2022. № 125

В данной статье представлена графическая оценка исследования сближения космического аппарата для утилизации космического мусора (далее СКМ — сборщик космического мусора) с объектом космического мусора, которому было положено начало в публикациях [1, 2]. Построена трасса сближения СКМ с объектом космического мусора и выполнена оценка точности.

Ключевые слова: космический мусор, космический аппарат, трасса космического аппарата, графическая оценка

Установлено, что из ключевого обстоятельства, определяющего возможность обобщения циклотронного движения на механику, заключающегося в том, что лагранжиан электрона вдвое больше его кинетической энергии, что применительно к механическому устройству ротатору следует трактовать как равенство кинетической и потенциальной энергий, необходимо следует, что в состав cтабилизированного ротатора должны входить элементы, которые в состоянии запасать оба этих вида энергии, а именно, груз и пружина. Собственная частота вращения cтабилизированного ротатора строго фиксирована (не зависит ни от момента инерции, ни от момента импульса) и замечательным образом совпадает с собственной частотой колебаний маятника с идентичными параметрами. При изменении момента импульса изменяется радиус и тангенциальная скорость (частота вращения при этом не меняется и равна собственной).

Ключевые слова: ротатор, маятник, частота, стабилизация, выбег, энергия, момент импульса, циклотронное движение

Методом функций Ляпунова решается задача оптимальной стабилизации установившегося режима работы двухкомпонентного жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) с турбонасосным агрегатом (ТНА). Рассмотрены вопросы математического моделирования, обеспечения асимптотической устойчивости работы ЖРД путём регулирования давлений в баках окислителя и горючего с учётом волновых процессов в расходных магистралях. Оптимальные законы регулирования давлений строятся из условия наименьшего значения нормы в каждый момент времени.

Ключевые слова: двухкомпонентный ЖРД, уравнения динамики, анализ асимптотической устойчивости методом функций Ляпунова, оптимальные законы регулирования давлений в баках окислителя и горючего

В предположении, что избыточное давление со стороны потока газа на обтекаемую пластину может быть определено по линеаризованной (поршневой) теории несущей поверхности, приводится постановка задачи о панельном флаттере произвольной в плане и произвольно ориентированной по отношению к вектору скорости потока пластины переменной толщины.

Ключевые слова: численные алгоритмы без насыщения, флаттер пластины переменной толщины

Рассматривается задача о воздействии нестационарных нагрузок на шарнирно-опертую пластину Тимошенко конечных размеров. Предложен оригинальный подход к решению, основанный на методе функций влияния. Построены интегральные представления решения с ядрами в виде функций влияния, которые находятся аналитически с помощью разложений в ряды Фурье и интегрального преобразования Лапласа. Приведены примеры расчётов.

Ключевые слова: пластина Тимошенко, метод суперпозиции, функции влияния, ряды Фурье, интегральные преобразования, нестационарная нагрузка

Рассматриваются результаты численного и экспериментального исследования сверхзвукового обтекания тела с затупленной иглой. Показано снижение затрат вычислительных ресурсов и повышения согласованности численного моделирования с результатами экспериментальных исследований на сверхзвуковой аэродинамической трубе с помощью применения локальной адаптации сетки в областях больших газодинамических неоднородностей.

Ключевые слова: сверхзвуковой поток, адаптация сетки

Изложен бессеточный алгоритм численного моделирования движения крупных дисперсных частиц в ударном слое у поверхности затупленного тела, обтекаемого сверхзвуковым потоком вязкого теплопроводного газа, течение которого описывается системой нестационарных уравнений Навье-Стокса в трёхмерном пространстве. Представлены результаты расчёта газодинамического взаимодействия одной и нескольких частиц с ударным слоем, а также их влияние на конвективный тепловой поток от газа к поверхности.

Ключевые слова: численное моделирование, бессеточный метод, нестационарные уравнения Навье-Стокса, сверхзвуковое обтекание тел, конвективный тепловой поток

Статья посвящена актуальной теме диагностики процесса функционирования герметичных отсеков летательных аппаратов, имеющих сквозные микротрещины. В статье получены выражения, позволяющие описывать закономерности изменения утечки рабочей среды через сквозные трещины в зависимости от их изменяющейся геометрии. Разработан алгоритм построения закономерностей изменения утечки рабочей среды из герметичных отсеков (систем) при наличии в их оболочках развивающихся сквозных трещин. Приведены типовые закономерности изменения утечки рабочей среды во времени через сквозные трещины. Представлены результаты расчета времени разгерметизации отсека в зависимости от длины сквозной трещины, степени ее раскрытия, а также свободного объема герметичного отсека. Результаты, представленные в статье, являются оригинальными. Они представляют значительный интерес и позволяют более корректно проводить диагностику отказов летательных аппаратов в условиях летной эксплуатации.

Кроме того, полученные результаты позволяют решить и обратную задачу для приборных и обитаемых отсеков космических аппаратов. А именно, имея данные телеметрической информации о параметрах состояния газа (давлении и температуры) внутри отсека и изменении этих параметров в течение времени, появляется возможность диагностики в условиях орбитального полета характеристик микронеплотностей. Это в свою очередь позволяет оценивать резерв времени для локализации негерметичностей или принимать решение для аварийной посадки пилотируемого космического аппарата.

Ключевые слова: трещина, утечка, остаточный ресурс, герметичность, диагностика, работоспособность, герметичный отсек

Предложена реологическая модель комбинированного типа для вязкопластических рабочих сред, которые демонстрируют немонотонную зависимость вязкости от скорости сдвига. Такая модель предполагает три характерных варианта механического поведения на трех смежных диапазонах изменения скорости сдвига. На первом диапазоне зависимость касательного напряжения от скорости сдвига описывается линейной функцией и характеризуется постоянным значением вязкости. На втором и третьем диапазонах скорости сдвига эта зависимость аппроксимируется нелинейными функциями, описывающими, соответственно, дилатантное и псевдопластическое поведение. На основе такой модели получено решение задачи об установившемся течении жидкой рабочей среды такого рода в цилиндрическом канале. Показано, что в зависимости от уровня перепада давления на длине канала могут быть реализованы три различные схемы течения. При этом, для каждой из этих схем внутри канала в соответствии с предложенной реологической моделью должны быть выделены характерные зоны течения. В случае наиболее сложной третьей схемы течения внутри канала должны быть выделены четыре зоны с различным механическим поведением жидкости. В такой ситуации зона пластического течения традиционно формируется в центральной части канала в окрестности его продольной оси симметрии. Следующая зона характеризуется сдвиговым течением с постоянным значением вязкости. И, наконец, еще две зоны нелинейно-вязкого течения, в которых жидкость демонстрирует дилатантное и псевдопластическое поведение, формируются в окрестности стенки канала. В ходе решения задачи для каждой из трех возможных схем течения были учтены условия сопряжения для полей скорости и касательного напряжения на границах раздела отдельных зон течения. Получены выражения для определения границ раздела основных зон течения, а также расчета профиля скорости жидкости и зависимости объемного расхода от перепада давления. Проведен анализ влияния основных параметров рассматриваемой системы на эти характеристики течения.

Ключевые слова: реологическая модель, вязкопластическая жидкость, скорость сдвига, касательное напряжение, вязкость

Уникальные физико-химические свойства водорода и практически неограниченные ресурсы его на нашей планете в составе воды позволяют в развитии энергетики делать ставку на водородные энергетические системы [1,2]. Промышленные изделия, узлы и агрегаты, элементы конструкций, как правило, работают в агрессивных водородсодержащих средах (коррозионных, эрозионных). Повреждение от дождевой каплеударной эрозии, вызванный повторным попаданием капель на лопасти ветряных турбин, является серьезной причиной для беспокойства, особенно с более крупными лопастями и более высокими скоростями лопастей. Водород, проникая в металл изделия и абсорбируясь в нем, изменяет химический состав, структуру, а также перераспределяет поля внутренних напряжений. Эти процессы, обобщенные термином «деградация», подготавливают и стимулируют развитие микронесплошностей различного масштабного уровня [13-17].

На данный момент, несмотря на интенсивные исследования, водородная деградация все еще остается нерешенной проблемой физики металлов, теоретического и практического материаловедения. Известно, что максимальное разрушительное воздействие водорода наблюдается, когда водород имеет максимальную диффузионную подвижность и активность, то есть на стадии нестационарной диффузии. Причем, как отмечает автор, разрушение под влиянием диффузионно-подвижного водорода мало предсказуемо и наиболее опасно вследствие высокой диффузионной подвижности водорода и способности перераспределяться под воздействием различных физических полей, а также существует неопределенность величины критической концентрации водорода в зоне разрушения. Поскольку при электризации рабочего тела поверхность рабочих лопаток подвергается действию электрофизических явлений, появляются условия для увеличения абсорбции водорода металлом, в том числе в диффузионно-подвижной форме. Данные выводы о значительном влиянии на повреждаемость лопаток наводнения согласуются с выводами. Исходя из приведенных выше качественных оценок процесса воздействия потока влажного пара с заряженными каплями на лопаточный материал, очевидно, что величина отрицательного влияния приходится на электрические процессы зависит главным образом от величины ионного тока в пространстве проточной части.

Ключевые слова: конструкция, эксперимент, эрозия, капли, моделирование

Приведено обоснование выбора модели воздухопроницаемости применительно к задаче об амортизаторе с тканевой оболочкой, работающем в условиях изменяющихся характеристик среды протекания. Представлена математическая модель амортизатора, имеющего стравливающие клапаны и воздухопроницаемую тканевою оболочку. Проведено расчетно-экспериментальное исследование влияние учета воздухопроницаемости оболочки амортизатора на траекторию движения закреплённого на нём груза.

Ключевые слова: пневматический амортизатор, пневмоамортизатор, тканевая оболочка, система мягкой посадки, воздухопроницаемость, статистическое моделирование процесса приземления

Представлен расчётно-экспериментальный метод учёта системы обезвешивания при анализе динамического поведения осцилляторов космического аппарата. Рассмотрены практические и теоретические приёмы коррекции конечно-элементных моделей с использованием данных экспериментального исследования. Испытания осуществлялись методом свободных колебаний для определения собственных частот и декрементов затуханий изделия, расчётный модальный анализ проведён методом конечных элементов с использованием пакета Femap with NX Nastran. По результатам натурного определения собственных частот и форм колебаний конструкции, на примере двух осцилляторов — крыла панели солнечной батареи и штанги для выноса научной аппаратуры — выполнены коррекция конечно-элементных моделей и оценка адекватности (проверка соответствия модели реальной системе) динамической схемы космического аппарата с учётом влияния системы обезвешивания.

Ключевые слова: собственная частота колебаний, батарея солнечная, динамическая схема, космический аппарат

В статье рассмотрена архитектура программно-конфигурируемых сетей, их принцип работы, а также протоколы взаимодействия контроллера с сетевыми устройствами. Исследованы основные компоненты традиционных сетей, в том числе проведен сравнительный анализ временных задержек телекоммуникационного оборудования традиционных и программно-конфигурируемых сетей. Выделены 4 вида задержки в современных сетях передачи данных: задержка на обработку пакета, задержка пакета в очереди, задержка на передачу пакета по линии, задержка распространения. Рассмотрена работа алгоритма покрывающего дерева, выделены его основные достоинства и недостатки. Проведен сравнительный анализ традиционных и программно-конфигурируемых сетей связи, рассмотрены особенности построения корпоративных сетей на основе концепции SDN. Построена модель сети в эмуляторе Mininet, в которой проводилась аналитическая оценка временных задержек телекоммуникационного оборудования ПКС. В результате проведения эксперимента и сравнения полученных данных можно оценить два различных подхода к реакции сети на изменение топологии. Проведенный эксперимент показал, что традиционный подход к построению сетей уязвим к изменению топологии сети, что вносит определенные сетевые задержки и является причиной снижения производительности сети.

Ключевые слова: программно-конфигурируемые сети, маршрутизация, OpenFlow, Mininet, OpenDaylight

Цель: определить требования к характеристикам данных от бортовой навигационной системы (БНС) для радиолокатора, размещаемого на малом беспилотном летательном аппарате и работающего в режиме синтезирования апертуры антенны при боковом обзоре с использованием непрерывного линейно-частотно модулированного зондирующего сигнала. Предполагается, для формирования радиолокационного изображения (РЛИ) используется метод обратного проецирования.

Методика: эксперименты на основе численного моделирования в среде Matlab.

Результат: предложена методика исследования влияния траекторных нестабильностей на качество изображения в радиолокаторе непрерывного излучения с синтезированием апертуры, позволяющая получить оценки влияния характеристик данных от БНС на качество РЛИ и получены оценки, использованные при выборе БНС носителя конкретного радара.

Практическая значимость: предложенная методика позволила обосновать выбор БНС носителя конкретного радиолокатора.

Ключевые слова: радиолокатор с синтезированием апертуры, обратное проецирование, траекторный сигнал, непрерывное излучение, линейно-частотно модулированный сигнал

Статья продолжает цикл публикаций по полунатурному моделированию в лабораторных условиях канала передачи данных космического радиолокатора с синтезированной апертурой антенны в акустическом диапазоне. В статье представлены решения, которые позволяют воспроизвести в ультразвуковом диапазоне «сквозной тракт» передачи изображений и радиолокационных голограмм в системах дистанционного зондирования земли с учетом различий диапазонов. Представлены технические характеристики реализованной ультразвуковой линии. Конечной целью исследования является создание полунатурной лабораторной модели радиолокационного канала радиолокатора синтезирования апертуры в ультразвуковом диапазоне.

Ключевые слова: радиолокационный канал, моделирование, ультразвуковой канал передачи данных, цифровой квадратурный приемник

Проведен анализ комплексов, формирующих воздушный эшелон связи. На основании проведенного анализа в развитие структуры создаваемой объединенной автоматизированной цифровой системы связи Вооружённых Сил Российской Федерации для воздушного эшелона показана актуальность создания и сформулированы принципы построения систем связи на базе беспилотных летательных аппаратов. Предложенные принципы построения отражают определенный порядок и установившиеся взгляды по вопросам построения систем связи военного назначения. Полученные результаты являются промежуточным вариантом обобщения авторских исследований в области построения систем связи. В целом изложенные принципы могут быть положены в основу практической работы по построению систем связи на базе беспилотных летательных аппаратов и являются отправной точкой для формирования ее технического облика на этапе эскизного проекта.

Ключевые слова: система связи, беспилотный летательный аппарат, принципы построения

Представлено исследование методики корректировки искажений параметров диаграммы направленности, вызванных взаимным влиянием излучателей, на примере прямоугольной активной фазированной антенной решетки с количеством излучателей: 64 в азимутальной плоскости, 8 в угломестной плоскости. Рассмотрена зависимость основных характеристик диаграммы направленности от отклонения луча при электронном сканировании и изменения напряженности электромагнитного поля в процессе формирования амплитудного распределения косинус-квадрат на пьедестале. Определены характеры зависимостей и предложена методика по управлению искажениями характеристик, возникающими при отклонении луча. Реализация методики позволяет скорректировать параметры диаграммы направленности, имеющей искажения, вследствие изменения взаимного влияния излучателей, получить требуемые характеристики активной фазированной антенной решетки, использовать режимы работы, требующие сохранения параметров антенной решетки неизменными.

Ключевые слова: диаграмма направленности, фазированная антенная решетка, корректировка искажений, моделирование, многоэлементная антенна

В статье рассматривается использование в прикладных программах высокоточных эфемерид Ephemeris of Planets and Moon (EPM), созданных в Институте прикладной астрономии РАН и Development Ephemeris (DE), созданных в Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL).

Ключевые слова: эфемериды, C++, Ephemeris of Planets and Moon (EPM), Development Ephemeris (DE)

В статье рассматриваются теоретические аспекты обоснования баллистической структуры кластера малых космических аппаратов (МКА). Сформулирована постановка задачи и обоснованы основные требования функционирования МКА в составе кластера, которые позволяют обеспечить решение целевой задачи. Проведен анализ параметров орбит МКА, формирующих кластер МКА и позволяющих обеспечить устойчивое относительное положение МКА в пространстве с требуемой периодичностью. Приведены результаты решения многопараметрической задачи поиска баллистической структуры и практические рекомендации.

Ключевые слова: малый космический аппарат, кластер МКА, баллистическая структура, пространственная конфигурация

Цель исследования состоит в разработке математической модели, позволяющий оценить вычислительную сложность оригинального метода идентификации источника сообщений, в основе которого лежит формирование групп сообщений и проверка для всей группы условия принадлежности целевому источнику. Повышение достоверности и снижение вычислительной сложности в исследуемом методе достигается за счёт предположения о сохранении очерёдности следования сообщений от источника к приёмнику. Это позволяет сократить число сообщений, участвующих в формировании группы, и, соответственно, сократить число вариантов формирования таких групп.

Для исследования вычислительной сложности алгоритма формирования групп сообщений исследовалось число элементарных операций сравнения хешей таких сообщений — основной операции, определяющей принадлежности конкретного сообщения формируемому структурированному множеству. В качестве параметров модели выступили: длина хеша сообщения, число взаимодействующих субъектов распределённой системы, число сообщений в группе, а также параметр, ограничивающий множество анализируемых сообщений. Процесс поступления сообщений в приёмник был представлен как линейный динамический процесс, характеризуемый в каждый дискретный момент времени вероятностями поступления определённого числа сообщений от целевого источника и от всех остальных источников распределённой системы. Полученные с помощью данной модели результаты позволяют утверждать, что условие гарантированности сохранения последовательности сообщений, поступающих в устройство не изменяет сложность определения источника сообщения, она остаётся линейно зависящей от длины группы сообщений и от числа взаимодействующих в рамках системы устройств. В то же время в абсолютных цифрах число операций сравнения уменьшает на два порядка по сравнению с методом формирования групп, в котором не используется свойство стационарности информационных потоков между компонентами распределённой системы.

Ключевые слова: идентификация источника, вычислительная сложность, математическое моделирование

В условиях цифровизации всех отраслей экономики, включая авиационную, наблюдается возрастание спроса на мобильные приложения. Большинство разработчиков мобильных приложений ориентируется на нативную разработку, так как накоплен большой опыт создания приложений любой сложности. При таком подходе под каждую операционную систему (ОС) создается отдельное приложение, что достаточно дорого и трудоемко. Существование в настоящее время двух мобильных платформ Apple iOS (iPhone и iPad) и Google Android диктует необходимость применения кросс-платформенного подхода, который позволяет создавать единый программный код для нескольких операционных систем одновременно. Кросс-платформенная разработка накладывает некоторые ограничения на функциональные возможности приложения, но при этом позволяет оптимизировать стоимость и скорость разработки, а также поддержки приложения, обеспечивая при этом результат на выходе не менее качественный, чем при нативной разработке.

Кросс-платформенный подход сформировался относительно недавно и реализуется в кросс-платформенных фреймворках. Поэтому актуальным становится освоение новых сложных кросс-платформенных технологий и инструментов разработки для эффективного их использования.

В статье исследуется технология разработки кросс-платформенных мобильных приложений Xamarin: изложены принципы разработки кросс-платформенных мобильных приложений, представлены основные возможности, предоставляемые разработчикам в рамках этого подхода, его преимущества и недостатки. Рассмотрен круг вопросов, связанных с проектированием, реализацией и тестированием мобильных приложений: использование архитектурного паттерна MVVM, языка разметки XAML для описания пользовательского интерфейса, возможная среда разработки — Visual Studio 2019 или Visual Studio для Mac и Xcode.

Технология Xamarin.Forms, имеет ряд преимуществ, в том числе:

• в процессе разработки создается единый код для всех платформ;
• Xamarin предоставляет прямой доступ к нативным API каждой платформы;
• при создании приложений можно использовать мощные возможности платформы .NET Core и языка программирования C#.

Эта технология хорошо подходит для разработки корпоративных мобильных приложений в различных отраслях.

Представлена методика для создания кросс-платформенных мобильных приложений с использованием Xamarin, содержащая краткое последовательное и всестороннее описание всех этапов разработки.

Ключевые слова: мобильное приложение, кросс-платформенная разработка, операционные системы, Apple iOS (iPhone и iPad), Google Android, технология Xamarin, Xamarin.Forms, язык C#, язык разметки XAML, паттерн проектирования MVVM (Model/View/ViewModel), среда разработки, Visual Studio 2019, Visual Studio для Mac и Xcode

Данная работа посвящена исследованию и анализу используемых в настоящее время тестовых систем ПЛИС и их системного окружения, разработанных как отечественными, так и зарубежными исследователями. Рассмотрено более 30 тестовых систем, основанных на использовании: встроенных структур самотестирования (BIST), специально разработанных систем и систем, частично или полностью использующие целевую прошивку. Рассматриваемые системы применялись для решения различных задач: входной контроль ПЛИС, тестирование коммутационной сети, тестирование отдельных ячеек и встроенных IP-ядер, тестирование системного окружения ПЛИС (внешних соединений ПЛИС и подсистемы питания), анализ электрических, динамических и функциональных характеристик в различных условиях, поиск одиночных сбоев и отказов. Рассмотрены системы, использованные при исследовании микросхем на стойкость к воздействию лазера, потока заряженных частиц (в том числе исследования в рамках проекта Alice CERN и исследования, проводимые как поставщиками ПЛИС, так и сторонними исследователями для сравнения характеристик различных ПЛИС), накопленной дозы радиации, повышенной температуры и изменения напряжения питания. Также рассмотрены системы и методы, которые применяются для проведения отладки системы на базе ПЛИС. Также в списке рассмотренных тестовых систем присутствуют системы, использованные в качестве демонстратора применения методик анализа энергопотребления, динамических характеристик, надежности и сбоеустойчивости, а также тестирования и разработки систем на основе ПЛИС. Результатом работы является классификация рассмотренных систем, анализ преимуществ и недостатков рассматриваемых систем и предложения по дальнейшему развитию тестовых систем ПЛИС и их системного окружения.

Ключевые слова: СБИС, ПЛИС, тестирование, тестовая система, сбоеустойчивость

В статье предложено применение динамических байесовских сетей и темпоральной логики для разработки систем поддержки принятия решений операторов сложных технических систем. Основным преимуществом предлагаемого подхода является возможность учета как разнородной априорной информации, включающей показатели надежности и диагностирования сложных технических систем, так и поступающих измерительных данных. Приводится реализация данного подхода на примере системы поддержки принятия решений оператора автоматизированной системы управления технологическим оборудованием системы заправки ракеты-носителя, особенностью которой при анализе надежности является необходимость учета элементов с тремя несовместными состояниями — работоспособное, отказ типа «обрыв» и отказ типа «замыкание», по-разному влияющим на ход технологического процесса. Показаны варианты использования разработанной системы поддержки принятия решений для прогнозирования и ретроспективного анализа.

Ключевые слова: система поддержки принятия решений, байесовская сеть, автоматизированная система управления, апостериорный вывод

Статья посвящена решению актуальной задачи оценивания эффективности управления многоспутниковыми орбитальными системами. Введены определения орбитальной системы (ОС), многоспутниковой ОС (МС), системы управления МС (СУ МС). На основании анализа структуры типовой СУ МС выявлен показатель эффективности управления МС и разработана его математическая модель. Разработана марковская модель оценивания эффективности управления многоспутниковой системой (МС) на основе анализа агрегированных характеристик системы управления МС (СУ МС), характеризующих ее в целом и не зависящих от текущего состояния СУ МС и входного воздействия. Представлены результаты оценивания эффективности управления на примере перспективной МС дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) на базе космических аппаратов «Беркут» при различных ограничениях на множество управляемых параметров. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых методов, алгоритмов и методик управления МС для их отработки, верификации, калибровки, оптимизации, оценивания влияния их показателей качества на эффективность управления МС.

Ключевые слова: многоспутниковая орбитальная система, система управления, марковская модель, эффективность управления

В статье рассмотрены особенности задания характеристик компрессора при отборе воздуха из его проточной части в математической модели газотурбинного двигателя. Показано, что распределенный отбор воздуха может привести к заметному расслоению характеристик компрессора, особенно его части, расположенной за местом отбора, что необходимо учитывать при расчете параметров и характеристик авиационных ГТД. Представлены методики обработки результатов испытаний каскада компрессора для получения его характеристик, расчета параметров отбираемого воздуха, а также потребной мощности турбины для привода рассматриваемого каскада компрессора в системе газогенератора и газотурбинного двигателя.

Ключевые слова: математическое моделирование, авиационный газотурбинный двигатель, параметры и характеристики, осевой компрессор, отбор воздуха из-за промежуточной ступени, методика расчета