Бочкарёв А.Ф. Научно-педагогическая школа силового конструирования

>> 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 школы был профессор Андрей Алексеевич Комаров.

Жизненный путь этого талантливого человека был довольно сложным. Родился Андрей Алексеевич Комаров в 1896 году в педагогической семье. В юности интересовался физикой и электротехникой. Однако поступил на механико-математический факультет Московского университета. Окончить его не успел, так как после четвертого курса был призван в армию в 1916 году. На фронтах Первой мировой войны воевал в качестве прапорщика-артиллериста.

После Октябрьской революции А.А. Комаров оказался в рядах Красной армии. Несмотря на то что он всё время мечтал об инженерной деятельности, его служба в Красной армии затянулась на двенадцать лет. У него складывалась хорошая военная карьера. Он занимал ряд высоких командных должностей: был начальником штаба бригады, военным комендантом Новороссийска... Но тяга к точным наукам и технике взяла верх. Андрей Алексеевич оставляет военную службу. Уже в зрелом возрасте, около сорока лет, заканчивает Донской политехнический институт по специальности "авиастроение". Ему поручают организовать кафедру конструкции самолётов в Новочеркасском политехническом институте. Одновременно с преподаванием он руководит конструкторским бюро и строительством скоростного по тем временам самолёта, возглавляет группу прочности в опытно-конструкторском бюро. За несколько дней до начала Великой Отечественной войны в Воронеже был создан Воронежский авиационный институт (ВАИ), в который в начале войны А.А. Комаров был приглашён на должность заведующего кафедрой конструкции самолётов. Годы войны он вместе с институтом провёл в эвакуации в городе Ташкенте, где в трудных условиях велась подготовка инженеров для авиационной промышленности.

После закрытия ВАИ в конце 1945 года А.А. Комаров был направлен на работу в Куйбышевский авиационный институт (КуАИ), где заведовал кафедрой конструкции самолётов (позднее - конструкции и проектирования летательных аппаратов) с 1945 г. по 1977 г.

При проектировании любой силовой конструкции точные знания различных разделов механики и математики переплетаются с интуицией и искусством создателей новых технических решений. Однако одарённость, интуиция и искусство в известной степени от природы и отнюдь не являются уделом каждого конструктора. Поэтому ещё в конце 30-х годов А.А. Комаров поставил перед собой задачу создания теории проектирования силовых конструкций, позволяющей отыскивать на заданные условия (нагрузки и габариты) конструкции наиболее лёгкие, с наивыгоднейшим использованием материала. Разработку этой теории он начал в Ташкенте и закончил в КуАИ.

В 1948 году Андрей Алексеевич защитил кандидатскую диссертацию "Силовое конструирование". Основные результаты диссертации были опубликованы в первых двух выпусках трудов КуАИ ("Силовое конструирование", труды КуАИ, 1952 г., вып. 1; "Наиболее жесткие конструкции", труды КуАИ, 1954 г., вып. 2). В этих работах силовые конструкции рассматривались с двух точек зрения.

Во-первых, конструкция - это проводник действующих на неё сил. В зависимости от силовой схемы конструкции пути сил могут меняться. Выгодность того или иного способа передачи усилий было предложено оценивать через специальный критерий, выражающий величину и протяжённость действия внутренних усилий в конструкции. По своей физической сути - это "силопути". Но поскольку этот критерий определяет в конечном счёте массу (вес) конструкции, то А.А. Комаров назвал его "силовым весом". В простейшем случае для ферм , где G - силовой вес, n - число стержней, N_i и l_i, - длина стержня и усилия в нём.

Второй взгляд на конструкцию заключается в том, что она должна сохранять свою форму при действии приложенных сил. При таком подходе возникает задача о распределении некоторого объёма материала по элементам конструкции, при котором потенциальная энергия упругих деформаций, а следовательно, и перемещение точек, в которых приложены внешние силы, будут минимальными. Для решения этой задачи А.А. Комаров предложил простой итерационный алгоритм на основе метода Лагранжа, который впоследствии стал использоваться многими исследователями.

В 1965 году А.А. Комаров издаёт монографию "Основы проектирования силовых конструкций". Она стала часто цитируемым, фундаментальным трудом по оптимизации силовых конструкций. Сопоставимая по замыслам и подходам к оптимизации конструкции книга за рубежом появилась только в 1997 году.

В его докторской диссертации, защищённой в 1966 году, было доказано, что оптимизация распределения материала в конструкции через её потенциальную энергию приводит к конструкции с минимальной величиной "силового веса". Это обстоятельство открыло путь последователям А.А. Комарова для разработки методов структурной оптимизации силовых конструкций, или, иными словами, метода синтеза силовых схем.

Предложенный А.А. Комаровым метод проектирования силовых конструкций требует большого количества вычислений при решении систем линейных алгебраических уравнений большого порядка (проклятие размерности).

Интенсивное развитие и внедрение в реальное проектирование силовых конструкций, идей и методов А.А. Комарова началось с появлением вычислительной техники. Достаточно универсальный численный метод расчёта (анализа) авиационных конструкций, метод конечных элементов (МКЭ) и численный метод оптимизации (синтеза) силовых конструкций оказались идеально совместимыми. Начиная с 60-х годов коллектив кафедры ведет большую работу по компьютерной реализации МКЭ и методов силового конструирования, которая привела к появлению первых систем автоматизации проектирования (САПР) авиационных конструкций.

В 1966-67 годах В.А. Комаровым был разработан метод расчёта и оптимизации силовых схем крыльев малого удлинения, который сразу же нашёл применение при разработке крыла сверхзвукового пассажирского самолёта ТУ-144. В 60-х и 70-х годах на кафедре успешно проводились исследования по оптимизации различных силовых конструкций, завершавшиеся диссертационными работами. Были выполнены работы по оптимизации конструкции крыла с изменяемой стреловидностью Е.А. Ивановой, оптимизации силовых схем экранопланов А.В. Солововым, учёта ограничений по жёсткости А.И. Данилиным, эффективной реализации МКЭ В.П. Пересыпкиным и Е.Г. Макеевым и др.

В 1975 году В.А. Комаров защищает в МАИ докторскую диссертацию на тему "Рациональное проектирование силовых авиационных конструкций", ставшую фактически одним из первых учебников по оптимизации и автоматизации проектирования во многих конструкторских бюро страны.

В 1975 году при кафедре создается отраслевая научно-исследовательская лаборатория (ОНИЛ-13). Её научным руководителем стал В.А. Комаров.

В ОНИЛ-13 выполнялись исследования по оптимизации конструкций различных самолетов: ТУ-154; Бе-30; ВВА-14; ИЛ-76, 86, 96; "Буран"; "Альбатрос"; Бе-103 и других.

Одновременно с работами по реальным проектируемым самолётам в 70-е и 80-е годы на кафедре и ОНИЛ-13 ведутся фундаментальные исследования по теоретическому обоснованию и дальнейшему развитию методов проектирования силовых авиационных конструкций. Так, Д.М. Козловым исследуется важный вопрос о соотношении равнопрочных и оптимальных по массе конструкций. Г.А. Резниченко на основе анализа массы конструкции ряда спроектированных и построенных самолётов доказывается возможность и целесообразность построения новых весовых формул с использованием критерия "силовой вес". Исследования завершились диссертационными работами. Результаты этих двух кандидатских диссертаций особенно полезны при проектировании летательных аппаратов с необычными внешними формами, для которых отсутствуют прототипы, а методы проектирования, основанные на статистике, практически неприменимы.

Внедрение новых идей конструирования в практику проектирования началось в КуАИ задолго до появления компьютеров. Уже в первые послевоенные годы А.А. Комаров разработал и читал студентам оригинальный курс, в котором вопросам выбора оптимальных путей передачи сил уделялось большое внимание, вводилось понятие "силовой вес" и на простых примерах показывалось, как его использовать в прикладных задачах. На кафедре сложился коллектив способных преподавателей-единомышленников, которые поставили конструкторскую подготовку на высокий уровень.

Большую роль в пропаганде идей силового конструирования и внедрения их в промышленность через молодых специалистов сыграли доцент О.Н. Корольков, защитивший одну из первых кандидатских диссертаций по оптимизации сложных статически неопределимых систем; доцент Л.П. Зимаков - опытный конструктор, многие годы работавший на авиационных заводах, и другие преподаватели.

Важным направлением в научной и учебной работе кафедры стало создание компьютерных тренажёров, способствующих творческому развитию конструкторов. Графические образы оптимальных силовых полей, о которых мечтал А.А. Комаров, оказались эффективным обучающим средством с использованием новых информационных технологий. По тренажёрам защищены кандидатские диссертации А.А. Черепашковым и С.В. Мрыкиным. Очень удачной оказалась учебная система "структура", которая используется во многих вузах России и в некоторых вузах США и КНР.

В начале 60-х годов А.А. Комаров организовал на кафедре подготовку инженеров по ракетным конструкциям. В этот период из промышленности были приглашены на кафедру опытные специалисты Л.П. Юмашев, Л.Г. Лукашёв, М.А. Даутов и несколько позднее, в связи с быстрым ростом важности и сложности авиационного оборудования, А.Н. Коптев. Все они внесли заметный вклад в развитие КуАИ-СГАУ, в создание новых научных направлений. Л.Г. Лукашёв и А.Н. Коптев стали докторами наук.

А.А. Комаров и его школа подготовили много блестящих конструкторов, которые успешно работают во многих конструкторских бюро авиационной и ракетной промышленности и Центральном аэрогидродинамическом институте.

После ухода с заведования кафедрой в 1977 году и до конца своих дней А.А. Комаров продолжал работать в качестве профессора-консультанта и читал на факультете повышения квалификации для работников промышленности курс лекций по теории проектирования силовых конструкций, который постоянно развивал и совершенствовал.

В 1977 году на должность заведующего кафедрой конструкции и проектирования летательных аппаратов был избран профессор В.А. Комаров. Под его руководством успешно продолжаются научные исследования по оптимизации силовых конструкций и совершенствуется учебный процесс.