2024. № 137

Развивается методология учета дополнительных кинематических связей в задачах оценки, коррекции и формирования динамических состояний исполнительных органов технологических и транспортных машин, работающих в условиях интенсивных нагружений. Цель исследования заключается разработке семейства математических моделей в виде механических колебательных систем, в которых варьирование жесткости упругих элементов позволяло бы формировать множество динамических состояний. В качестве расчетных схем вибрационных взаимодействий элементов технических объектов используются механические колебательные системы, образованные твердыми телами, взаимодействующими с учетом упругих связей. Ставится задача разработки математических моделей механических колебательных систем, допускающих преобразования в виде сочленений, представляющих собой предельный переход значений жесткостей упругих элементов к бесконечности, с целью определения оптимальных структурных и динамических особенностей технических объектов. Используются методы теоретической механики, дифференциальных уравнений, теории колебания, интегральных уравнений и методология структурного математического моделирования, основанная на сопоставлении механическим колебательным системам эквивалентных в динамическом отношении структурных схем система автоматического управления. Разработан подход к учету последовательных сочленений в относительных поступательных и вращательных формах движений. Доказана теорема о независимости результата сочленений от очередности последовательного применения частичных сочленений в формах поступательных и вращательных относительных движений. Показано, что сочленения, рассматриваемые как процесс увеличения жесткости взаимодействия двух твердых тел, проявляются неограниченным ростом одиночных собственных частот и частот динамического гашения колебаний соответствующих координат системы. Разрабатываемая методология построения математических моделей, в частности, ориентирована на конструктивно-технические решения в области виброиспытательного оборудования для оценки и формирования динамических состояний лонжеронов лопастей вертолетов.

Ключевые слова: структурное математическое моделирование, механические колебательные системы, передаточные функции, собственные частоты, частоты динамического гашения колебаний, коэффициенты жесткости, сочленение твердых тел

Рассмотрено влияние количества фрагментов пневматика авиационной шины, воздействующих на панель из полимерного композиционного материала, на повреждения. Оцениваются повреждения материала монослоёв. Разработана методика послойного моделирования полимерных композитных материалов в Simcenter 3D для расчёта в LS-Dyna. Разработаны программы, позволяющие автоматизировать процесс моделирования. Рассмотрены математические модели материалов монослоёв и когезионного соединения в LS-Dyna.

Ключевые слова: авиационная техника, метод конечных элементов, явный метод, полимерный композиционный материал, углепластик, низкоскоростное ударное воздействие, LS-DYNA, Simcenter 3D, Simcenter Femap API, повреждение, когезионное соединение

В работе представлены математические модели и вычислительные алгоритмы для исследования особенностей процессов деформирования тонкостенных оболочек вращения из гиперупругих материалов при произвольных обобщенных перемещениях и деформациях. Рассматривается два подхода к построению математических моделей: а) оболочка рассматривается в актуальном (деформированном) состоянии; б) уравнения формулируются для исходного недеформированного состояния оболочки. В первом случае используется квазидинамическая форма метода установления с построением явной двухслойной разностной схемы по времени второго порядка точности. При этом сеточные аналоги уравнений равновесия заменяются на уравнения, совпадающие по форме с уравнениями движения в вязкой среде. При действии «следящей» нагрузки для ускорения сходимости итерационный процесс строится относительно перемещений локального базиса u, w с последующим пересчетом в системе координат, отнесенной к актуальному состоянию оболочки. Параметры итерационного процесса определяются из условия ускорения сходимости и устойчивости разностной схемы. При использовании второго подхода решение нелинейной краевой задачи проводится на основании алгоритма метода дифференцирования по параметру. Методами вычислительного эксперимента исследованы особенности напряженно-деформированного состояния цилиндрической оболочки из гиперупругого материала при использовании соотношений неогуковской модели как для случаев шарнирно закрепленных, так и защемленных краев. Показано хорошее совпадение результатов расчетов, полученных с использованием рассмотренных подходов.

Ключевые слова: оболочки, гиперупругие материалы, конечные разности, нелинейные задачи, метод установления, метод продолжения по параметру, аппроксимация, граничные условия

В данной статье выявлены критерии распространения трещин в оболочках герметичных отсеков и элементов космических станций в зависимости от характерных размеров трещин и возможных уровней эксплуатационных нагрузок. Представлены типовые диаграммы условий распространения поверхностных и сквозных трещин в элементах герметичных отсеков орбитальных космических средств. Данные диаграммы учитывают асимметрию цикла нагружения, внешние условия (вакуум и воздух). Формирование порогов усталости малых и коротких трещин также учтено указанными диаграммами. Полученные результаты представляют значительный интерес для оперативного диагностирования технического состояния орбитальных космических средств.

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

Рассматривается задача моделирования течения рабочего тела при воспламенении и выходе на режим двухканального РДТТ, снаряженного вкладным зарядом твердого топлива всестороннего горения, с расположенным в переднем объеме камеры сгорания воспламенительным устройством. Движение потоков газа происходит по двум каналам: центральному каналу заряда и периферийному каналу (зазор между обечайкой (корпусом) камеры сгорания и зарядом). Параметры в переднем объеме камеры сгорания описываются внутрибаллистическими нульмерными уравнениями, в каналах заряда – газодинамическими одномерными нестационарными уравнениями. Сопловое пространство рассчитывается в «квазиодномерной» постановке с осреднением параметров потока в поперечных сечениях. Приведены кривые распределения параметров в каналах в различные моменты времени при воспламенении заряда. Результаты одномерной постановки на установившемся режиме течения сравниваются с результатами двумерной постановки.

Ключевые слова: воспламенение, вкладной заряд, РДТТ, газодинамика, нестационарность

Проведённые результаты математического моделирования в пакетах Ansys Fluent и Flow Simulation течения вокруг системы цилиндра с пластинами в двумерном случае показали, что с их установкой можно существенно снизить коэффициент лобового сопротивления системы «цилиндр-пластины» примерно на 60% по сравнению с изолированным цилиндром. В данной работе представлен результат определения коэффициента лобового сопротивления изолированного цилиндра конечного удлинения и системы цилиндра с пластинами, полученный в эксперименте, проведенным в аэродинамической трубе АДТ-3 Самарского университета. Показана эффективность метода снижения лобового сопротивления цилиндра за счёт установки плоской разделяющей пластины сзади и дефлекторов спереди вблизи его поверхности при числе Рейнольдса Re=8,4∙104. Экспериментальный результат показывает, что уменьшение сопротивления системы цилиндра с пластинами достигает 28% по сравнению с изолированным цилиндром конечного удлинения. Установлено, что эффект снижения сопротивления в трёхмерном обтекании слабее, чем для двумерного случая.

Ключевые слова: цилиндр конечного удлинения с пластинами, аэродинамическая труба, малые дозвуковые скорости, методы снижения сопротивления

Исследуется влияние параметров различных вариантов систем охлаждения, применяемых в конструкциях бортовой радиоэлектронной аппаратуры. Обсуждаются способы снижения температуры составных частей бортовой РЭА с помощью систем принудительного воздушного охлаждения, основанных на использовании радиатора, установленного на корпусе усилителя мощности СВЧ или удаленного радиатора в качестве которого используется основание БРЛС. В данном случае для отвода тепла используются контурные тепловые трубы. Рассматриваются алгоритмы расчетов параметров различных вариантов систем принудительного воздушного охлаждения теплонагруженных модулей. Полученные результаты подтверждаются 3D моделированием конструкции бортовой РЭА. Доказывается, что наиболее эффективной системой охлаждения теплонагруженных модулей РЭА, является вариант с удаленным радиатором с отводом тепла с помощью контурных тепловых труб. Отмечается, что разработанная расчетно-экспериментальная методика позволяет на ранних этапах проектирования оценить параметры надёжности и эффективности конструкторских проектных решений с учётом реальных значений температур составных частей бортовой радиоаппаратуры.

Ключевые слова: системы охлаждения, надежность бортовой радиоаппаратуры, контурные тепловые трубки, удаленный радиатор, 3D тепловая модель

Объектом исследования является метод конечных разностей во временной области с алгоритмом пересчета поля ближней зоны в поле в дальней зоне. Цель работы – программно реализовать метод FDTD с граничными условиями и с возможностью расчета направленных свойств двумерных излучающих структур. Программа направлена на то, чтобы внести свой вклад в область вычислительной электромагнетики и её практических приложений, предоставляя пользователям универсальный и доступный инструмент для анализа явлений распространения, отражения, пропускания и рассеяния волн в двумерном пространстве и расчёте диаграмм направленности различных структур. В процессе работы проводились реализация граничных условий, разработка методики расчёта коэффициента отражения от граничных условий, программная реализация метода конечных разностей во временной области (FDTD), разработка алгоритма пересчёта ближнего поля в поле в дальней зоне, моделирование и расчёт диаграмм направленности различных антенн. В результате исследования был реализован метод FDTD с возможностью расчёта диаграммы направленности излучающих структур. Разработанная программа имеет широкий спектр потенциальных применений. Она может быть использована для анализа поведения волноводов и линий передачи, проектирования и оптимизации антенн, расчёта диаграммы направленности антенн, а также служить учебным пособием для студентов и исследователей в области электромагнетизма.

Ключевые слова: численные методы, электродинамическое моделирование, электродинамика, FDTD, Python

В статье приведено подробное описание имитационных моделей различных топологий сетей передачи данных в среде Anylogic, на основании которых могут быть получены численные оценки выходных характеристик качества обслуживания сети передачи данных. Данные модели могут быть использованы на этапе проектирования сетей передачи данных, в том числе в системах управления и обработки информации авиационно-космических летательных аппаратов, для выбора оптимальной топологии сети, а также для выбора конкретных моделей сетевого оборудования для необходимого уровня качества обслуживания.

Ключевые слова: сетевой узел; имитационное моделирование; вероятность потерь пакетов; среднее время задержки пакета

В работе исследуются двухкоординатные фазовые пеленгаторы с плоскими антенными решётками, состоящими из набора элементов, образующих множество различных фазометрических баз. Рассмотрены основные алгоритмы оценки одной угловой координаты в плоскости, а также оценки двух угловых координат в трёхмерном пространстве. Представлен сравнительный анализ точностных характеристик оценок угловых координат источника излучения, полученных методом «суммирования косинусоид», методом максимального правдоподобия и некоторыми комбинированными способами, которые предлагаются для решения проблемы неоднозначности.

Ключевые слова: фазовый пеленгатор, антенная система, алгоритм оценки, разность фаз

Приведены оценки максимального правдоподобия для 12 вариантов многопозиционных авиационных систем ближней навигации запросного и беззапросного типа с измерением дальностей, азимутов, псевдодальностей, псевдорадиальных скоростей, амплитуды напряженности электрического поля радиомаяков. На основе метода Крамера получены аналитические соотношения для расчета потенциальных точностей. Разработана методика численных расчетов с обоснованием погрешностей измерений навигационных параметров. Даны примеры расчетов потенциальной точности и сравнительная оценка эффективности систем.

Ключевые слова: многопозиционные авиационные системы ближней навигации, радиомаяк, навигационные параметры, потенциальные точности

В данной работе предложена математическая модель и параллельный алгоритм для обработки изображений, содержащих символьную информацию о системах полетных данных. Модель объединяет методы машинного обучения и обработки изображений для точного и быстрого распознавания символов на изображениях. Сущность предлагаемого в работе решения основана на анализе структуры изображений и разработке специализированных методов для распознавания символьной информации. Параллельный алгоритм разработан с учетом архитектуры многопроцессорных систем, обеспечивая высокую скорость обработки данных. Результаты экспериментов показывают значительное улучшение производительности и точности предложенного подхода по сравнению с существующими методами.

Ключевые слова: распознавание символьной информации, OCR, предобработка изображений, обработка видеопотока, выделение текстовой информации, классификация, распознавание образов, параллельная обработка данных

В статье предложено применение моделей искусственного интеллекта − байесовских сетей − для расчета и мониторинга надежности сложных технических устройств, имеющим в своем составе схемы с различными типами резервирования: нагруженное и ненагруженное (в котором резервный элемент включается после отказа основного с помощью переключателя). В отличие от классического подхода к расчету надежности систем предложенное применение байесовских сетей позволяет учитывать поступление новой информации об отказах элементов, осуществлять поиск причин отказа всей системы. Кроме учета ошибочного срабатывания и отказа переключателя, есть возможность также учитывать временную задержку срабатывания переключателя. Приводится пример расчета и мониторинга надежности системы управления движением космического аппарата. Предлагаемый подход может быть использован на этапах проектирования систем космического аппарата, для обоснования требований технических заданий, а также в процессе эксплуатации космических аппаратов для решения задач планирования, прогнозирования и т.п.

Ключевые слова: надежность, ненагруженный резерв, переключатель, байесовская сеть, мониторинг, космический аппарат

В статье проводится анализ применения межорбитальных буксиров для развертывания многоспутниковых орбитальных группировок. Рассмотрены различные схемы некомпланарных маневров по изменению долготы восходящего узла, основанных на эффекте прецессии плоскости орбиты. Разработаны математические модели расчёта энергетики указанных транспортных операций по выводу полезной нагрузки на целевые орбиты с применением буксиров, а также предложены варианты предварительной оценки окупаемости их использования. Приведены результаты расчёта стоимостных сравнительных оценок применения межорбитальных буксиров и разгонных блоков при различных схемах межорбитальных перелетов.

Ключевые слова: межорбитальный буксир, разгонный блок, схема межорбитального перелета, некомпланарный маневр, транспортировка, стоимостная оценка, окупаемость

В статье рассмотрены актуальные вопросы по повышению эффективности функционирования сложно-структурированных пространственно-распределенных систем мониторинга. Синтез рациональных количественных и качественных конфигураций функционирования подобных систем требует исследования структурно-функциональной устойчивости и целостности сети передачи данных, а в случае разнородных информационных средств системы мониторинга – гетерогенной сети передачи данных. Для их исследования предложено использовать динамические графовые структуры со свойствами иерархичности из-за необходимости исследования указанных характеристик системы в режиме реального времени, что достигается за счет возможности независимой работы алгоритмов оценки состояния на отдельных подграфах – подсистемах пространственно-распределенной системы мониторинга. По результатам оснований разработан алгоритм оценки структурно-функциональной устойчивости и целостности гетерогенной сети передачи данных пространственно-распределенной системы мониторинга, адаптированный под независимую (параллельную) работу с ее подсистемами.

Ключевые слова: пространственно-распределенная система мониторинга, структурно-функциональная устойчивость, динамический граф, гетерогенная сеть передачи данных

Навигация и наведение системы объект-управляемая планирующая парашютная система на цель является важной задачей в теории и практике управляемых планирующих парашютных систем [1-21]. Проблемной частью  задачи является навигация и наведение в автоматическом режиме в условиях сложного рельефа местности и сложной ветровой обстановки в зоне наведения. В данной работе приводятся результаты построения и исследования математической модели наведения системы объект-управляемая планирующая парашютная система на цель в автоматическом режиме с учетом рельефа местности и влияния ветрового воздействия.

Ключевые слова: навигация и наведение, система объект-управляемая планирующая парашютная система

Ключевые слова: идентификация, нелинейные системы, модель Хаммерштайна-Винера, виртуальный эксперимент

Развитие аэрокосмической отрасли приводит к ужесточению требований к летательным аппаратам по уровню шума, что стимулирует поиск новых способов его снижения. Определение уровней акустического шума является сложной задачей, решение которой зачастую требует проведения дорогостоящих экспериментов в натурных условиях. Применение методов численного моделирования позволяет оптимизировать исследовательский процесс, сократить количество натурных экспериментов и эффективно изучать влияние различных факторов на акустические характеристики. В работе исследована эффективность снижения шума сверхзвуковой струи путем ее взаимодействия с водным потоком. Численное моделирование процесса выполнено с использованием программного комплекса ANSYS Fluent. Для расчета акустических полей применен метод Фокса Вильямса-Хокингса (Ffowcs Williams & Hawkings), обладающий преимуществами в скорости и точности вычислений по сравнению с другими методами, что делает его широко востребованным инструментом в современной аэроакустике. Верификация численной модели проведена путем сравнения полученных результатов с данными экспериментальных измерений. Полученные результаты демонстрируют потенциал взаимодействия сверхзвуковой струи с водным потоком для снижения уровня шума и подтверждают эффективность метода Фокса Вильямса-Хокингса для решения подобных задач.

Ключевые слова: аэроакустика, шум, сверхзвуковая струя, ANSYS Fluent, турбулентность

В статье обоснована необходимость создания пульта дистанционного управления для вакуумной системы ВС-1. Разработана электрическая схема управления вакуумными технологическими затворами. Обозначены преимущества внедрения передовой технологии.
Основной задачей автоматизации является управление электроприводами технологического затвора, обеспечивающего закрытие или открытие вакуумной затвора. Для выполнения этих операций затвор оснащён приводом, включающим трёхфазный асинхронный электродвигатель и редуктор. Одной из важных задач, решенных в ходе модернизации, являлась задача использования в цепях пульта управления напряжения малой величины и развязки цепей пульта от силовых цепей управления электродвигателями вакуумного затвора. В качестве основных элементов схемы управления были применены RS-триггеры и модуль, содержащий восемь релейных блоков, обеспечивающих  надежное включение и отключение электроприводов затвора. Предлагаемая конструкция была апробирована в ходе экспериментальных исследований, проводимых для проверки функционирования в вакууме прототипа экспериментального электрического ракетного двигателя.

Ключевые слова: вакуумная установка, автоматизированная система, вакуумный технологический затвор, схема

Целью исследования является описание особенностей программного моделирования корреляционных связей при имитации малых выборок на компьютере. Классический показатель Хёрста широко используется на практике, так как позволяет оценивать фрактальные составляющие модели биометрических данных. Подобные модели могут использоваться при построении систем идентификации по биометрическим данным, например, в биометрических системах аэропорта для повышения безопасности и ускорения процесса прохождения контроля пассажирами. Конечно, необходимость сбора, обработки и хранения большого количества биометрической информации заставляет исследователей искать возможности сокращения объема данных выборок. Также показатель Хёрста находит широкое применение и в моделях, описывающих колебания цен на рынке, при этом он обычно используется для ретроспективного анализа рынка, так как требует больших выборок исходных данных. Сократить объем выборки возможно, если воспользоваться моделью не стационарности вариации цен рынка и биометрических данных. В работе показано, что показатель взвешивания суммируемых данных не зависит от объема воспроизводимой при численных выборки экспериментах данных в широком пределе. Дана функциональная связь математического ожидания коэффициента корреляции сцепленности данных внутри искусственных малых выборок объемом от 13 до 35 опытов. Оценена ошибка гипотезы стабильности показателя корреляционного связывания данных двух независимых программных генераторов.

Ключевые слова: коэффициент корреляции, малые выборки, статистический критерий Хёрста, связывание суммированием данных двух программных генераторов псевдослучайных чисел

Хотя беспилотники не являются новым видом оборудования, их преимущества в применении очень значительны, и они могут выполнять множество опасных и сложных операций. Этот вид оборудования широко используется в различных областях, как в военной, так и в гражданской сфере, обладая отличными характеристиками и отражая высокую прикладную ценность. Однако в отсутствие инженеров и техников для сопровождения, особенно в случае поломки, возникнет очень пассивная ситуация. Поэтому техническое обслуживание данного типа оборудования имеет огромное значение, а для гарантии работы двигателей БПЛА оно еще более важно. Поэтому необходимо использовать передовые технологии для мониторинга системы электропитания в режиме реального времени, прогнозировать возникновение сбоев и устранять их заранее, чтобы поддерживать оборудование в хорошем состоянии. Используя LABVIEW2022 в сочетании с различными алгоритмами технологии время-частотного анализа, эта исследовательская группа разрабатывает соответствующий инструмент анализа вибрационных сигналов для изучения сигналов и идентификации неисправностей. Мы разработали беспроводную систему передачи сигнала, основанную на различных технологиях, для эффективной передачи сигналов вибрации двигателя на различные расстояния.. Комбинируя вышеперечисленные инструменты анализа сигналов и системы передачи, удалось реализовать мониторинг и анализ состояния силовой системы БПЛА на различных расстояниях. Эксплуатационные параметры и показатели оборудования соответствуют потребностям инженерных приложений и позволяют эффективно решать задачи по исследованию двигательной системы беспилотного летательного аппарата. Многочисленные эксперименты доказали, что изучение сигналов вибрации двигателя, передаваемых БПЛА, является простым и интуитивно понятным методом обнаружения, а сочетание высокопроизводительных датчиков вибрации, высокоточных устройств передачи и мощных систем анализа позволяет реализовать вышеуказанные цели применения.

Ключевые слова:

Оперативная оценка состояния пилотируемых космических кораблей (ПКК) является сложным и скоротечным процессом. В статье рассмотрен новый подход, реализующий выявление свойств поведения тенденций в последовательности значений телеметрических параметров (ТМП). Представлены различные виды и варианты тенденций изменений значений ТМП, исходя из опыта управления полетом ПКК. Предложен математический аппарат, позволяющий перейти от абсолютных значений ТМП к многопараметрическому виду. Рассмотрены характерные случаи динамического состояния бортовых систем ПКК. Сформулирован принцип определения основного ТМП, относительно, изменения которого можно выявить нештатное расхождение данных при выполнении динамических операций. 

Ключевые слова: пилотируемый космический корабль, оперативная оценка, телеметрическая информация, временные ряды, телеметрический параметр

В данной статье рассматривается подход к анализу трехмерной цифровой модели изделия, оценке точности печати ее элементов, а также скорости процесса печати. Описываются основные виды дефектов, возникающих при трехмерной печати, и их зависимость от размещения элементов в пространстве печати.
Центральным вопросом исследования является технология фотополимеризации DLP и возникающие дефекты на готовом изделии. Описаны наиболее распространенные типы дефектов, а также рассмотрено влияние расположения элементов в пространстве печати.
Для анализа и оценки точности печати используются различные методы, обнаруживающие и описывающие дефекты, такие как образование ступенек, отклонения размеров и ошибки формы. Также дана классификация элементов трехмерного чертежа, для которых возможно появление упомянутых дефектов.
Статья также рассматривает проблему снижения точности и увеличения количества дефектов из-за увеличения скорости печати. Основная задача описываемого подхода заключается в поиске оптимального баланса между скоростью и точностью. Авторы предлагают подход к достижению оптимального баланса путем изменения угла поворота модели до установки поддержек и нарезки ее на слои для печати. Описанный подход включает в себя задание весовых коэффициентов важности выбранных классов дефектов и поиск деформируемых элементов трехмерного чертежа, определение их характеристик и вычисление отклонений. Решение многокритериальной задачи выполняется методом эффективности по Парето, находящим оптимальные решения между соответствием изделия чертежу и временем печати.
Для количественной оценки соответствия готового изделия чертежу был предложен и рассмотрен метод, использующий функцию полезности. В этом методе классы дефектов элементов чертежа выбираются в качестве критериев, а весовые коэффициенты представляют собой значимость отсутствия выбранного дефекта на готовом изделии.

Ключевые слова: трехмерная фотополимерная печать, оценка точности печати, функция полезности

В работе рассматриваются вопросы применения предиктивной аналитики как инструмента коррекции управленческих решений в многофункциональных цифровизированных системах. Рассмотрены факторы, влияющие на размер операционных затрат. Предложено формальные описание трех задач предиктивной аналитики, обеспечивающих поддержку принятия решений при оптимизации операционных затрат. На примере авиастроительного предприятия рассмотрено практическое применение предлагаемых инструментов.

Ключевые слова: цифровизированная система, предиктивная аналитика, операционные затраты, авиастроительное предприятие

В работе рассмотрено применение оптической измерительной системы в качестве экспресс-метода оценки состояния сотовых конструкций авиационного назначения из полимерных композиционных материалов в процессе их эксплуатации. Изготовлен экспериментальный образец, на который были нанесены подмятия, имитирующие последствия ударных повреждений. Проанализированы результаты измерений изготовленного образца с помощью оптической системы и неразрушающего контроля акустическим импедансным методом.

Ключевые слова: неразрушающий контроль, полимерные композиционные материалы, сотовые конструкции, визуальный контроль, импедансный метод