Бочкарёв А.Ф. Научная школа вибрационной прочности и надёжности двигателей летательных аппаратов

>> 60-летие СГАУ >> От КуАИ до СГАУ: сборник очерков в формате pdf >> От КуАИ до СГАУ: сборник очерков в формате HTML >> Содержание

Бочкарёв А.Ф.

Основателем этой школы в КуАИ является талантливый учёный профессор Александр Миронович Сойфер.

А.М. Сойфер заведовал кафедрой конструкции и проектирования двигателей летательных аппаратов с 1942 по 1969 гг. В 1958 году он организовал отраслевую научно-исследовательскую лабораторию (ОНИЛ-1) вибрационной прочности и надёжности авиационных изделий и был её научным руководителем до конца своей жизни.

Обладая большой интуицией и широким научно-техническим кругозором, А.М. Сойфер в начале 50-х годов сформулировал научное направление по исследованию причин возникновения вибрации в двигателях летательных аппаратов и разработке методов и средств их подавления с целью увеличения ресурса и надёжности работы двигателей.

А.М. Сойфер и его ученики проводили теоретические и экспериментальные исследования по защите авиационных изделий от вибрации различными методами.

Конструкционное демпфирование применялось во фланцевых и шовных неподвижных соединениях (доцент В.П. Филенкин), при гашении колебаний лопаток осевых компрессоров и турбин (доценты В.П. Иванов и В.А. Фролов), при создании упругодемпфирующих опор для снижения резонансных изгибных колебаний трубопроводных коммуникаций двигателей летательных аппаратов (доценты Н.С. Кондрашев, Е.А. Панин, Н.И. Старцев) и опор роторов газотурбинных двигателей для снижения амплитуд прогибов на критических частотах вращения (доцент В.П. Иванов).

Значительным достижением было создание по идее А.М. Сойфера нового упругодемпфирующего пористого материала МР (металлорезина) и различных изделий из него.

Сначала созданием материала МР и исследованием его характеристик занимались А.М. Сойфер, В.Н. Бузицкий и В.А. Першин. В дальнейшем в исследованиях свойств материала МР и созданием из него различных изделий для авиационной, ракетно-космической техники и других отраслей промышленности, кроме А.М. Сойфера, принимали участие Ю.И. Байбородов, А.И. Белоусов, В.Н. Бузицкий, Г.В. Лазуткин, В.А. Першин, А.Д. Пичугин, А.А. Тройников и другие сотрудники кафедры и ОНИЛ-1.

Созданные изделия из материала МР способны работать при высоких и низких температурах, в агрессивной среде и в других экстремальных условиях.

На основе материала МР были разработаны виброизоляторы, демпферы, уплотнители, подшипники скольжения, фильтры, дроссели, тяжело нагруженные эластичные опоры скольжения для гидрогенераторов и другие изделия.

Виброизолирующие и демпфирующие устройства позволяют резко снизить вибрационные нагрузки на элементы и узлы двигателей и приборы летательных аппаратов (ЛА) и увеличить их ресурс.

Изделия из МР выпускаются на многих заводах и применяются на самолётах, космических аппаратах, надводных и подводных судах морского флота, на всех крупных гидроэлектростанциях, на объектах нефтегазовой, химической и других отраслей народного хозяйства.

Результаты исследований свойств материала МР и разработки различных изделий из него, выполненные сотрудниками КуАИ-СГАУ, отражены в монографии и многочисленных статьях, опубликованных в центральных и отраслевых изданиях. Были защищены докторские и кандидатские диссертации. На изделия из МР получено около ста авторских свидетельств.

Важные исследования по изучению природы возникновения вибрации в турбомашинах и способов их подавления были выполнены доцентом В.П. Ивановым. Он первым рассмотрел совместные колебания рабочих колес турбомашин как единую упругую систему лопаток и дисков, выявил общие свойства спектров собственных частот и форм колебаний рабочих колес, создал методы их расчёта и способы демпфирования колебаний.

Для вибрационных испытаний элементов конструкций турбомашин В.П. Ивановым были созданы оригинальные вибростенды (воздушные вибраторы), по своим высоким характеристикам и широким техническим возможностям не имевшие аналогов. Эти вибростенды используются в конструкторских бюро при создании двигателей ЛА. По результатам исследований В.П. Иванов успешно защитил докторскую диссертацию в 1971 году.

В настоящее время профессор А.И. Ермаков развивает исследования, начатые В.П. Ивановым. На базе выявленных общих свойств спектров собственных движений (конструкций) с поворотной симметрией А.И. Ермаков разработал метод волновых конечных элементов, позволяющий исследовать связанные колебания как рабочего колеса, так и группы рабочих колес, входящих в систему ротора турбомашин.

По результатам исследований А.И. Ермаковым в 1996 году защищена докторская диссертация.

Были выполнены и защищены докторские диссертации К.А. Жуковым (1978 г.) и М.К. Сидоренко (1984 г.). К.А. Жуков разработал методы повышения надёжности авиационных двигателей на стадии их серийного изготовления. В диссертации М.К. Сидоренко развиты методы и средства вибрационной диагностики авиационных двигателей, обеспечивающие требуемый уровень надёжности.

Ученики А.М. Сойфера - А.И. Белоусов и В.П. Шорин - работали на новых важных научных направлениях.

Благодаря активной поддержке А.М. Сойфера, под руководством А.И. Белоусова на кафедре и в ОНИЛ-1 начались теоретические и экспериментальные исследования гидростатического эффекта для повышения эффективности и обеспечения надёжности изделий авиационной и ракетно-космической техники.

Разработаны теоретические основы гидрогазостатического эффекта для создания различных устройств принципиально нового типа: гидростатических опор, уплотнений, тягоизмерителей, виброизоляторов, демпферов, генераторов колебаний, автоматов и устройств разгрузки турбомашин от осевых сил, вибростендов, в том числе и для испытаний сверхтяжёлых изделий.

По этим разработкам в январе 1977 года А.И. Белоусовым защищена докторская диссертация, открывшая работу специализированного совета по защите докторских диссертаций в КуАИ.

Многочисленные исследования, выполненные А.И. Бело-усовым и его учениками, способствовали формированию известной в стране и за рубежом научной школы гидродинамического демпфирования и надёжности изделий, основателем которой стал профессор А.И. Белоусов.

Основным направлением деятельности этой школы является прогнозирование и изыскание путей повышения безотказности и долговечности, снижение вибрации в конструкциях и развитие методов наземной отработки изделий.

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы этой школы последних лет были направлены на разработку принципиально новых методов и средств борьбы с вибрацией с помощью жидкостных и газовых пленок, а также повышение эффективности работы изделий (герметизации, охлаждения, фильтрации, дросселирования, шумоглушения) с помощью материала МР.

Разработаны теоретические основы проектирования и созданы конструкции упругодемпферных опор турбонасосов, работающих в криогенной среде, гидродинамических демпферов, гидростатических опор роторов турбомашины и уплотнений, применение которых обеспечивает улучшение динамического состояния двигателей и повышение их экономичности и ресурса.

Разработана теория систем релаксационного демпфирования, проводятся и другие важные исследования в области вибрации, динамической прочности и надёжности конструкций.

На основе результатов исследований по совместным колебаниям деталей и узлов, развито математическое моделирование на ЭВМ динамических процессов в сложных колебательных системах изделий, позволяющее на стадии проектирования прогнозировать вибрационные явления в конструкциях и значительно сокращать сроки доводки изделий. Эти работы входят составной частью в систему автоматизированного проектирования изделий авиационной и ракетно-космической техники.

Характерной особенностью научной школы А.И. Белоусова является комплексный характер её разработок: от идеи и научного обоснования до изготовления образцов изделий. Ряд разработок внедрён в серийное производство.

Работы А.И. Белоусова и его учеников были отражены в 12 монографиях и многочисленных статьях, опубликованных в академических, центральных и отраслевых изданиях.

Многие исследования завершались диссертационными работами. Было защищено более 40 кандидатских и 10 докторских диссертаций. Докторами наук стали А.И. Белоусов (1977 г.), В.И. Крайнов (1987 г.), Д.Е. Чегодаев (1987 г.), Ю.А. Равикович (1992 г.), Б.М. Силаев (1993 г.), Л.В. Горюнов (1995 г.), О.П. Мулюкин (1995 г.), С.В. Фалалеев (1996 г.), Ю.К. Пономарев (1999 г.), Д.К. Новиков (2001 г.).

В.П. Шорин руководил работами по совершенствованию динамических процессов в пневмогидравлических и топливных системах двигателей и летательных аппаратов.

На основе проведённых фундаментальных исследований В.П. Шорин разработал принципы построения и методы проектирования гасителей колебаний жидкости и газа в трубопроводных системах двигателей и летательных аппаратов; впервые обосновал критерий вносимого затухания колебаний рабочей среды гасителей, позволяющий оценивать эффективность его работы. Созданы эффективные конструкции гасителей и корректирующих устройств акустического типа, нашедшие применение в топливных и гидрогазовых системах современных летательных аппаратов и двигателей.

Работы В.П. Шорина и его учеников явились базой для выпуска ряда руководящих технических материалов авиационной отрасли по гасителям колебаний и корректирующим устройствам для топливных и пневмогидравлических систем.

Разработана методология моделирования и испытания многомерных динамических систем и принципы построения специализированных стендов для динамических испытаний, решены проблемы математического обеспечения испытаний.

В.П. Шорин стал основателем известной в стране и за рубежом научной школы конструкционных методов управления динамическими свойствами гидрогазовых систем. На базе возглавляемого В.П. Шориным научного коллектива в 1982 году была образована новая кафедра - автоматических систем энергетических установок, а в 1995 году - Научно-исследовательский институт (НИИ) акустики машин.

Работы В.П. Шорина и его учеников, направленные на повышение параметрической и функциональной надежности систем летательных аппаратов и совершенствование рабочих процессов энергоустановок, отражены в десяти монографиях и многочисленных статьях.

Многие исследования завершались диссертационными работами. Было защищено 14 кандидатских и 9 докторских диссертаций. Докторами наук стали В.П. Шорин (1980 г.), И.С. Загузов (1983 г.), А.Е. Жуковский (1986 г.), А.Г. Гимадиев (1991 г.), Е.В. Шахматов (1993 г.), О.А. Журавлев (1997 г.), В.И. Мордасов (1997 г.), С.А. Петренко (1997 г.), В.И. Санчугов (1998 г.).

Жизненность научной школы А.М. Сойфера обусловлена новыми идеями его учеников.

О высоком уровне научных исследований свидетельствует и изобретательская деятельность: получено более 500 авторских свидетельств на изобретения и несколько десятков патентов. За создание образцов новой техники несколько сотрудников награждены орденами и медалями. За большой вклад в науку и технику А.И. Белоусову (1985 г.), В.П. Шорину (1989 г.), К.А. Жукову (1992 г.), Д.Е. Чегодаеву (1992 г.) присвоено звание заслуженного деятеля науки и техники РФ, а В.П. Шорин избран действительным членом Российской академии наук (1991 г.).

На базе кафедры и ОНИЛ-1 регулярно проводились всесоюзные и международные конференции по конструкционной прочности и надёжности двигателей.

На кафедре постоянно уделяется большое внимание совершенствованию учебного процесса. Тематика научных исследований соответствует профилю подготовки инженеров для авиационной и ракетно-космической отрасли. Осуществляется тесная связь научно-исследовательской работы с учебным процессом. Преподаватели знакомят студентов с результатами научных исследований, выполненных сотрудниками кафедры и ОНИЛ-1.

Во многих учебных пособиях, подготовленных преподавателями кафедры, использованы научные разработки. На базе научно-исследовательских работ (НИР) создаются уникальные учебные лабораторные установки. В учебные лаборатории передаются экспериментальные установки после их использования в ходе выполнения НИР. К научным исследованиям привлекаются студенты. Многие из них продолжают научную деятельность после окончания вуза.

После скоропостижной кончины профессора А.М. Сойфера кафедрой руководили доцент Д.Ф. Пичугин (1969 г.), генеральный конструктор академик АН СССР Н.Д. Кузнецов (по совместительству - 1969-1978 гг.), профессора А.И. Белоусов (1978-1992 гг.) и Д.Е. Чегодаев (1992-2000 гг.). В настоящее время кафедрой заведует профессор А.И. Ермаков. Под их руководством продолжались научные исследования по вибрационной прочности и надёжности двигателей ЛА, расширялась тематика исследований, совершенствовались учебная лабораторная база и методическое обеспечение изучаемых на кафедре дисциплин.

Многие выпускники кафедры стали государственными деятелями, генеральными и главными конструкторами двигателей ЛА, ведущими специалистами НИИ и конструкторских бюро, крупными учёными, заведующими кафедрами ряда вузов.