طوّر كيريل غوسينوف، طالب الدراسات العليا في قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة جنوب الأورال الحكومية، أول طريقة روسية مُحسّنة لحساب متانة وصلات ذيل السنونو المُركّبة المُستخدمة لربط شفرات المروحة عريضة الوتر بأقراصها. تتضمن هذه الخوارزمية الفريدة عاملين آخرين مهمين في مجال الطيران: السلوك غير الخطي للمادة المُركّبة تحت القص وحالة الإجهاد المُعقدة.
يبحث مهندسو الطائرات باستمرار عن طرق جديدة لتخفيف وزن هياكل الطائرات. يُقلّل توفير وزن الطائرة من استهلاك الوقود وتكاليف الإصلاح، ويزيد من عدد المقاعد على متنها.
يُعدّ استبدال شفرات التيتانيوم التقليدية في محركات PD-35 التوربينية بشفرات مُركّبة خفيفة الوزن ومتينة أحد أهداف الحكومة الروسية لصناعة الطائرات.
أثناء دراسة التطبيقات الواعدة للمواد المركبة البوليمرية في مجال الطيران، استخدم باحثون في جامعة جنوب الأورال الحكومية برنامج ANSYS لتقييم فشل وصلة مركبة ذات ذيل سنوني رقميًا تحت تأثير حمل الشد. يعود شكل جذر ريشة التوربين، الذي يُسمى بهذا الاسم، إلى هذا الوصلة التي تشبه ذيل السنوني.
«وأوضح كيريل غوسينوف: تتنبأ الحسابات الحالية للمواد المركبة البوليمرية بوجود خطأ في عامل الأمان، وهو أمر غير عملي تمامًا. أي أن النهج المرن الخطي يُستخدم غالبًا دون مراعاة معايير مهمة أخرى. هذا يسمح لنا بإنشاء هيكل قوي وموثوق، ولكن في الوقت نفسه، نفقد الوزن - في الواقع، يمكن لمثل هذا الجذر أن يتحمل حمولة أكبر بكثير، مما يعني أن الشفرة الدوارة يمكن أن تكون أكبر. في حساباتنا، أدرجنا معايير مثل نوع حالة الإجهاد والسلوك غير الخطي للمركب تحت تأثير القص بين الصفائح؛ وهذا يُحسّن بشكل كبير دقة تقييمات قوة وصلات قفل المركب، مما يمنع الانفصال تحت الحمل بالقصور الذاتي (الشد). إن مراعاة السلوك غير الخطي للمركب يسمح بتبرير زيادة سعة التحميل. من المهم أن تكون قوة الشفرة في منطقة التثبيت كافية لطيران آمن، مع مراعاة أن يكون المكون نفسه غير ثقيل بشكل مفرط».
سيؤدي تقليل وزن المحرك بنسبة كبيرة جدًا باستخدام مكونات مركبة إلى زيادة حمولته إلى 35 طنًا. علاوة على ذلك، ينخفض استهلاك الوقود وحجم المحرك بشكل طبيعي. كل انخفاض بنسبة 1% في وزن الطائرة يُحقق ربحًا إضافيًا بنسبة 5%.
يمكن لمصممي الطائرات استخدام خوارزمية جديدة لحساب الحد الأقصى لقوة وصلات مركبات ذيل السنونو باستخدام برنامج ANSYS، اقترحها علماء تشيليابينسك، بسهولة عند تصميم مكونات محركات الطائرات.
تُناسب المركبات بهذا الشكل محركات PD-35 المتطورة فائقة الدفع، المصممة للطائرات عريضة البدن وطويلة المدى المستقبلية. ويجري حاليًا تصنيع واختبار شفرات المروحة بنشاط في روسيا لضمان نجاح استخدامها في الطائرات المدنية بحلول عام 2030.