФМХ з урахуванням особливостей сприйняття навантаження окремими елементами чарунки стільника за наявності в них початкового технологічного погину в межах регламентованого допуску на нього.

4. Отримані відкоректовані аналітичні залежності, що пов'язують ФМХ СЗ з геометричними параметрами його чарунки та висотою СЗ, які, на відміну від існуючих залежностей, дозволяють врахувати відхилення значень ФМХ СЗ при його різних висотах, що спостерігаються в експериментах

5. Дано рекомендації щодо використання ФМХ СЗ в запропонованій концепції мінімізації маси багатовідсікових тришарових оболонок із ПКМ зі СЗ, що дозволяють наступне:

знайти в процесі оптимізації раціональну висоту СЗ з урахуванням зміни його ФМХ;

синтезувати модуль перевірочного блоку, в якому дається висновок про несучу спроможність оптимального за масою варіанту конструкції із СЗ з урахуванням наявності в його гранях початкового технологічного погину в межах регламентованого допуску на нього.

6. Запропонований класифікатор нерегулярних зон тришарових оболонок із ПКМ зі СЗ, який включає в себе істотно вдосконалені складові фрагментів відомих класифікацій, а також нові не враховані фрагменти, що дозволяє за характером силової дії на дану зону вибрати найбільш ефективне КТР для її місцевого підсилення.

7. Для різних форм підсилення СЗ запропоновані аналітичні вирази, що дозволяють визначити приведені ФМХ умовного заповнювача, який еквівалентний підсиленому СЗ, що враховують відповідний характер роботи СЗ.

8. Запропонований та реалізований підхід до мінімізації маси нерегулярних зон багатовідсікових тришарових оболонок із ПКМ зі СЗ, що реалізується в рамках синтезу МСЕ та аналітичних моделей СЗ, який дозволяє визначити:

раціональну форму накладки підсилення змінної товщини, геометричні параметри якої описують виникаючий силовий потік;

відповідну товщину НШ для різних зон накладки підсилення;

раціональні значення параметрів підсилення для СЗ.

9. Наведені основні форми, характер та безпосередні результати упровадження, які забезпечують:

підвищення масової ефективності відповідальних конструкцій вітчизняної авіаційної і ракетно-космічної техніки, що розробляються на підприємствах авіаційно-космічного профілю;

високі вимоги замовників до розрахункового рівня ФМХ металевих СЗ.

Публікації автора:

1. Кириченко В.В. Анализ эффективности схем армирования несущих обшивок и оптимизации свойств сотового заполнителя трёхслойных оболочечных конструкций летательных аппаратов / В.В. Кириченко, А.В. Кондратьев // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов : сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 43(4). – Х., 2005. –
С. 27 – 38.

Здобувачем здійснено попередній аналіз ефективності схем армування композитної оболонки при різних навантаженнях.

2. Кондратьев А.В. Методика оптимизации по массе основных конструктивных элементов головного обтекателя ракеты-носителя из композиционных материалов / А.В. Кондратьев // Вестн. Днепропетр. Нац. ун-та. Ракетно-космическая техника. – 2006. – №.9(2). – C. 61 – 67.

3. Кондратьев А.В. Оптимизация по массе нерегулярных зон головного обтекателя ракеты-носителя / А.В. Кондратьев // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов : сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н. Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 47(4). – Х., 2006.– С. 126 – 133.

4. Кондратьев А. В. Определение модуля нормальной упругости сотового заполнителя при поперечном сжатии с учетом начального технологического несовершенства фольги / А.В. Кондратьев, Л.Н. Грицкив // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов : сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н. Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 51(4). – Х., 2007. –
С. 131 – 139.

Здобувачем запропоновано підхід до визначення модуля нормальної пружності стільникового заповнювача при поперечному стисненні з урахуванням наявності в гранях його чарунок початкового технологічного погину.

5. Гайдачук В.Е. Концепция оптимизации композитных корпусов летательных аппаратов с сотовым заполнителем на основе синтеза метода конечных элементов и аналитических моделей / В.Е. Гайдачук, В.В. Кириченко, А.В. Кондратьев // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 56(5). – Х., 2008. – С. 7 – 14.

Здобувачем розроблено багатоетапний алгоритм мінімізації маси багатовідсікових тришарових оболонок із ПКМ зі СЗ з його програмною реалізацією в рамках синтезу МСЕ з новими аналітичними моделями СЗ.

6. Кондратьев А.В. Классификатор конструирования локальных зон трехслойных оболочечных систем / А.В. Кондратьев // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм.
ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Вып. 53(2). – Х., 2008. – С. 138 – 144.

7. Гайдачук В.Е. Корректировка существующих аналитических зависимостей физико-механических характеристик сотового заполнителя с учетом его высоты / В.Е. Гайдачук, В.В. Кириченко, А.В. Кондратьев // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии : сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – Х., 2008. – Вып. 40. – С. 5 – 12.

Здобувачем отримані відкоректовані аналітичні залежності, що пов'язують ФМХ СЗ з геометричними параметрами його чарунки та висотою СЗ.

8. Кондратьев А.В. Новая концепция оптимизации по массе многоотсековых сотовых конструкций и её реализация при проектировании головного обтекателя ракеты-носителя «Циклон – 4» / А.В. Кондратьев // Эффективность сотовых конструкций в изделиях авиационно-космической техники : сб. материалов II междунар. науч.-практ. конф. / Укр. НИИ технологий машиностроения. – Днепропетровск, 2007. – С. 107 – 122.

9. Оптимизация по массе головных обтекателей сотовых конструкций для ракет-носителей / В.Е Гайдачук, В.И. Сливинский, А.В. Кондратьев, В.В. Кириченко // AIMS for Future of Engineering Science. AFES 2007 : materials the eighth international scientific forum, July 3-10 2007, Winnipeg, Canada / Canada-Korea. – 2007. – P. 126 –134.

10. Кондратьев А.В. Концепция оптимизации многослойных систем типа головных обтекателей ракет-носителей из композиционных материалов с сотовым заполнителем / А.В. Кондратьев // Інтегровані комп’ютерні технології в машинобудуванні. ІКТМ 2005 : міжнар. наук.-техн. конф. : тези доп. –Х., 2005. – C. 77.

11. Кондратьев А.В. Методика оптимизации по массе основных конструктивных элементов головного обтекателя ракеты-носителя из композиционных материалов / А.В. Кондратьев, В.Е. Гайдачук // VIII Междунар. молодежная науч.-практ. конф. «Человек и Космос» : тез. докл. – Днепропетровск, 2006. – С. 186.

12. Кондратьев А.В. Оптимальное проектирование локальных зон с использованием пакета МКЭ / А.В. Кондратьев // IX Междунар. молодежная науч.-практ. конф. «Человек и Космос» : тез. докл. – Днепропетровск, 2007. – С. 409.

13. Кондратьев А.В. Учет начального технологического несовершенства фольги СЗ при оптимизации по массе многоотсековых сотовых конструкций / А.В. Кондратьев // X Междунар. молодежная науч.-практ. конф. «Человек и Космос» : тез. докл. – Днепропетровск, 2008. – C. 461.