Аннотации и ключевые слова

Механика

Хатунцева О. Н.

Критериев устойчивости для систем автономных дифференциальных уравнений (САДУ), аналогичных критерию Куранта-Фридрихса-Леви, в настоящее время не существует. При численном интегрировании САДУ довольно часто сталкиваются с неустойчивостями, проявляющимися в виде вычислительного хаоса. Причем, уменьшение временного шага не приводит к устранению такой «неустойчивости». Обычно, для объяснения явления детерминированного хаоса приводятся исследования по определению чувствительности решений к точности задания начальных условий. Эти исследования показывают экспоненциальную расходимость изначально близких траекторий решений и невозможность подобрать столь малую достижимую погрешность вычисления, чтобы «победить» неопределенность в САДУ типа Лоренца.

Из этого делается заключение, что поскольку принципиальные трудности не позволяют достичь необходимой точности вычислений, то задумываться о детерминированности не имеет смысла. Однако такой подход не решает проблему детерминированности решений безотносительно возможности или невозможности получения информации об эволюции рассматриваемой системы. С этими вопросами, в частности, сопрягаются вопросы предопределенности в замкнутых системах, в частности, в такой замкнутой системе, как Вселенная.

Проведенные в данной работе исследования показывают, что детерминированный хаос, возникающий в САДУ типа Лоренца, при задании любого конечного фиксированного шага по времени, вполне может быть ассоциирован со стохастическим процессом, а не являться, по сути, детерминированным хаосом.

В работе также обсуждаются вопросы, связанные с возможностью моделирования турбулентности на основе уравнений Навье-Стокса с помощью метода прямого численного моделирования.

Ключевые слова: хаос, автономные дифференциальные уравнения, система уравнений Лоренца, стохастические системы, турбулентность

Бакланов А. В., Краснов Д. С., Гараев А. И.

Одними из основных параметров камеры сгорания являются потери давления, полнота сгорания, неравномерность температурного поля на выходе, выбросы вредных загрязняющих веществ. В данной статье рассматривается влияние постановки струйноэжекционной форсункой в отсек камеры сгорания на изменение перечисленных выше параметров. Представлена конструкция стендовой установки предназначенной для испытания отсека камеры сгорания, а так же режимы при которых данные испытания проводились. Получены результаты на отсеке с струйными форсунками и струйноэжекционными форсунками. Проведен анализ, по результатам которого сделаны выводы о эффективности применения струйноэжекционной форсунки и рекомендации о постановке выбранного типа форсунок в полноразмерную камеру сгорания [1-4].

Ключевые слова: камера сгорания, газотурбинный двигатель, форсунка

Буданова С. Ю., Красавин Е. Э., Никитченко Ю. А.

Физико-математическая модель Навье-Стокса-Фурье рассматривается как первое приближение системы моментных уравнений третьего порядка. Анализируются моментные уравнения неравновесных напряжений и тепловых потоков. Рассматриваются несколько модификаций коэффициента сдвиговой вязкости. На примере задачи о профиле ударной волны показано, что модифицированный коэффициент вязкости позволяет получать размер сильно возмущенной области близкий к реальному даже в гиперзвуковых течениях.

Ключевые слова: модель Навье-Стокса-Фурье, коэффициент вязкости, гиперзвуковое течение, численные тесты

Зыонг М. Д., Гидаспов В. Ю.

В данной работе описан вычислительный алгоритм, позволяющий рассчитывать равновесный состав продуктов сгорания углеводородных топлив при наличии конденсированных компонентов. Приведены особенности реализации алгоритма. Проведено сравнение результатов численного моделирования стационарного равновесного течения продуктов сгорания смеси керосина с воздухом в сопле Лаваля со справочными данными. Исследовано влияние давления на состав продуктов сгорания при избытке горючего. Расчетным путем получено, что зависимость концентрации сажи от давления качественно меняется при изменении коэффициента избытка воздуха.

Ключевые слова: физическая газовая динамика, термодинамическое моделирование, энергетическая установка, сгорание углеводородного топлива

Селим Р. С.

Численно исследована устойчивость задачи на собственные значения для двумерного ламинарного и турбулентного внешнего течения над плоской пластиной с использованием теории вo временной постановке. Этот классический, а также эффективный подход подробно рассматриваются для задач о собственных значениях: для вывода спектра собственных значений исследуются два различных метода, а именно метод конечных разностей и метод коллокации, основанный на базовых функциях. Первый подход дискретизации физической модели приводит к алгебраическим уравнениям с большими матрицами, которые трудно эффективно решить, в то время как второй создает матрицы, которые обычно полны и хорошо обусловлена. Эта проблема рассматривается здесь в приложении к уравнению сквайра, которое описывает динамику возмущений в ламинарных и турбулентных пограничных слоях. Численно изучены получен профили средней скорости ламинарных пограничных слоев. Дисперсионное соотношение не скольких мод как функция волнового числа α и других параметров потока для задачи (например, числа Рейнольдса) определяется для двух различных профилей скорости. Алгоритм реализован в пакете прикладных программ Mathematica, и вычисленные собственные значения сравниваются между двумя различными методами.

Ключевые слова: несжимаемая вязкая жидкость, турбулентный пограничный слой, уравнение Сквайра, метод коллокации, полиномы Чебышева

Крюков В. Г., Абдуллин А. Л., Никандрова М. В., Гасилин В. В.

Предлагается процедура генерации сокращенных механизмов реакций для химически неравновесных гетерогенных течений. В математической модели инертные вещества отделяются от реагирующих веществ. Конденсированная фаза представляется большими молекулами. Процедура сокращения, состоящая из методов DRGEP (Directed Relation Graph Error Propagation) и зацепления, включается в алгоритм расчета обратной задачи сопла. Приведен пример сокращения механизма при расчете неравновесного течения продуктов сгорания металлизированного топлива. Было достигнуто существенное сокращение исходного механизма реакций при допустимой точности прогнозирования характеристик течения.

Ключевые слова: сопло сверхзвуковое, гетерогенное рабочее тело, сокращение механизма реакций

Попов В. В., Сорокин Ф. Д., Иванников В. В., Дегтярев С. А.

На этапе проектировании авиационных трансмиссий необходимо проводить анализ динамики на эксплуатационных режимах. В настоящей работе представлена трехмерная модель упругой зубчатой передачи с описанием больших поворотов с помощью вектора Эйлера и связанного с ним тензора поворота. Для предотвращения проблемы особых углов в работе используется раздельное хранение накопленного и дополнительного поворота. Модель позволяет описывать зубчатые передачи различных конфигураций (цилиндрические, конические, прямозубые, косозубые), а также сочетаться с моделями других элементов механизмов. В статье приводятся примеры решения задач с помощью разработанной модели, при этом ее корректность подтверждается сопоставлением получаемых результатов с результатами, полученными другими методами расчета.

Ключевые слова: зубчатые передачи, вектор Эйлера, тензор поворота, тензор П.А. Жилина, большие перемещения, большие повороты

Юдин Д. А., Фирсанов В. В.

Представлены результаты расчетно-экспериментального исследования и математического моделирования элементов конструкции изделия при соударении с твердой преградой. Решается задача разработки эффективной методики численного моделирования трехмерных динамических задач удара.

Для решения задачи удара использовался метод конечных элементов.

С помощью численного моделирования результаты расчетов деформаций и напряжений сопоставлены с результатами натурных испытаний, которые показали их достоверность.

Ключевые слова: напряжения и деформации, испытания, разрушение, скорости подхода, смятие демпфера

Радин Д. В., Макарьянц Г. М.

Одним из ключевых направлений по улучшению экологических и экономических характеристик современных газотурбинных двигателей является разработка малоэмиссионных камер сгорания, реализующих концепцию сжигания бедной гомогенной смеси. Пульсации давления в топливной системе газотурбинного двигателя могут привести к нестабильному горению в малоэмиссионной камере сгорания. Частота вращения насоса сильно изменяется в зависимости от режима работы двигателя. Поэтому для подавления пульсаций давления в топливной системе необходимо применять регулируемый резонатор Гельмгольца, настраиваемый на частоту вращения насоса. В данной работе регулируемым элементом гасителя был объём полости. Данное исследование посвящено разработке и экспериментальному исследованию динамических характеристик адаптивного гасителя пульсаций давления резонансного типа в рассматриваемом частотном диапазоне. Экспериментальный стенд состоял из насоса, системы охлаждения рабочей жидкости, резонатора с поршнем, предназначенным для изменения объёма полости, и имитации топливной системы. Во время испытаний измерялись пульсации давления перед и за резонатором, а также за насосом, когда резонатор не был установлен. Объём резонатора изменялся от минимального до максимального значений. Эффективность настраиваемого резонатора Гельмгольца оценивалась с помощью коэффициента вносимого затухания. Частотная характеристика эффективности настраиваемого резонатора представляет собой монотонно убывающую кривую. Экспериментальные данные подтвердили теоретические расчёты с высокой точностью. Настраиваемый резонатор Гельмгольца обеспечивает гораздо большее затухание пульсаций давления, чем нерегулируемый, во всём частотном диапазоне.

Ключевые слова: резонатор Гельмгольца, адаптивный, топливная система, пульсации, камера сгорания, газотурбинный двигатель

Радиотехника и связь

Тимошенко А. В., Кошкаров А. С.

Рассмотрены особенности наблюдения космических объектов наземными оптическими средствами в интересах мониторинга околоземного космического пространства. Обоснована необходимость проведения предварительной отбраковки получаемых изображений перед проведением анализа человеком-оператором. Проведен сравнительный анализ энтропийных метрик информативности пригодных для полутоновых изображений космических объектов. НА примере реальных изображений оценена возможность их использования с учетом особенностей зрительного восприятия изображений человеком-оператором.

Ключевые слова: анализ изображений, космический мусор, информативность изображений, зрительное восприятие

Гусев С. Н., Миклин Д. В.

В работе описывается модель имитатора тестовых радиолокационных сигналов авиационных систем обзора земной поверхности. Раскрывается используемый в имитаторе метод цифрового формирования тестовых радиолокационных сигналов, воспроизводящих виртуальные объекты различной структуры на радиолокационных изображениях. Приводятся результаты апробации модели, полученные при проведении полунатурных экспериментов.

Ключевые слова: радиолокационная система c синтезированной апертурой антенны, радиолокационное изображение, имитация сигнала, калибровка, виртуальный объект

Картуков А. В., Меркишин Г. В., Назаров А. Н., Егоров В. В.

Задачи контроля, оценки положения летательного аппарата (ЛА) и взаимодействия с окружающей средой весьма важны в авиационной технике. На больших расстояниях они решаются, в основном, в радиодиапазоне (радиолокация). На малых дальностях в окрестности ЛА весьма эффективны методы оптического диапазона, поскольку длина волны на несколько порядков меньше и позволяет достичь высокой точности измеряемых параметров [1, 2, 3].

Ключевые слова: аэродинамические исследования, ламинарный и турбулентный поток, рефракция оптического сигнала, анализ искажений изображения на неоднородностях воздушной среды

Багров А. В., Дмитриев А. О., Леонов В. А., Москатиньев И. В., Сысоев В. К.

В статье предлагается создание глобальной лунной оптической навигационной системы на основе располагаемых на поверхности Луны световых маяков, работающих на двух длинах волн. Данная система на основе оптико-электронных приборов на космических аппаратах и световых маяков позволит получить высокоточную систему навигации, как на поверхности Луны, так и в окололунном пространстве.

Ключевые слова: Луна, навигация, телескоп, светодиодные маяки

Информатика, вычислительная техника и управление

Романов А. М.

Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) широко применяются в аэрокосмической отрасли как для реализации бортовых устройств, так и наземного оборудования. Данная работа посвящена оценке точности и синтезу нелинейных импульсных математических операций (ИМО). ИМО или прямая обработка сигма-дельта модулированных импульсных потоков является перспективным методом сокращения ресурсоёмкости ПЛИС, который позволяет реализовывать сложные алгоритмы цифровой обработки сигналов, в том числе на базе радиационно-стойких отечественных ПЛИС, чьи ресурсы существенно меньше, чем у зарубежных аналогов в коммерческом исполнении. Ранее полученные оценки точности нелинейных ИМО являлись эмпирическими и охватывали лишь малый набор математических операций в ограниченном диапазоне возможных параметров реализации. В данной работе был предложен новый подход к анализу точности и синтезу нелинейных ИМО, который позволяет проводить произвольную нелинейную цифровую обработку сигналов в форме сигма-дельта модулированных импульсных потоков, обеспечивая заданную точность. Данный подход позволяет гибко определять соотношение между ресурсоёмкостью блоков ИМО и точностью вычислений. На примере реализации умножения импульсных потоков было показано превосходство предложенного решения над ранее известным широко применяемым аналогом.

Ключевые слова: нелинейные импульсные математические операции, сигма-дельта модуляция, прямая обработка импульсных потоков, программируемые логические интегральные схемы

Ефанов В. В., Закота А. А., Волкова А. С., Изосимов А. В.

Скрытность работы пассивных локационных станций обеспечивает высокую выживаемость в боевых условиях из-за затруднения их обнаружения и создания помех. Однако в отличие от активной локации пассивная не позволяет получить дальность до объекта по данным приема сигналов только одной станции. Разработан способ определения параметров движения воздушной цели в режиме скрытного ее наблюдения на основе маневрирования истребителя-перехватчика, алгоритмы определения параметров движения целей при различных гипотезах их движения. Проведена оценка точностных характеристик алгоритмов определения параметров движения целей на основе моделирования и проведения экспериментальных работ.

Ключевые слова: способ определения параметров движения воздушной цели, алгоритмы определения параметров движения целей, точностные характеристики

Дмитриев В. И., Звонарев В. В., Лисицын Ю. Е.

В статье разработана методика обоснования рациональных способов управления беспилотным летательным аппаратом (БПЛА). В состав данной методике входит методика формирования способов управления БПЛА и методика оценивания эффективности применения БПЛА. Методика формирования способов управления БПЛА, необходимая для формирования геопространственных и энергетических характеристик радиолиний. Методика оценивания эффективности применения БПЛА может применяться для расчета глубины ведения разведки. Основу методики обоснования рациональных способов управления БПЛА составляют расчеты с применением многомерной редуцированной вероятностной меры и динамических характеристик случайных процессов.

Ключевые слова: способы управления БПЛА, геопространственные и энергетические характеристики радиолиний, оценка эффективности применения БПЛА, динамическая характеристика случайных процессов, скрытность управления, устойчивость управления

Филатов В. И., Бонч-Бруевич А. М., Хохлачев Е. Н., Борукаева А. О., Бердиков П. Г.

В статье проанализирована теоретическая модель системы защиты автоматизированной системы управления связью (АСУС) от случайных вредоносных воздействий, которые могут быть угрозой для систем управления летательными аппаратами. Определены задачи для реализации системного подхода к решению задачи обеспечения адаптивной защиты АСУС. Рассмотрена имитационная модель для защиты АСУС от вредоносных воздействий, в которой использовались методы теории массового обслуживания. В статье поставлена задача поиска наиболее рациональной организации функционирования АСУС.

Актуальность темы данной работы прежде всего обоснована необходимостью разработать новые методы и способы защиты от вредоносных воздействий на АСУС, используемых для управления летательными аппаратами, например, во избежание перехвата управления.

Ключевые слова: автоматизированная система управления связью, система защиты, вредоносное воздействие, система массового обслуживания, механизм защиты, обслуживающие приборы, имитационное моделирование, теория массового обслуживания

Лебедев А. С., Добролюбов А. Н., Михайленко А. В., Безруков А. В.

В данной статье рассматривается возможность использования теории распознавания образов применительно к оптико-электронному контролю качества поверхностей изделий авиационной и ракетно-космической техники для определения уровня их дефектов различного рода. Описаны основные этапы работы системы распознавания образов. Предложены классы нарушения и загрязнения контролируемых поверхностей, которые подлежат распознаванию. Приведены результаты измерений интенсивности отраженного света цифровых изображений контролируемых поверхностей. Предложено использовать в качестве признакового пространства признаки, основанные на статистиках первого порядка. Представлены полученные результаты расчетов для различных классов нарушения поверхностей. Обоснован рабочий словарь признаков, который позволяет однозначно различать поверхности с шероховатостью и окислением от чистых и загрязненных смазочными материалами поверхностей.

Ключевые слова: контроль качества, искусственный интеллект, распознавание образов, словарь признаков, контролируемая поверхность, интенсивность света

Ананьев А. В., Рыбалко А. Г., Лазорак А. В.

Появление нового комплекса вооружения – ударного беспилотного летательного аппарата малого класса требует разработки нового научно-методического аппарата по оценке эффективности его применения при поражении наземных объектов. В работе представлена методика обоснования направления захода на цель летательными аппаратами такого класса, которая является дальнейшим развитием методического аппарата по рациональному распределению огневого воздействия свободнопадающих неуправляемых контейнеров ударных беспилотных летательных аппаратов малого класса, основанного на теории рисков. Использование «формулы риска» в теории боевой эффективности авиационных средств поражения позволяет определить несколько рациональных точек прицеливания при воздействии по наземному объекту с несимметричным расположением, важных по своему функционалу, уязвимых элементов. Выявление локальных экстремумов интегральной функции риска способствует обоснованию направления захода на цель для нанесения наземному объекту максимального ущерба по критерию времени восстановления. Таким образом, применение данной методики обеспечивает получение достоверных данных при планировании применения ударных беспилотных авиационных комплексов.

Ключевые слова: ударный беспилотный летательный аппарат малого класса, направление захода на цель, формула и коэффициент риска нанесения ущерба, наземные цели с несимметричным размещением уязвимых зон

Калягин М. Ю., Волошин Д. А., Мазаев А. С.

В работе приведены результаты моделирования системы управления полетом беспилотного летательного аппарата типа квадрокоптер в среде Simulink/MATLAB.

Разработаннпя математическая модель квадрокоптера, построенная в CAD-системе SolidWorks, экспортирована в Simscape Multibody. На ее основе разработана система управления на основе пропорционально-интегрально-дифференцирующего (ПИД) регулятора. Имитационное моделирование системы управления квадрокоптером завершилось экспортом системы управления, разработанной в среде Simulink.

Описанный подход к моделированию системы управления позволяет произвести оценку системы управления квадрокоптером и воспроизвести динамику полета реального физического объекта.

Ключевые слова: квадрокоптер, математическая модель, Simulink, системы управления

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2020

Вход