Проектирование термомеханического хомутового стыка из материалов с эффектом памяти формы для беспилотных летательных аппаратов

В настоящее время материалы с эффектом памяти формы (ЭПФ) нашли широкое применение в области соединения тонкостенных оболочек. Использование материалов с ЭПФ в соединении отсеков беспилотного летательного аппарата (БПЛА) позволяет повысить точность и технологичность сборки, выполнять многократную сборку-разборку стыка и обеспечивает передачу усилий с разных поверхностей БПЛА с соблюдением заданных условий прочности. Рассмотрена методика проектирования разъемного хомутового (ленточного) стыка, выполненного из материала с эффектом памяти формы ЭПФ, отсеков БПЛА малого диаметра. Хомут представляет собой незамкнутую оболочку, выполненную из материала с ЭПФ. Перед установкой хомут охлаждается, и ему задают необходимую форму. При нагреве его диаметр уменьшается до заданного для обеспечения герметичности и отсутствия зазоров в конструкции. Были определены основные параметры, необходимые для решения задачи параметрической оптимизации хомутового стыка, при которых соединение будет отвечать требованиям прочности и иметь минимальную массу. На основе расчета хомутового стыка был получен алгоритм расчета, позволяющий проводить расчет ленточных соединений отсеков БПЛА различных диаметров. Была создана компьютерная модель соединения в САПР SolidWorks с параметрами, отвечающими требованиям прочности конструкции. На основе геометрии модели и свойств указанных материалов был проведен расчет массы конструкции при различных значениях угла наклона поверхности хомута. Приведена методика проектирования хомутового стыка, изготовленного из никелида титана. Найдены зависимости прочности соединения отсеков от параметров хомута и набор параметров, позволяющий спроектировать рабочую конструкцию хомутового соединения с наименьшей массой.

1. Афанасьев П.П. Беспилотные летательные аппараты. Основы устройства и функционирования / П.П. Афанасьев, И.С. Голубев, С.Б. Левочкин, В.Н. Новиков, С.Г. Парафесь, М.Д. Пестов, И.К. Туркин, под ред. И.С. Голубева, И.К. Туркина. М.: Изд-во МАИ, 2010. 654 с.

2. Захаров Л.Г. Управляемая ракета / Л.Г. Захаров, Ю.Д. Копылов, Е.М. Дризгалович, С.В. Маст. Патент RU 2542679C1, 20.02.2015. Бюл. № 5.

3. Ооцука К., Симидзу К., Судзуки Ю. Сплавы с эффектом памяти формы / Пер. с японского, под ред. Х. Фунакубо. М.: Металлургия, 1990. 224 с.

4. Уорден К. Новые интеллектуальные материалы и конструкции. М.: Техносфера, 2006. 224 с.

5. Белошенко В.А., Варюхин В.Н. Эффект памяти формы в полимерах и его применение. Киев: Наукова думка, 2005. 191 с.

6. Белошенко В.А., Варюхин В.Н., Возняк Ю.В. Эффект памяти формы в полимерах // Успехи химии. 2005. Т. 74, № 3. С. 285–306.

7. Малухина О.А., Хусаинов М.А. Устойчивость сферических сегментов с эффектом памяти формы // Вестник Новгородского государственного университета. 2013. № 75-2. С. 103–104.

8. Хусаинов М.А. Устойчивость элементов с памятью формы. В кн.: Сплавы никелида титана с памятью формы: монография. Ч. 1. Структура, фазовые превращения и свойства / Под ред. В.Г. Пушина. Екатеринбург: Институт физики металлов УрО РАН, 2006. С. 226–242.

9. Лихачев В.А., Кузьмин С.Л., Каменцева З.П. Эффект памяти формы. Л.: Изд-во ЛГУ, 1987. 215 с.

10. Michutta J. Elementary martensitic transformation processes in Ni-rich NiTi single crystals with Ni4Ti3 precipitates / J. Michutta, Ch. Somsen, A. Yawny, A. Dlouhy, G. Eggeler // Acta Materialia. 2006. Vol. 54, iss. 13. P. 3525–3542. DOI: 10.1016/j.actamat.2006.03.036

11. Nam T.-H. Phase transformation behavior in Ti-Ni alloy ribbons fabricated by melt spinning / T.-H. Nam, J.-H. Kim, M.-S. Choi, H.-W. Lee, Y.-W. Kim // Journal de Physique IV France. 2003. Vol. 112. P. 893–896. DOI: 10.1051/jp4:20031025

12. Бледнова Ж.М. Поверхностное модифицирование материалами с эффектом памяти формы в инженерных приложениях: научно-образовательный курс. Краснодар, 2016. 138 с.

13. Бледнова Ж.М., Степаненко М.А. Роль сплавов с эффектом памяти формы в современном машиностроении: научно-образовательный курс. Краснодар, 2012. 69 с.

14. Каюмов Р.А. Численное моделирование поведения полимерной муфты с эффектом памяти формы / Р.А. Каюмов, А.Т. Мухаметшин, И.З. Мухамедова, Д.Е. Страхов // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18, № 3. С. 259–262.

15. Алексеев К.П. Экспериментальное исследование механических характеристик муфто-клеевых соединений трубопроводов с термоусаживающимися муфтами из термореактивных материалов / К.П. Алексеев, В.Ф. Строганов, Д.Е. Страхов, И.В. Строганов // Проблемы прочности и пластичности. 2002. № 64. С. 138–141.

16. Фигуровский В.И. Расчет на прочность беспилотных летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1973. 359 c.

17. Парафесь С.Г. Методы структурно-параметрической оптимизации конструкции беспилотных летательных аппаратов. М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009. 315 с.