Численная оценка птицестойкости остекления кабин летательных аппаратов с применением аппарата теории планирования эксперимента и регрессионного анализа

Аннотация

Приведен численный метод оценки птицестойкости остекления кабин летательных аппаратов, основанный на использовании аппарата теории планирования эксперимента и регрессионного анализа. Приведены результаты оценки птицестойкости остекления (изделий конструкционной оптики) в виде полиномиальной зависимости численного значения напряжения растяжения материала остекления от комплекса входных независимо действующих факторов (скорости полета летательного аппарата, массы птицы и угла встречи с преградой). Опыт разработки, создания, испытаний и эксплуатации изделий остекления самолетов подтверждает необходимость исследований в таком научно-практическом направлении. Численно соударения птиц с элементами самолетных конструкций, выступающих в набегающий воздушный поток, исследуются давно и успешно. В "машинном" эксперименте, в соответствии с теорией планирования эксперимента, воспроизведено одновременное изменение всех факторов. Проведено исследование о пригодности методического и алгоритмического обеспечения процедур оценки птицестойкости остекления кабин летательных аппаратов на всех этапах испытаний, включая государственные, а также возможности использования указанного метода, позволяющего оптимизировать сам процесс испытаний при выполнении критериев ротатабельного центрального композиционного планирования эксперимента. Наличие значимых коэффициентов при взаимодействиях факторов и квадратичных значениях факторов указывает на правильность выбора формы аппроксимирующего уравнения и ротатабельного центрального композиционного планирования второго порядка в качестве плана эксперимента. Предложено использовать аппроксимационную модель соударения птицы с остеклением кабин летательных аппаратов для решения задач оценки птицестойкости конструкции и рекомендовать ее заинтересованным предприятиям и организациям к практическому применению

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Михалев С.Г. Численная оценка птицестойкости остекления кабин летательных аппаратов с применением аппарата теории планирования эксперимента и регрессионного анализа. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2025, № 3 (152), с. 88--104. EDN: QFEHUC

Литература

[1] Сегерлинд Л.Дж. Применение метода конечных элементов. М., Мир, 1979.

[2] Cruzado A., Segurado J., Hartl D.J., et al. A variational fast Fourier transform method for phase-transforming materials. Modelling Simul. Mater. Sc. Eng., 2021, vol. 29, no. 4, art. 045001. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-651X/abe4c7

[3] Gierden Ch., Kochmann J., Waimann J., et al. A review of FE-FFT-based two-scale methods for computational modeling of microstructure evolution and macroscopic material behavior. Arch. Computat. Methods Eng., 2022, vol. 29, no. 6, pp. 4115--4135. DOI: https://doi.org/10.1007/s11831-022-09735-6

[4] Demkowicz L.F. Mathematical theory of finite elements. Philadelphia, SIAM, 2023

[5] Perrone P. Starting category theory. Singapore, World Scientific, 2024.

[6] Montgomery D.K., Pak E.A., Vining G.G. Introduction to linear regression analysis. Hoboken, John Wiley & Sons, 2021.

[7] Ивченко Д.В., Меркулова В.М., Сметанкина Н.В. Разработка модели птицы-ударника для математического моделирования процессов повреждения деталей турбореактивного двухконтурного двигателя. Авиационно-космическая техника и технология, 2020, № 8, c. 82--90. EDN: PHPYZM

[8] Wilbeck J.S., Rand J.L. The development of a substitute bird model. J. Eng. Power, 1981, vol. 103, no. 4, pp. 725--730. DOI: https://doi.org/10.1115/1.3230795

[9] Лебединский В.И., Ляховенко И.А., Меркурьев А.В. и др. Силы и давления при соударении птицы с плоской поверхностью. Труды ЦАГИ, 2000, № 2639, с. 20--30.

[10] Голован В.И. Соударение птицы и элементов конструкции. Труды ЦАГИ, 1998, № 2633, с. 77--79.

[11] Шенк Ю.В. Численное моделирование соударения птицы с остеклением ЛА. Труды ЦАГИ, 1992, № 2495, с. 140--144.

[12] Семышев С.В. Динамическое взаимодействие элементов конструкции ЛА с птицей. Дис. ... канд. техн. наук. Жуковский, ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского, 2002.

[13] Кирсанов А.Р. Методика оценки повреждаемости ГТД на этапах его создания, изготовления и эксплуатации от поражающего воздействия птиц. Дис. ... канд. техн. наук. М., ГосНИИ ГА, 2016.

[14] Шорр Б.Ф., ред. Птицестойкость авиационных газотурбинных двигателей. М., ЦИАМ, 2022.

[15] Чернуха В.Н., Кастерский С.М., Апрельский Е.Н. и др. Математическое моделирование регулятора давления в кабине воздушного судна. Программные системы и вычислительные методы, 2014, № 4, с. 472--483. DOI: https://doi.org/10.7256/2305-6061.2014.4.14056

[16] Житенев Б.Н., Андреюк С.В. Планирование многофакторного эксперимента на примере ионнообменной очистки воды от нитратов. Вестник Брестского государственного технического университета, 2019, № 2, с. 38--42.

[17] Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М., Диалектика, 2007.

[18] Солинов Ф., ред. Конструкционная оптика. М., АБ Интер, 2017.

[19] Шибанов Г.П. Авиационные инциденты и окружающая среда. М., Академия им. Н.Е. Жуковского, 2017.

[20] Михалев С.Г., Пономарев В.А. Расчетно-экспериментальные исследования причин возникновения трещин в электрообогреваемых силикатных изделиях конструкционной оптики (авиационном остеклении) летательных аппаратов военного назначения. Проблемы безопасности полетов, 2020, № 10, с. 3--10. EDN: RFLBOK

[21] Есипов Ю.В., Джиляджи М.С., Маматченко Н.С. Разработка алгоритма расчета вероятностного показателя безопасности технической системы "защита--объект--среда". Безопасность техногенных и природных систем, 2017, № 1, с. 75‒89. EDN: YNKNYZ

[22] Шелехова А.С. Управление качеством научной концепции при формировании и анализе альтернатив на начальном этапе проекта. Дис. ... канд. техн. наук. М., МАИ, 2021.