Цифровое моделирование разгерметизации гермокабины воздушного судна

Авторы

Купчик В. С., Февральских А. В.^*, Адамян К. И.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: a.fevralskih@gmail.com

Аннотация

Современные цифровые модели, представляющие собой системы математических и компьютерных моделей, описывающих структуру, функциональность и поведение разрабатываемого или эксплуатируемого изделия, используются на различных стадиях жизненного цикла воздушного судна. Одной из важных задач проектирования воздушного судна является разработка системы автоматического регулирования давления в салоне. Для решения этой задачи в настоящей работе представлена цифровая модель разгерметизации в виде системы, состоящей из CAD (геометрической) модели фюзеляжа, численной модели течения воздуха в салоне и за его пределами, с учетом работы системы кондиционирования воздуха (СКВ), выполненной на основе метода контрольных объемов, и математической модели расхода воздуха в области утечки. С использованием разработанной цифровой модели проведено моделирование различных сценариев отказов и нарушений работы систем. Представлены результаты апробации методики на примере моделирования режима истечения со снижением по профилю экстренного снижения при высоте в кабине 9,8 тыс. фт. с функционирующей системой кондиционирования воздуха. По результатам моделирования построена зависимость абсолютного давления в отсеке электронного оборудования от времени после возникновения отказа, также приведена кривая забортного давления. Указаны возможности применения модели в решении задач проектирования.

Ключевые слова:

цифровое моделирование, воздушное судно, разгерметизация, вычислительная динамика жидкости

Список источников

1. Махнев М.С., Февральских А.В. Верификация результатов определения вращательных производных по крену ЛА в широком диапазоне углов атаки // Труды МАИ : электрон. журн. 2019. № 109. DOI 10.34759/trd-2019-109-23.
2. Сакорнсин Р., Попов С.А. Оптимизация аэродинамического облика крыла гидросамолета с поплавком на конце // Труды МАИ : электрон. журн. 2012. № 57. 30 с. URL: https://trudymai.ru/upload/iblock/562/optimizatsiya-aerodinamicheskogo-oblika-kryla-gidrosamoleta-s-... (дата обращения 20.10.2025).
3. Яременко А.В., Никитченко Ю.А., Попов С.А. Численное исследование взаимного влияния планера и двигателя аппарата Х-43А в период маневрирования // Труды МАИ : электрон. журн. 2013. № 66. 22 с. URL: https://mai.ru/upload/iblock/88a/88ab4079896828f4b9e5571161874446.pdf (дата обращения 20.10.2025).
4. Платонов И.М., Быков Л.В. Исследование влияния качества сеточной модели на определение местоположения ламинарно-турбулентного перехода на скользящем крыле // Труды МАИ : электрон. журн. 2016. № 89. 12 с. URL: https://mai.ru/upload/iblock/329/platonov_bykov_rus.pdf (дата обращения: 25.10.2025).
5. Оптимизация обтекания толстых профилей для повышения их аэродинамических характеристик / А.Е. Усачов, С.А. Исаев, О.А. Сапунов, С.А. Сустин // Труды МАИ : электрон. журн. 2023. № 129. 25 с. DOI 10.34759/trd-2023-129-11.
6. Бойков А.А. К расчёту нагрузок разгерметизации фланцевого соединения трубопроводов с Z-образным металлическим уплотнением // Труды МАИ : электрон. журн. 2021. № 120. 35 с. DOI 10.34759/trd-2021-120-05.
7. Математическая модель для диагностирования работоспособности летательных аппаратов при неисправностях в виде трещин / Б.В. Беляев, И.О. Голиков, А.Н. Добролюбов, А.С. Лебедев // Труды МАИ : электрон. журн. 2020. № 114. DOI 10.34759/trd-2020-114-09.
8. Беляев Б.В., Лебедев А.С. Методика прогнозирования остаточного ресурса при разгерметизации летательных аппаратов // Труды МАИ : электрон. журн. 2022. № 125. 19 с. DOI 10.34759/trd-2022-125-08.
9. Pagani A., Carrera E. Gasdynamics of rapid and explosive decompressions of pressurized aircraft including active venting // Advances in Aircraft and Spacecraft Science. 2016. Vol. 3, no. 1. P. 77–93.
10. Theoretical analysis of decompression tolerance based on a simulated depressurisation model of an aircraft’s pressurised cabin / T. Matyushev, M. Dvornikov, I. Maximova et al. // Aerospace Systems. 2024. Iss. 7. P. 575–584.
11.  Khudhair A.A., Obaid K.W. An experimental and theoretical study of pierced airplane cabin sudden decompression // AIP Conference Proceedings. 2025. Vol. 3169. Art. 040092.
12. Simulation research on rapid decompression of aircraft cabins / T. Zhang, G. Lin, X. Bu, C. Jia, C. Du // IEEE 10th International Conference on Mechanical and Aerospace Engineering (ICMAE). 2019. DOI 10.1109/icmae.2019.8880947.
13. Robinson R.R., Dervay J.P. An evidenced-based approach for estimating decompression sickness risk in aircraft operations : technical report / NASA ; Lyndon B. Johnson Space Center Houston, Texas, 1999. 16 p.
14.  Bréard C., Lednicer D. A CFD analysis of sudden cocpit decompression. 2004. (42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 5–8 January 2004, Reno, Nevada ; AIAA 2004-2054). DOI 10.2514/6.2004-54. 
15. Decompression load analysis in large passenger planes with windshield cracked / He Wenbin, Yang Xi, Luo Ding, Lei Jiang, Li Zhimao, Lin Shiquan, Zhang Congxiao // Aerospace. 2002. Vol. 9, iss. 9. Art. 517. 19 p. DOI 10.3390/aerospace9090517.
16. S. Tze Fung Lam, A. Hoi Shou Chan. Human reliability analysis in aviation accidents: a review // Human Error, Reliability, Resilience, and Performance. 2023.Vol. 82. P. 21–32.
17. Fevralskikh, A., Kupchik, V. Numerical Simulation of 3D Surfaces Icing Near the Moving Wall // Proceedings of the International Conference on Aerospace System Science and Engineering (ICASSE 2021). Singapore: Springer, 2021. (Lecture notes in electrical engineering ; Vol 849). DOI 10.1007/978-981-16-8154-7_22.
18. Fevralskikh A., Makhnev M. Determination and analysis of roll and yaw rotary derivatives of wig vehicle using numerical simulation // Aerospace Systems. 2023. Vol. 6. P. 151–161.  DOI 10.1007/s42401-022-00176-4
19. Методика трехмерной параметрической оптимизации аэродинамической компоновки сверхзвукового пассажирского самолета на базе Flypoint Parametrica / Д.Ю. Стрелец, Л.С. Лаврищева, Н.Н. Староверов и др. // Вестник машиностроения. 2024. Т. 103, № 8. С. 672–678. DOI 10.36652/0042-4633-2024-103-8-672-678.
20. Airfoil optimization methodology and CFD validation for mars atmospheric conditions / D. Strelets, E. Parkhaev, A. Fevralskikh et al. // Aerospace Systems. 2023. Vol. 6. P. 175–186. DOI 10.1007/s42401-022-00181-7.

Скачать статью