2019. № 105

Механика

Механика деформируемого твердого тела

Иванов С. В., Могилевич Л. И., Попов В. С.

В настоящей работе развивается метод возмущений для исследования волн деформаций в физически нелинейной упругой цилиндрической оболочке с конструкционным демпфированием в продольном направлении, содержащей вязкую несжимаемую жидкость и окруженной упругой средой Винклера. Метод двухмасштабных разложений приводит к обобщенному модифицированному уравнению Кортевега–де Вриза, не имеющему точного решения. Влияние упругой окружающей среды, конструкционного демпфирования, наличие внутри оболочки вязкой жидкости, оценено путем реализации численного решения этого уравнения.

Ключевые слова: нелинейные волны, упругие цилиндрические оболочки, вязкая несжимаемая жидкость

Иванычев Д. А.

В работе разработана методика решения смешанных осесимметричных задач для тел поверхностями вращения из трансверсально-изотропного материала, находящихся под действием массовых сил. Особенность задачи заключается в том, что полученные характеристики упругого поля внутри области удовлетворяют не только граничным условиям, но заданным массовым силам. Методика предполагает развитие метода граничных состояний. Представлено решение частной смешанной задачи теории упругости для кругового цилиндра. Полученные поля характеристик напряженно-деформируемого состояния представлены в графическом виде.

Ключевые слова: метод граничных состояний, смешанная задача, массовые силы, трансверсально-изотропный цилиндр, осесимметричные задачи

Бритенков А. К., Боголюбов Б. Н., Дерябин М. С., Фарфель В. А.

Низкочастотные гидроакустические излучатели применяются в широком спектре практических приложений: от дальней звукоподводной связи и телеуправления до сейсмоакустической разведки. Изготовление корпуса излучателя является одной из самых сложных технологических процедур в процессе создания и настройки. Предложенная конструкция гидроакустического преобразователя с гофрированной излучающей оболочкой позволяет исключить ряд проблем герметизации, устойчивости к гидростатическому давлению, разбросу параметров и надёжности. Для оценки эффективности предложенного излучателя проведены измерения механического коэффициента трансформации. Распределения амплитуд колебаний излучающей оболочки и активного элемента преобразователя получены методом лазерной виброметрии. Приведено сравнение результатов измерений электроакустических характеристик излучателя в воде с результатами оценки его резонансной частоты на основе упрощённой теоретической модели. Проведённые исследования показали перспективность предложенной конструкции излучателя для широкого круга акустических приложений.

Низкочастотные гидроакустические излучатели применяются в широком спектре практических приложений: от дальней звукоподводной связи и телеуправления до сейсмоакустической разведки. Изготовление корпуса излучателя является одной из самых сложных технологических процедур в процессе создания и настройки. Предложенная конструкция гидроакустического преобразователя с гофрированной излучающей оболочкой позволяет исключить ряд проблем герметизации, устойчивости к гидростатическому давлению, разбросу параметров и надёжности. Для оценки эффективности предложенного излучателя проведены измерения механического коэффициента трансформации. Распределения амплитуд колебаний излучающей оболочки и активного элемента преобразователя получены методом лазерной виброметрии. Приведено сравнение результатов измерений электроакустических характеристик излучателя в воде с результатами оценки его резонансной частоты на основе упрощённой теоретической модели. Проведённые исследования показали перспективность предложенной конструкции излучателя для широкого круга акустических приложений.

Ключевые слова: звукоподводная связь, гидроакустический модем, электромеханический трансформатор, низкочастотный гидроакустический излучатель

Нгуен Т. Т., Тарлаковский Д. В.

Рассматривается однородное анизотропное электромагнитоупругое полупространство, отнесенное к прямоугольной декартовой системе координат. Замкнутая система уравнений включает уравнения движения, соотношения Коши для деформаций, уравнения Максвелла, а также линеаризованные обобщенный закон Ома и учитывающие пьезоффекты физические соотношения. Начальные условия полагаются нулевыми и на бесконечности возмущения отсутствуют.

Рассмотрены различные виды симметрии входящих в физические соотношения тензоров. Показано, что антиплоское движение возможно для трансверсально изотропной среды в условиях отсутствия магнитных пьезоэффектов. На границе полупространства заданы нестационарные перемещение и электрическая индукция.

Для решения применяются преобразования Лапласа по времени и Фурье по пространственной координате, а также метод малого параметра, в качестве которого используется коэффициент, связывающий механическое и электромагнитное поля. Построена разрешающая рекуррентная система для коэффициентов соответствующих степенных рядов. Ее решение записывается в интегральном виде с ядрами в виде функций Грина. Найден явный вид последних.

Ключевые слова: антиплоский процесс, пьезоэлектрический эффект, поверхностные функции влияния, интегральные преобразования Лапласа и Фурье, совместное обращение преобразований

Механика жидкости, газа и плазмы

Абрамова К. А., Судаков В. Г.

На основе численного моделирования проведена оптимизация аэродинамических характеристик трансзвукового профиля при управлении обтеканием. Струя сжатого воздуха выдувалась из небольшого щелевого сопла тангенциально верхней поверхности профиля в области скачка уплотнения. Выдув воздействует на взаимодействие скачка и пограничного слоя, таким образом улучшая характеристики профиля. Численная оптимизация была проведена для определения оптимальных параметров выдува. Моделирование обтекания проводилось в рамках уравнений Рейнольдса.

Ключевые слова: активное управление потоком, аэродинамические характеристики, тангенциальный выдув струй, профиль крыла

Жбанов В. А., Кашеваров А. В., Миллер А. Б., Потапов Ю. Ф., Стасенко А. Л., Токарев О. Д.

Обсуждаются результаты исследований обледенения летательных аппаратов в условиях жидкокапельных, кристаллических и смешанных облаков, выполненных в ФГУП «ЦАГИ». Дано описание экспериментальных установок для исследований обледенения. Изложены способы создания кристаллов льда в потоке аэрохолодильной трубы. Представлены результаты последних работ ЦАГИ в международных научных проектах, посвященных обледенению. Приведены результаты расчетно-теоретического моделирования обледенения в кристаллических облаках.

Ключевые слова: обледенение, переохлажденные капли, кристаллы льда, аэрохолодильные установки

Кириллов О. Е., Миргазов Р. М., Голубев Н. В., Петрухин Д. А.

В статье представлены результаты экспериментальных исследований нестационарных интегральных и распределенных аэродинамических характеристик вертолетного профиля в стационарном и нестационарном режимах. Стационарный режим – это неподвижный профиль в однородном стационарном потоке воздуха. Нестационарный режим – это колеблющийся по углу тангажа профиль в однородном стационарном потоке воздуха. Исследования были проведены в вертикальной, замкнутой, с открытой рабочей частью аэродинамической трубе ЦАГИ. Испытания проводились при числах Рейнольдса Re=270000 и 540000; приведенных частотах от 0.06 до 0.26.

Особенностью исследований было использование двух методов определения аэродинамических характеристик, а именно: прямой метод измерения сил с помощью весов и вычисление сил интегрированием распределения давления вдоль хорды. Проведено сравнение полученных результатов, показано их удовлетворительное совпадение в стационарном режиме.

Другой особенностью исследований был анализ пульсаций сил и давлений на поверхности профиля. В частности, применением вейвлет-анализа продемонстрировано явление, названное «взрыв частот», характерное для динамического отрыва потока.

Ключевые слова: колебания по углу тангажа, динамический срыв, аэродинамическая труба, вейвлет

Крюков В. Г., Абдуллин А. Л., Никандрова М. В., Исхакова Р. Л.

Представлен алгоритм автоматизированного сокращения механизма рекомбинации продуктов сгорания в соплах ДЛА. Алгоритм включает метод DRGEP (распространение ошибок в прямо ориентированном графе) и метод зацепления с адаптивным порогом. Эта процедура была встроена в модель химически неравновесных течений в соплах, и сокращение механизма рекомбинации проводилось для течений продуктов сгорания топлив: «O2 + керосин» и «N2O4 + C2H8N2». В результате было достигнуто существенное сокращение исходного реакционного механизма при высокой точности прогнозирования характеристик течения.

Ключевые слова: сопло, химически неравновесные течения, механизм реакций, сокращение

Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

Фирсанов В. В., Фам В. Т.

Ключевые слова: сферическая оболочка, вариант уточненной теории, вариационный принцип Лагранжа, напряженно-деформированное состояние «погранслой», метод конечных разностей, метод матричной прогонки, поперечные нормальные напряжения

Радиотехника и связь

Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

Филатов В. И., Борукаева А. О., Бердиков П. Г., Кулаков Д. В.

Целью работы является выбор оптимального устройства обработки сложного сигнала, обеспечивающего низкий уровень помех. В данной статье рассмотрен принцип работы схемы формирования и обработки сложного сигнала с информационной модуляцией. Описана работа приемника, который осуществляет обратное преобразование сигала. Авторы рассматривают несколько видов схем демодуляторов и их принцип работы [2]. На основе существующих вариантов построения схем, решающих задачу выбора канала, в котором находится сигнал, проведен сравнительный анализ вариантов построения решающего устройства, позволяющих существенно ослабить действие помех. В заключении проведен краткий сравнительный обзор, предложенных решающих устройств. Авторы делают вывод о выборе определенного вида решающего устройства, которое увеличивает помехоустойчивость сложных сигналов, благодаря выбору определенных параметров сигнала.

Актуальность темы данной работы прежде всего обоснована необходимостью разработать новые методы и способы, позволяющие обнаружить, классифицировать и распознавать сложные сигналы того или иного радиоприемного устройства поскольку все больше радиоэлектронных средств, используемых на бортах летательных аппаратов гражданского и военного назначения, работают именно со сложными сигналами, причем наиболее распространенными сложными сигналами являются сигналы на основе линейных М-последовательностей. Использование сложных сигналов обусловлено их ярко выраженными высокими характеристиками помехоустойчивости, необходимыми в условиях функционирования радиоканалов в помеховой обстановке, при этом насыщение радиоканала сложными сигналами требует от приемника достаточно точно определить именно свои радиосигналы [3]. В связи с этим необходимо разработать подход, позволяющий определить класс и распознавать тип сигнально-кодовой конструкции для того, чтобы поэтапно упростить алгоритм обнаружения, распознавания и обработки информационных сигналов.

Ключевые слова: помехоустойчивость, модуляция, сложный сигнал, помехоустойчивое кодирование, передача информации, двоичный код, псевдослучайная последовательность

Крылов В. П., Пронин Т. Ю.

Применение печатных плат в электронных блоках беспилотных космических аппаратов, обрабатывающих радиосигналы, связано с ужесточением требований к стабильности механических характеристик. В статье предложена методика относительной статистической оценки неоднородности механических характеристик печатных плат на фоне измерительных погрешностей. Приведены результаты экспериментальных исследований отношения среднеквадратичных отклонений технологических погрешностей и погрешностей измерений для эквивалентных значений модуля упругости и коэффициента механических потерь на партии печатных плат. Сделан вывод о существовании стабильного технологического разброса модуля упругости и характере зависимости технологического разброса коэффициента механических потерь после групповой пайки в печи конвективного нагрева. Даны рекомендации по использованию полученных результатов при испытаниях вибропрочности электронных устройств беспилотных космических аппаратов, применяемых для обработки радиосигналов.

Ключевые слова: платы печатные, характеристики механические, технологическая погрешность, погрешность измерений, статистическая оценка

Антенны, СВЧ-устройства и их технологии

Звонарев В. В., Попов А. С., Худик М. Ю.

Рассматривается методика расчета вероятности ошибки посимвольного оптимального когерентного приема двоичных фазоманипулированных противоположных сигналов (BPSK) при наличии гармонической синфазной помехи, не учитываемой коррелятором.

Ключевые слова: вероятность ошибки, фазоманипулированный сигнал (BPSK), корреляционный приемник, дискретные сообщения, помехи, когерентный прием сигналов

Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Смирнов А. А.

В течение последних лет наблюдается взрывной рост портативных инфокоммуникационных устройств. Катализатором такого развития стало несколько факторов, в том числе развитие интернета вещей (англ. Internet of Things, IoT), широкое развитие БПЛА (беспилотных летательных аппаратов), четвертая промышленная революция (индустрия 4.0) и т.д. Такие условия диктует комплекс требований к электронной аппаратуре инфокоммуникационных средств ответственных за передачу данных, и одной из основных задач является энергоэффективность разрабатываемой радиоаппаратуры. Целью данной работы является анализ эффективности метода внесения цифровых предыскажений и метода отслеживания огибающей, как способы повышения энергоэффективности инфокоммуникационных средств, а также будет проведено сопоставление фактических результатов внедрения данных методов.

Ключевые слова: инфокоммуникационные средства, усилитель мощности, радиомодуль, линеаризация, метод цифровых предыскажений, ПЛИС, интернет вещей, IoT, DPD (digital predistortion) ET (envelope tracking)

Ананьев А. В., Стафеев М. А., Макеев Е. В.

В статье описан оригинальный способ организации радиосвязи с использованием группы БПЛА-ретрансляторов малой дальности, позволяющий обеспечить информационный обмен в условиях противодействия противника. Представлены результаты практической апробации способа.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, направление связи, разведывательно-ударный контур

Радиолокация и радионавигация

Чистяков В. А.

Приведена работа алгоритма адаптивной фильтрации узкополосных полезных сигналов на фоне активных шумовых помех, путем формирования нулей в диаграмме направленности антенной решетки в направлении мешающих сигналов. Алгоритм основан на методе прямого обращения корреляционной матрицы сигналов поступающих на вход антенной системы. Эффективность работы алгоритма представлена на примере плоской прямоугольной 25-ти элементной антенной решетки. Предложены решения основных проблем, связанные с обращением корреляционной матрицы. Результаты работы показали эффективное подавление помех, что доказывает сформированная диаграмма направленности адаптивной антенной решетки и выходной спектр сигнала антенной системы.

Ключевые слова: адаптивная фильтрация, корреляционная матрица, диаграмма направленности, спектр сигнала, антенная решетка, источники радиосигналов, помехозащита

Васильев В. А., Федюнин П. А., Данилин М. А., Васильев А. В.

В статье дается обоснование необходимости дальнейшего совершенствования организации информационного обеспечения управления ударными авиационными комплексами при непосредственной поддержке Сухопутных войск. Проведен анализ процесса организации информационного обеспечения управления – сбора, обработки и передачи информации во времени. Оценено влияние задержки сообщений в канале управления, обусловленной возмущающими воздействиями, на эффективность управления ударным авиационным комплексом. Выявлено противоречие между необходимостью повышения интенсивности передачи управляющей информации с целью поддержания ее адекватности и ограниченными возможностями сети воздушной радиосвязи по пропускной способности. Обозначены перспективные направления разрешения данного противоречия.

Ключевые слова: целеуказание и наведение, информационное обеспечение управления авиацией, задержка сообщений в канале управления, интенсивность информационного обмена

Информатика, вычислительная техника и управление

Системный анализ, управление и обработка информации

Титов А. Г., Неретин Е. С., Дудкин С. О., Брусникин П. М.

В современные комплексы бортового оборудования (КБО) входят системы, для которых необходимы хранение и обработка большого объема информации. При этом требуется обеспечивать доступ к данным в режиме реального времени.

Проведенный анализ существующих систем хранения данных показал, что на образцах отечественных воздушных судов информация хранится чаще всего на вычислителях, где основными функциями выступает не хранение данных, а обработка данных. Основная часть вычислительных ресурсов тратится на обеспечение работы приложений. Это приводит к медленной обработке запросов к базе данных (БД), что в свою очередь влияет на скорость работ систем, которым необходимы данные из БД или которые ведут запись в БД

Статья посвящена разработке бортового сервера данных (БСД) с применением концепции интегрированной модульной авионики (ИМА) для комплекса бортового радиоэлектронного оборудования среднемагистрального самолёта МС-21.

Основные функции, выполняемые БСД, – это хранение БД самолётных систем (например, бортовой системы технического обслуживания и системы самолетовождения), поддержка систем управления базами данных (СУБД) для этих БД и предоставление доступа к ним по запросам функциональных приложений в составе КБО.

БСД представляет собой отдельную вычислительную платформу сервера данных, который обеспечивает выполнение нескольких независимых функциональных приложений и взаимодействие с бортовым оборудованием по интерфейсам AFDX, USB, Ethernet, RS-232.

В статье предложены и описаны четыре режима функционирования: стартовый режим, рабочий режим, режим расширенного контроля и технологический режим, описан алгоритм перехода между режимами работы БСД.

Предложены требования к бортовому серверу данных, требования к программному обеспечению, архитектура и конструктивное исполнение бортового сервера данных.

Применение БСД позволит разгрузить вычислители функциональных приложений самолётных систем, упростить работу обслуживающего персонала, взаимодействующего с системой бортового технического обслуживания и экипажа самолёта, составляющего план полёта с использованием навигационных данных, обрабатывающихся на сервере.

Ключевые слова: база данных, бортовой сервер данных, бортовая система технического обслуживания, интегрированная модульная авионика, архитектура сервера, модуль памяти

Косачев И. М., Чугай К. Н., Рыбаков К. А.

В статье излагается первая часть методологии высокоточной нелинейной фильтрации многомерных негауссовых случайных процессов в стохастических динамических системах с фиксированной структурой. Высокая точность разработанных алгоритмов оптимальной нелинейной фильтрации обусловлена за счет итерационного учета в них высших апостериорных центральных моментов

фильтруемого процесса в общем случае произвольного порядка. Адаптивность разработанных алгоритмов высокоточной нелинейной фильтрации обеспечивается путем расчета на ЭВМ в реальном времени апостериорных асимметрий и апостериорных эксцессов всех фазовых координат фильтруемого процесса, последующего их сравнения с пороговыми значениями, соответствующими гауссовому процессу, и при необходимости путем итерационного учета в алгоритмах фильтрации высших апостериорных центральных моментов фильтруемого процесса.

Ключевые слова: высокоточная фильтрация, случайный процесс, динамическая система, стохастическая система, фиксированная структура

Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Жуков С. В., Данилин А. И.

Статья посвящена разработке метода и устройства контроля деформационного состояния несущего винта вертолёта. Предложен дополнительный инфракрасный канал контроля несущего винта. Рассмотрены основы и условия работы предложенного метода и устройства. Приведены естественные и техногенные источники излучения помех и полосы пропускания атмосферы. На основе рассмотренных данных, для последующей разработки датчиков и систем, предложена к использованию часть диапазона спектра инфракрасного диапазона. Представлено описание экспериментального стенда для отработки положений метода и отдельных узлов устройства. Выполнен эксперимент с моделями лопастей изготовленных из различных материалов. Сделаны выводы о применимости и дальнейшем развитии предложенного метода.

Ключевые слова: вертолёт, несущий винт, экспериментальный стенд, СВЧ-преобразователь, инфракрасное излучение

Баранов Н. А., Таипова Д. Р.

В статье описывается влияние мелкофракционного космического мусора на наиболее уязвимые к ударам пылевых частиц материалы спутникостроения, например материалы различных оптических изделий – иллюминаторов, защитных стекол, линз, зеркал, солнечные батареи, терморегулирующие покрытия и электровакуумная теплоизоляция. В статье предложены конструкция и принцип действия плоскопанельного детектора космической пыли регистрирующего и измеряющего параметры ударов на основе нескольких физических явлений. Описываемая конструкция включает в себя специальные вставки-мишени из уязвимых материалов спутникостроения для контроля степени их деградации под действием потока пылевых частиц.

Ключевые слова: детектор, контроль околоземного пространства, защита элементов космических аппаратов, космический мусор, датчик мелкодисперсных частиц, тонкопленочный конденсатор, пленочный пьезодатчик, люминофор, аэрогель

Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Куксенко С. П.

Показана актуальность использования математического моделирования с учетом требований электромагнитной совместимости при проектировании энергосистемы космического аппарата (КА). Описаны особенности разработки прототипа программного обеспечения для проектирования элементов распределительной сети КА, разработанного в ТУСУРе. Представлены результаты квазистатического моделирования силовой шины электропитания (СШЭП) и подключенных к ней проводных отводов, а также разработки модуля для оценки эффективности экранирования корпусов с апертурами и базы данных кондуктивных помеховых сигналов для моделирования отклика сети электропитания на преднамеренные воздействия. Апробирован подход к ускорению моделирования проводных отводов до 19 раз, за счет использования математической модели, учитывающей частичные изменения в матрице системы линейных алгебраических уравнений при многократных вычислениях.

Ключевые слова: сеть электропитания, космический аппарат, моделирование

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2019

Вход