2013. № 68

68-й выпуск электронного журнала «Труды МАИ» является тематическим и содержит 28 научных статей, подготовленных на основе докладов, поставленных на IV Всероссийском межотраслевом молодежном научно-техническом форуме «Молодежь и будущее авиации и космонавтики-2012» и признанных экспертными группами и Организационным комитетом победителями, как соответствующими общепризнанным критериям высокого научного уровня. Заседания IV Всероссийского межотраслевого молодежного научно-технического форума «Молодежь и будущее авиации и космонавтики» состоялись 30 октября 2012 года во Всероссийском выставочном центре. В работе форума приняли участие более 800 молодых ученых, специалистов, аспирантов и студентов – представителей более ста организаций Москвы, Московской области и регионов России, сотрудничающих с Московским авиационным институтом по научно–техническим вопросам и в области подготовки инженерных кадров. В рамках форума по девяти направлениям (авиационная техника; двигатели и энергетические установки; системы управления, информатика и электроэнергетика; системы радиолокации, радионавигации и связи в аэрокосмической сфере; ракетная и космическая техника; робототехника, интеллектуальные системы и авиационное вооружение; математические методы в аэрокосмической сфере; материалы аэрокосмического применения; экономика и менеджмент в аэрокосмической сфере) из 187 работ, поступивших на конкурс, экспертными комиссиями было отобрано во второй тур и заслушано на форуме 93 доклада по актуальным вопросам научно-технологического развития аэрокосмической отрасли и смежных высокотехнологичных отраслей промышленности. Организационный комитет IV Всероссийского межотраслевого молодежного научно-технического форума «Молодежь и будущее авиации и космонавтики» выражает надежду, что издание данного выпуска будет полезным для дальнейшего развития в Российской Федерации высоких технологий и кадрового потенциала таких технологий.

Математика. Физика. Механика

Пивоваров Д. Е.

Представлены результаты 3-мерного численного моделирования конвективных взаимодействий при тепловой гравитационной конвекции с произвольной ориентацией потока тепла к силе тяжести. Расчеты проводились в ограниченной твердыми стенками прямоугольной полости с соотношением сторон 4 x 0.5 x 1, подогреваемой снизу, при ламинарном режиме конвекции Ra=103-105. Полость, заполненная воздухом (Pr=0.72), поворачивалась вокруг короткой стороны, что соответствует продольной конфигурации, отличной от поперечной, рассматриваемой в ряде работ, где вращение осуществляется вокруг длинной стороны. Угол наклона полости изменялся в различных направлениях между горизонтальным и вертикальным положениями слоя для изучения влияния начальных условий на конвекцию. Даются средние характеристики теплообмена и структуры пространственного течения. Проводится сопоставление с двумерными расчетами. Указаны случаи наличия и отсутствия гистерезиса, построена карта режимов и приведены особенности конвективных взаимодействий.

Ключевые слова: уравнение Навье-Стокса, приближение Буссинеска, моделирование, свободная конвекция, бифуркации, гистерезис, наклонный слой

Авиационные технологии

Козлова О. А., Тюрина М. М.

В работе рассматриваются вопросы разработки и исследования высокочувствительных и надежных систем измерения давления и скорости его изменения в салоне летательного аппарата. Проведен обзор и оценка существующих методов измерения скорости изменения давления, и обосновано применение в структуре системы струйно-конвективного преобразователя.

Ключевые слова: системы, структура, газодинамические параметры салона летательного аппарата, давление, скорость изменения давления

Благодырёва О. В.

В статье рассматривается один из современных методов расчёта безопасности от флаттера крыла малого удлинения, реализованный в программной среде «Wolfram Mathematica 8» в виде отдельного программного обеспечения. Программа, реализующая расчёт, может также использоваться и в тех случаях, когда необходимо проводить подобные исследования для других элементов конструкции летательных аппаратов.

Ключевые слова: флаттер, полиномиальный метод Ритца, моделирование колебаний летательного аппарата, дозвуковой поток

Бурлак Е. А., Набатчиков А. М.

В работе представлена разработка и тестирование моделирующего комплекса, позволяющего исследовать характеристики деятельности человека-оператора в режиме ручного управления ДПЛА, разработаны средства отображения информации, программно реализована математическая модель динамики ДПЛА, проведены экспериментальные исследования деятельности человека-оператора при управлении динамическими системами в виде типовых звеньев.

Ключевые слова: полунатурное моделирование, исследовательский стенд, человек-оператор, характеристики деятельности, дистанционно-пилотируемый летательный аппарат

Колычев А. В.

Целью данной работы является определение границ применимости активной термоэмиссионной тепловой защиты (АТТЗ) элементов конструкции гиперзвукового летательного аппарата (ГЛА) при их аэродинамическом нагреве, а также проработка структуры конструктивного облика элементов конструкций ГЛА с АТТЗ.

Ключевые слова: термоэлектронная эмиссия, электронное охлаждение, электрическая энергия, гиперзвуковой летательный аппарат, тепловая защита

Губский В. В.

В работе представлены результаты расчетно-экспериментальных исследований по повышению эффективности взлётно-посадочной механизации модели легкого транспортного самолета. Дана оценена эффективность применения адаптивной механизации, одним из основных элементов которой является поворотная хвостовая часть крыла, расположенная над закрылком.
По результатам проведенного эксперимента можно сделать следующие выводы, что модификация двухщелевых закрылков повышает их эффективность, а вариант механизации с адаптивными однощелевыми закрылками лишь незначительно уступает обычному двухщелевому закрылку по несущим свойствам и имеет с ним практически одинаковые другие аэродинамические характеристики.
Таким образом, анализ результатов расчетов и эксперимента позволяет рекомендовать для конструкторской проработки вариант адаптивной механизации.

Ключевые слова: легкий транспортный самолет, адаптивная механизация крыла, эффективность, аэродинамическая труба

Космические технологии

Кувшинова Е. Ю.

В работе рассматривается задача перелёта космического аппарата с электроракетной двигательной установкой между околоземной и окололунной орбитами за минимальное время.
Целью работы являлась разработка методики для определения оптимальной траектории межорбитального перелёта между околоземной и окололунной орбитами с малой тягой в ограниченной задаче трёх тел. Определение программы управления вектором тяги проводилось согласно принципу максимума Понтрягина. Для записи уравнений движения использовались селеноцентрические и геоцентрические равноденственные элементы.
Одной из особенностей представленной методики является расчёт оптимальной траектории перелёта без разбиения на участки, соответствующие сферам действия, и связанных с этим методическими погрешностями. Другие особенности заключаются в использовании точных эфемерид Луны EPM 2008 и в постановке краевой задачи с учётом неединственности ее решения.

Ключевые слова: электроракетная двигательная установка, малая тяга, перелёт Земля – Луна

Протопопов А. П., Богачев А. В., Воробьева Е. А.

Рассмотрена задача коррекции наклонения орбиты космического аппарата с инерционными исполнительными органами, находящегося на высокоэллиптической орбите, с использованием электрореактивных двигателей при условии неизменности периода орбиты. Получены формулы для расчета циклограммы работы двигателей и определения кинетического момента на момент окончания коррекции.

Ключевые слова: высокоэллиптическая орбита, коррекция орбиты, электрореактивные двигатели, период орбиты, инерционные исполнительные органы

Гимранов З. И.

В настоящее время многие отечественные и зарубежные инновационные компании и университеты активно занимаются разработкой и созданием научно-образовательных наноспутников. Такие спутники приобрели популярность благодаря тому, что их создание не требует значительных финансовых затрат по сравнению с традиционными спутниками. Кроме того, возникла возможность обучения студентов через их участие в практической работе, содержащей все основные этапы реального проектирования наноспутников, в том числе и запуск уже готового аппарата. В связи с этим, возникает проблема вывода наноспутников на орбиту, которая может быть решена попутным выводом с основной полезной нагрузкой. В этом случае требуются минимальные финансовые затраты и для его осуществления требуется лишь создание устройства отделения для вывода НС на орбиту. Под попутным запуском в данной работе понимается вывод наноспутника на орбиту из переходного отсека третьей (орбитальной) ступени ракеты-носителя после отделения основной полезной нагрузки. В связи с этим возникает вопрос об управляемом процессе отделения, для достижения необходимых параметров.
Таким образом, объектом исследований в настоящей конкурсной работе является процесс отделения наноспутника за счёт создания импульсного магнитного поля.
Целью исследований является исследование возможности отделения наноспутника с заданной скоростью и в требуемом направлении устройством, использующим магнитно-импульсный привод.
В процессе выполнения конкурсной работы получены результаты исследования, которые позволяют оценить возможность создания нового устройства отделения, работающего на основе принципа бесконтактного воздействия на объект и позволяющего управлять параметрами отделения, выбрана схема построения и параметры нового типа устройства отделения, а так же изготовлен и отработан макет данного устройства.
По результатам проведенных работ написана заявка на патент и получен положительный отзыв от экспертной комиссии.

Ключевые слова: устройство отделения, магнитное поле, индуктор, наноспутник, полезная нагрузка, одиночная нагрузка, одиночный и групповой запуск, скорость отделения, кластер, переходный отсек, блок управления

Власенков Е. В., Комбаев Т. Ш., Крайнов А. М., Черников П. С., Шаханов А. Е.

В данной работе определен проектный облик МКА с ЭРДУ, оценены параметры служебных систем, предложен возможный состав научной аппаратуры для МКА, а так же выявлены первостепенные проблемы, с которыми столкнутся разработчики МКА. Проработка МКА проведена с учётом попутного выведения, в качестве конечной цели перелёта с ЭРДУ выбрана Луна. На аппарате предполагается провести отработку ряда новых решений и при этом обеспечить выполнение актуальной научной задачи.

Ключевые слова: малый космический аппарат, электроракетная двигательная установка, проектный облик, исследования Луны, состав бортовой аппаратуры

Дорофеев Р. Ю.

В статье приведено описание повышения энергоэффективности системы электропитания космического аппарата за счет использования энергии электростатического заряда поверхности КА с целью повышения надежности и как следствие увеличения сроков активного существования.

Ключевые слова: энергоэффективность, солнечная батарея, система электропитания, энергия электростатических зарядов, заряжающий электрод, срок активного существования, надежность

Курчанов М. В.

В статье рассмотрены различные способы повышения энерго-баллистической эффективности ракет ближней тактической зоны, а именно: применение разгонно-поражающей двигательной установки, адаптивных органов управления, а также способа создания крутящего момента с помощью нарезных канавок. Выявлены достоинства и недостатки данных способов, приведены результаты численных экспериментов, раскрывающих огромный потенциал данных направлений.

Ключевые слова: разгонно-поражающая двигательная установка, боевая часть, органы управления, нарезы, скос потока

Аэрокосмическое двигателестроение

Ордин А. В., Рипецкий А. В., Иванов А. О.

Объектом исследований является задача увеличения ресурса скоростных самолетов, являющейся одной из основных задач решаемых в современной авиации. Рассматривается проблема низкой долговечности, менее 1000 часов летной эксплуатации, створки воздухозаборника скоростного самолета. Проведен анализ передней створки воздухозаборника скоростного самолета с точек зрения характера распределения трещин, условий эксплуатации самолета, статистики эксплуатационной проработки до появления трещин. Показано, что распространенная версия разрушения перфорированной решетки створки воздухозаборника от скоростного напора среды в режимах Ммах не состоятельна, и, что причиной являются крутильные колебания носовой части воздухозаборника, возникающие от действия срывного обтекания приграничного слоя на конструкцию воздухозаборника, которые возбуждают крутильные колебания передней створки воздухозаборника.
Автор настоящей статьи провел серию экспериментов на натурной створке и на малоформатных образцах, соответствующих параметрам перфорированной решетки и нашел способ продления ресурса створки воздухозаборника в 5-10 раз.

Ключевые слова: САПР, эксплуатационный ресурс, акустическое нагружение, передняя створка воздухозаборника, статистика эксплуатационной проработки

Федулов В. С.

В статье рассматривается наиболее оптимальный закон выдвижения конического насадка для раздвижных сопел ракетных двигателей с помощью управляемого высокоскоростного электропривода. Проведен анализ работы существующих принципиальных схем выдвижения, которые применяются до запуска двигателя. Выявлены их достоинства и недостатки. Предложенная инновационная схема выдвижения насадка позволяет значительно снизить ударные нагрузки на силовые элементы конструкции узла стыка, сохраняя, при этом высокие скоростные характеристики выдвижения насадка.

Ключевые слова: сопло, насадок, выдвижение, рычаг, привод, нагрузки, электропривод, шарнир, скорость

Полоус М. А., Алексеев П. А., Ехлаков И. А.

Настоящая работа является комплексной и представляет собой обзор трех современных расчетных технологий обоснования характеристик ЯЭДУ в проектных работах по созданию термоэмиссионных КЯЭУ нового поколения. Задача проведения численного расчета выходных электрических и тепловых характеристик многоэлементного термоэмиссионного ЭГК, задача нейтронно-физического расчета реактора и задача оптимизации радиационной защиты КЯЭУ решаются с применением современных расчетных методов, обеспечивая высокий уровень достоверности получаемых результатов.

Ключевые слова: термоэмиссионный преобразователь, электрогенерирующий канал, трехмерный численный расчет, оптимизация радиационной защиты, алгоритм искусственной пчелиной колонии, оптимизация ядерного реактора, генетический алгоритм

Машиноведение. Машиностроение

Марусич К. В.

В данной работе изложены научно обоснованные технологические решения в области повышения точности обработки на металлорежущих станках, имеющие существенное значение для развития отечественного станкостроения. Разработанный алгоритм компенсации температурных деформаций станков с числовым программным управлением (ЧПУ) на основе использования прогнозных математических моделей позволяет обеспечить тепловые смещения вдоль оси шпинделя в пределах 10 мкм, независимо от продолжительности технологической операции, выполняемой на данном станке.

Ключевые слова: станок с ЧПУ, температурные деформации, алгоритм компенсации

Системы управления и навигации

Кружков Д. М., Ким Р. В.

В настоящей статье рассматриваются пути модификации автономной астро-спутниковой навигационной системы, установленной на целевом космическом аппарате, функционирующем на геостационарной и высокоэллиптической орбитах. Приводятся результаты имитационного моделирования процесса функционирования модернизированной навигационной системы и оценки точностных характеристик формируемого навигационного решения.

Ключевые слова: навигация, комплексирование, астро-спутниковая навигационная система, фильтр Калмана, ГЛОНАСС, астродатчик, геостационарная орбита

Приборостроение

Вороков А. В.

Данная работа посвящена актуальной проблеме – исследованию возможности использования метода DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy) для восстановления содержания малых газовых составляющих (МГС) атмосферы Земли по данным спектрометра для определения газового состава атмосферы СА-МП.
Высокая разрешающая способность аппаратуры СА-МП позволит обнаружить следы газовых компонент атмосферы на уровне пикселя, при этом её можно использовать для измерений концентраций МГС как естественного, так и антропогенного происхождения.
Использование метода DOAS при обработке данных с СА-МП позволит с высокой точностью определять количественное содержание газов и аэрозолей в атмосфере Земли, характеристики облаков. В данной работе рассмотрены некоторые проблемы его использования и математические методы их устранения.

Ключевые слова: метод DOAS, закон Бугера-Ламберта-Бэра, эффект Ринга, линии Фраунгофера

Электротехника. Электромеханика

Иванов Н. С., Тулинова Е. Е.

Представлена аналитическая методика расчета двухмерных магнитных полей и выходных параметров синхронных генераторов обращенной конструкции с постоянными магнитами (ПМ) для ветроэнергетических установок и малой гидроэнергетики с учетом геометрии активной зоны, свойств ПМ, числа пар полюсов генератора и пр.

Ключевые слова: двухмерные магнитные поля, аналитическая методика, синхронный генератор обращенной конструкции с постоянными магнитами, ветроэнергетика, гидроэнергетика

Радиотехника. Электроника. Телекоммуникационные системы

Ефимов Е. Н., Шевгунов Т. Я.

В настоящей статье рассмотрен нейросетевой подход к решению задачи вторичной обработки информации в сверхширокополосных радиолокационных системах. Для описания откликов сложных целей используется линейная модель формирования радиолокационного изображения как суперпозиции точечных рассеивателей, формирующих цель, и гауссового шума. Анализ комплексных радиолокационных изображений направлен на выделение отдельных рассеивателей, формирующих сложные радиолокационные цели своей совокупностью. Для этого авторами предложено использовать искусственные нейронные сети прямого распространения сигнала на основе радиально-базисных функций, обучаемые по методу обратного распространения ошибки. Для представления такой сети используется системный подход, описывающий её в форме структурного графа взаимосвязанных элементов, в которых осуществляются преобразования сигналов, распространяющихся в сети в прямом и обратном направлениях. В экспериментальной части работы представлены результаты численного моделирования для решения задачи определения центров и эффективной ширины рассеивателей, приведены зависимости точности определения параметров от расстояния между рассеивателями и от отношения сигнал-шум. В заключении приведено качественное сравнение методов нейросетевой обработки с известным методом параметрической идентификации.

Ключевые слова: радиолокационные сигналы, сверхкороткоимпульсный локатор, модель рассеивателей, нейронные сети, радиальные базисные функции, параметрическая идентификация, сверхширокополосные системы, математические методы моделирования

Шаханов А. Е., Рученков В. А., Круть А. В.

В статье рассматривается возможный проектный облик и состав коммутируемых антенных систем для космических аппаратов. В общем виде приведена методика проектирования данных систем и выполнена оценка их эффективности.

Ключевые слова: диаграмма направленности, коммутационная система, коммутируемые антенные системы, космический аппарат, коэффициент усиления, излучатель, наземная станция, фазированная антенная решетка, целевая информация

Гиголо А. И., Кузнецов Г. Ю.

В работе рассмотрено решение задачи рассеяния на протяженных цилиндрических металлических телах различного сечения. Результатом решения задачи является определение пространственно-временных выборок рассеянного телами электромагнитного поля, которые, в свою очередь, могут использоваться при восстановлении геометрических и электрофизических параметров в обратных задачах электродинамики, например, в таких приложениях как подповерхностная радиолокация, а также для определения эффективной площади рассеяния (ЭПР) объектов.

Ключевые слова: рассеянное поле, дифракция, пространственно-временные выборки, метод конечных разностей во временной области (КРВО), численное моделирование, диаграмма рассеяния

Ефимова Н. А.

Проведено исследование согласования и характеристик излучения рупорно-линзовой ТЕМ-антенны в качестве элемента сверхширокополосной кольцевой антенной решетки. Теоретические результаты получены путем электродинамического моделирования на основе метода конечных элементов. Рассмотрены рупорные излучатели с различной геометрией линзы.

Ключевые слова: кольцевые антенные решетки, сверхширокополосные антенные решетки, сверхширокополосные антенны, линзовые антенны, ТЕМ-рупоры

Мурлага А. Р.

В статье рассматриваются вопросы снижения инфракрасной и радиолокационной заметности различных объектов. Проанализированы недостатки существующих в настоящее время способов снижения заметности. Предложен принципиально новый подход к решению проблемы, основанный на поглощении излучения в парах воды, ионизируемых электромагнитными волнами. Приводятся результаты лабораторных экспериментов. Кратко изложены рекомендации по внедрению указанного способа.

Ключевые слова: модифицированный водяной пар, снижение заметности, электромагнитное излучение

Токмаков Д. И.

Выполнены макеты радиаторов системы жидкостного охлаждения на базе плоских тонкостенных труб. Проведены испытания на герметичность. Проведен анализ конструкции.

Ключевые слова: активная фазированная антенная решетка, система охлаждения, тонкостенные трубы

Материаловедение

Курочкин А. В.

Предложена оптимизация архитектуры многослойного износостойкого наноструктурированного покрытия монолитных твердосплавных концевых фрез, применяемых для изготовления деталей современных авиационных двигателей и энергетических установок летательных аппаратов, менее подверженного деформационным нагрузкам на основе разработки математических моделей оценки напряженно-деформированного состояния покрытий. Приводятся исследования дефектации многослойных покрытий с целью выявления наиболее рациональных архитектур многослойных покрытий применительно к монолитным твердосплавным концевым фрезам.

Ключевые слова: монолитные концевые фрезы, многослойные износостойкие наноструктурированные покрытия, дефектация покрытий, оптимизация

Орлова Д. В., Трушкина Т. В., Вахтеев Е. В., Алякрецкий Р. В.

Рассмотрена возможность нанесения покрытий микродуговым оксидированием для защиты от коррозии элементов ракетно-космической техники, работающих в агрессивных средах. Рассмотрены способы определения пористости МДО покрытий, выявлен характер пористости анодно-оксидного покрытия, который зависит от параметров микроплазменной обработки.

Ключевые слова: микродуговое оксидирование, коррозионная стойкость, пористость, защитные покрытия

Экономика и менеджмент

Макаров В. П.

Разработка научных методов предупреждения авиационных происшествий является актуальной задачей авиационной отрасли. В настоящей работе рассматривается создание системы менеджмента рисков в отношении безопасности полетов, основанной на прогнозировании вероятности авиационных происшествий в предстоящем полете, выявлении наиболее значимых к конкретных условиях факторов опасности и разработке превентивных мер по предотвращению их проявления в полете.

Ключевые слова: риск, безопасность полетов, управление, прогнозирование, предупреждение, авиационное событие

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2017

Вход