Сопряжённое численное моделирование воздействия пламени горелки на элементы летательного аппарата
В рамках обеспечения авиационной безопасности и соответствия нормативным требованиям предлагается выполнение сопряжённого численного моделирования теплового воздействия пламени горелки на элементы конструкции летательного аппарата в течение 15 минут непрерывного воздействия. Моделирование проводится в соответствии с положениями авиационного базиса: АП33.17, АП25.867, АП25.869 и АП25.1183, регламентирующих порядок оценки огнестойкости и огненепроницаемости авиационных компонентов.
Исследование охватывает как традиционные металлические конструкции, так и изделия, включающие внутренние каналы с циркулирующей или статичной жидкостью, а также элементы, выполненные из ортотропных материалов, в частности, полимерных композиционных материалов (ПКМ), которые требуют особого подхода к тепломеханическому моделированию ввиду их анизотропной природы.
Результатом выполнения расчетов является подготовка заключения об огнестойкости и способности конструкции противостоять воздействию открытого пламени без разрушения и потери герметичности. Заключение включает в себя всестороннюю оценку тепловых и механических последствий, возникающих в процессе воздействия пламени.
В рамках моделирования определяется температурное поведение элементов конструкции на всем протяжении воздействия. Оцениваются максимально достигаемые температуры, распределение тепловых потоков, характер нагрева с течением времени, а также теплоперенос внутри многослойных или многокомпонентных структур. Проводится анализ возможности проплавления материала, особенно в зонах локальных концентраторов тепла, с учетом температур плавления и фазовых переходов.
Дополнительно рассматривается вероятность возникновения пожара, связанного с титаном, в случае наличия в конструкции титановых элементов, так как титан при определённых условиях может вступать в экзотермическую реакцию с кислородом. Параллельно проводится оценка вероятности вскипания жидкости в элементах с внутренними каналами, что критично для агрегатов с теплоносителями или гидравлическими жидкостями.
Анализируются также пластические деформации, возникающие в результате температурных и механических нагрузок, включая прогибы, расширение и возможное разрушение материала вследствие превышения допустимых напряжений. В случае наличия ПКМ-элементов моделируются деструктивные процессы, характерные для композитов — расслоение, термоуглероживание и потеря несущей способности.
Если по результатам базового моделирования устанавливается, что конструкция не соответствует требованиям по огнестойкости или огненепроницаемости, формируется комплекс технических рекомендаций по внесению конструктивных изменений. После внедрения предложенных изменений проводится повторное численное моделирование, позволяющее оценить эффективность предложенных мер и подтвердить достижение требуемого уровня огнестойкости.
Комплексный подход к моделированию и анализу позволяет получить обоснованную техническую оценку поведения конструкции в условиях пожароопасных ситуаций и принять решения, направленные на повышение её надежности и соответствие действующим нормативам.