2017. № 92

В рaбoтe изучaeтcя двухтoчeчнaя зaдaчa Дирихлe для урaвнeния движeния ocциллятoрa c вязкoупругим дeмпфирoвaниeм в cлучae, кoгдa пoрядoк дeмпфирoвaния . Тaкиe зaдaчи мoдeлируют рaзличныe физичecкиe прoцeccы. В чacтнocти, кoлeбaниe cтруны в вязкoй cрeдe, измeнeниe дeфoрмaциoннo-прoчнocтных хaрaктeриcтик пoлимeрбeтoнa при нaгружeнии и др. Пoкaзaнo, чтo oпeрaтoр, пoрoждaeмый рaccмaтривaeмoй зaдaчeй, являeтcя диccипaтивным oпeрaтoрoм кeлдышeвcкoгo типa. Тaкжe пoкaзaнo, чтo этoт oпeрaтoр oблaдaeт нeкoтoрыми ocцилляциoнными cвoйcтвaми.

Ключевые слова: acфaльтoбeтoн, кoлeбaния cтруны в вязкoй cрeдe, дрoбнaя прoизвoднaя, ocцилляциoнныe cвoйcтвa, oпeрaтoры кeлдышeвcкoгo типa

Работа посвящена исследованию динамики сближения буксира и космического мусора. Особенность заключается в том, что сближение осуществляется путем изменения длины троса по заданному закону. На буксир, на протяжении всего маневра, действует сила тяги двигателей. Разработана математическая модель рассматриваемой механической системы. Проведен анализ уравнений движения, определена частота колебаний троса. Полученные аналитически результаты подтверждены данными численных экспериментов. Установлено, что в конце маневра сближения частота колебаний троса увеличивается, наблюдаются высокочастотные колебания. В развитии работы предполагается поиск метода устранения колебаний троса, для обеспечения безопасного сближения буксира и космического мусора.

Ключевые слова: сближение, активная уборка космического мусора, космические тросовые системы, космический буксир, управление тросом

Многие элементы конструкций летательных аппаратов могут быть сведены к расчетной схеме гибкого стержня, для которого характерны большие перемещения и повороты, но малые деформации. Для решения задач с такой расчетной схемой могут быть применены многие методы, однако наиболее удобным и универсальным является метод конечных элементов. В настоящей работе представлена модель конечного элемента гибкого стержня с описанием больших поворотов с помощью вектора Эйлера и связанного с ним тензора поворота. Для предотвращения проблем с поворотами системы до «особых» точек в работе используется раздельное хранение поворота накопленного и дополнительного поворота. В статье приводятся примеры решения задач с помощью разработанного конечного элемента, а сравнение получаемых результатов с результатами других методов расчета, подтверждают его корректность.

Ключевые слова: гибкий стержень, конечные элементы, вектор Эйлера, тензор поворота, большие перемещения, большие повороты

В работе для модели химически неравновесных течений в соплах двигателей летательных аппаратов проведено сравнение явных и неявных схем расчета. С этой целью параллельно с расчетом течения в сопле вычисляются «траектории» собственных значений уравнений химической кинетики. Численные исследования проводились для неравновесных течений продуктов сгорания топлив ЖРД и РДТТ. Расчеты показали, что обычные явные схемы неприемлемы из-за чрезмерно большого числа шагов интегрирования, но для малых давлений и небольших сопел допустимо применение «продвинутых» явных методов.

Ключевые слова: химически неравновесные течения, сопла двигателей, математическая модель, собственные значения

Исследуется низкотемпературная плазма ксенона Холловского двигателя. Эксперименты проводились в горизонтально расположенной цилиндрической вакуумной камере диаметром 1,8 м. и длиной 4,5 м., оптические измерения ─ в диапазоне от 250 нм до 1100 нм.

В кулоновском приближении рассчитаны вероятности радиационных переходов (коэффициенты Эйнштейна) для спонтанного излучения атома ксенона (~800 переходов). По линиям спектра с использованием рассчитанных вероятностей фото-переходов определены заселённости атома Хе для четырёх разных случаев положения щели. «Рой-образный» характер распределения заселённостей возбуждённых состояний сохраняется во всех четырёх случаях, причём относительное расположение значений концентраций в зависимости от энергии возбуждения уровня ( «штрих-код» ) не меняется.

Ключевые слова: плазма ксенона, вероятности фотопереходов (коэффициенты Эйнштейна) Хе I, концентрации возбуждённых состояний плазмы Холловского двигателя

Представлены математические модели процесса адиабатного течения в сопле камеры ЖРД при учете уравнения состояния реального газа, основывающиеся на вариационном исчислении. Применительно к упрощенным на основе осреднения интегралов моделям приведены оценки адекватности результатов расчетов исходной постановке и оценки достижения решением приемлемой точности вычислений. На основе анализа результатов численных исследований при учете уравнения состояния реального газа постулировано, что по мере расширения в сопле скорость потока увеличивается, а вязкость и теплопроводность уменьшаются, причем изменения не превышают в большинстве случаев 0,5 %.

Ключевые слова: cопло, камера жидкостного ракетного двигателя, равновесное состояние, реальный газ

В статье содержится описание компьютерной программы SNCalculator, предназначенной для расчета долговечности элементов конструкции с геометрическими концентраторами и механическими соединениями. SNCalculator интегрируется в программный комплекс конечно-элементных расчетов Femap. Предложена схема автоматизации расчетов усталости и приведено краткое описание разработанного сопутствующего программного обеспечения (CoeffCalculator, GFEMIntegrator, QuickGager, ResultProcessor, RivetCreator), применяемого на различных этапах работы. В статье основное внимание уделено описанию методологии расчета усталостной долговечности механических соединений (заклепочные и болтовые). Эта методология реализована в SNCalculator в виде четырех наиболее распространенных в авиационной отрасли методик: расчет по «качеству» конструкции (Лоим В.Б.), расчет по теории Стебенева В.Н., расчет по теории ЦАГИ для сложного напряженно-деформированного состояния и расчет по теории рейтингов усталости (Стрижиус В.Е.). Данный функционал является новым в SNCalculator и значительно расширяет область применения программы при анализе усталостной долговечности авиаконструкций.

Ключевые слова: усталостная долговечность, концентрация напряжений, авиационные конструкции, автоматизация, заклепочные соединения, болтовые соединения

Рассмотрена возможность применения связанной конечно-элементной и конечно-объёмной постановки для решения динамической задачи о приземлении объекта с пневмоамортизаторами. Проведена верификация предлагаемого решения общеизвестными методами, теории упругости и газодинамики. Для подтверждения работоспособности разрабатываемого подхода приведено решение плоской задачи о вертикальном сбросе объекта, закреплённого на упругой платформе, на податливое основание с использованием двух амортизаторов.

Ключевые слова: система мягкой посадки, система мягкого приземления, десантируемая техника, пневмоамортизатор

Представлены полученные в гидродинамической трубе спектры обтекания моделей вертолетов и их элементов: планера Ка-50 с вариантами крыльев прямой и обратной стреловидности; Ми-26 и Як-24 с работающими несущими винтами; варианта модели Ка-60 со струйной системой управления — с выдувом струй из щелевого сопла на хвостовой балке и из хвостовой части фюзеляжа. Приводятся также проведенные в интересах последней указанной модели результаты исследований цилиндра с управляемой циркуляцией посредством выдува через щелевое сопло. Отмечаются характерные особенности обтекания указанных моделей.

Ключевые слова: метод подкрашенных струй, вихревые жгуты, несущий винт, щелевые сопла

В данной работе методами численного моделирования проведено сравнительное исследование аэродинамических характеристик разных типов малогабаритных пространственных несущих систем: решетчатых крыльев, бипланных контурных крыльев, крыла-триплана. Целью работы являлась проверка целесообразности использования решетчатых крыльев с плоским профилем в качестве несущих и управляющих поверхностей на летательных аппаратах с дозвуковой скоростью полёта в сравнении с альтернативными им контурными крыльями с толстыми авиационными профилями. В процессе исследований выявлено, что на дозвуковых скоростях контурное крыло обладает в несколько раз более высоким аэродинамическим качеством, нежели решетчатое при близком максимальном коэффициенте подъёмной силы. Это позволяет считать, что при условии решения проблем прочности и жёсткости, контурное крыло для большинства типов малогабаритных дозвуковых летательных аппаратов более перспективно, чем решетчатое.

Ключевые слова: аэродинамика, биплан, триплан, контурное крыло, решетчатое крыло, бпла, дпла

Работа посвящена исследованию аэродинамических характеристик рулевых винтов (РВ) одновинтового вертолета средней весовой категории на режиме висения при вращении вертолета вокруг вертикальной оси. Для выполнения расчетов использована математическая модель движения вертолета, разработанная в НИО-5 ЦАГИ. Получены расчетные зависимости относительных коэффициентов тяги рулевых винтов от угловых скоростей вращения С_Т/σ(ω_у), при различных значениях угла общего шага рулевого винта. Определены зависимости углов атаки α и коэффициентов подъемной силы С_у лопасти рулевого винта на характерном сечении r=0,75R в зависимости от азимута лопасти и угловой скорости вращения вертолета.

Ключевые слова: вертолёт, висение, вращение, рулевой винт, срыв потока

Работа посвящена вопросам проектирования и изготовления дренированных аэроупругих моделей летательных аппаратов для исследований в аэродинамических трубах явлений аэроупругости, нестационарных аэродинамических нагрузок и динамической реакции упругой конструкции ЛА.

Ключевые слова: аэроупругость, модель, аддитивные технологии, нестационарные нагрузки, аэродинамический эксперимент, композиционные материалы

Основная цель исследования — анализ опыта широкого применения полимерных композиционных материалов (ПКМ) в конструкции планеров вертолетов на примере зарубежного и отечественного опыта разработок таких конструкций.

Ключевые слова: композиционный материал, усталостная и статическая прочность, структура ламината слоев, энергопоглощающие конструкции, цельнокомпозитный фюзеляж, интегральные панели, технологичность конструкции

Предлагается способ оптимизации процесса регулирования давления воздуха в герметической кабине воздушного судна, основанный на прогнозировании изменения давления воздуха, для поддержания требуемого давления воздуха и скорости его изменения в герметической кабине воздушного судна.

Ключевые слова: давление воздуха, герметическая кабина, функциональное состояние, алгоритм регулирования, устройство регулирования давления

Объектом исследований является система смазки с электроприводными откачивающими и нагнетающими шестерёнными насосами. Изложен модульный принцип построения динамической математической модели систем смазки. Выполнена верификация разработанной математической модели.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, система смазки, регулируемый электропривод, динамическая математическая модель, двухфазная смесь

В статье рассматриваются вопросы выбора основных параметров циклов комбинированной газопаротурбинной установки для газоперекачивающего агрегата создаваемой на базе авиационных воздушно-реактивных двигателей.

Ключевые слова: газопаротурбинная установка, основные параметры циклов ГТУ и ПТУ, свободная силовая турбина, комбинированные термодинамические циклы ГТПУ

Рассматриваются пути по реализации и применению информационно-диагностического комплекса дефектоскопического контроля, позволяющего производить контроль технического состояния узлов и агрегатов воздушного судна (ВС) с использованием устройств, принцип действия которых основан на методе спекл-структур оптического излучения (МССОИ). Программное обеспечение разработано в среде программирования Java Standard Edition и реализует алгоритмы обработки цифровых спекл-изображений на основе алгоритмов автокорреляционного анализа, метода «шахматной доски» и способа неразрушающего контроля подповерхностной структуры полупрозрачных объектов.

Ключевые слова: неразрушающий контроль, дефектоскопия, спекл, композиты, шероховатость, обработка изображений, Java SE

В работе рассмотрено математическое моделирование копровых испытаний основной и передней стоек шасси вертолета Ми-38 с использованием программных пакетов LMS.Amesim.Imagine.Lab и LMS.Virtual.Lab. Показаны этапы построения модели и проведения численного эксперимента. Результаты моделирования сравниваются с экспериментальными данными натурных испытаний. Показаны возможности дальнейшего использования полученной методики для моделирования посадки вертолета в различных условиях, регламентируемых нормами прочности. Практическая значимость исследования состоит в уточнении методики выбора параметров шасси на этапе проектирования и существенном сокращении стоимости и времени копровых испытаний на этапе сертификации вертолета.

Ключевые слова: шасси вертолета, математическое моделирование, копровые испытания

В статье описаны особенности модульного построения программного обеспечения систем контроля и диагностики инерциальных систем управления, приведен пример функционального набора модулей для системы контроля, выделены типы дополнительных программных модулей и описаны возможности автоматизированного формирования программного обеспечения систем контроля.

Ключевые слова: контрольно-проверочная аппаратура, модульная система, программное обеспечение, инерциальная система управления, контроль

В работе рассматривается алгоритм управления при автоматическом выполнении маневра уклонения от столкновения с землей, предназначенный для летательного аппарата самолетного типа, имеющего контуры управления нормальной перегрузкой и углом крена. Для прекращения снижения предложена концепция использования двух стратегий управления. Определена зависимость, позволяющая по соотношению быстродействия контуров управления нормальной перегрузкой и углом крена конкретного летательного аппарата выбрать значение параметров алгоритма управления. Сформирована логика работы и структурная схема алгоритма управления.

Ключевые слова: алгоритм управления, уклонение от столкновения с Землей

В работе рассматриваются вопросы разработки методов и средств повышения показателей качества авионики высокоманевренного летательного аппарата двойного назначения посредствам улучшения технических характеристик системы резервных приборов. В частности, предлагается использование электронных интегрированных систем резервных приборов ИСРП, построенных с применением отечественных малогабаритных датчиков «средней» точности. Отличительной особенностью данных систем являются информационные связи между элементами, и реализуемые на их основе программные и аппаратные средства, позволяющие обеспечить измерение значительного числа параметров движения летательного аппарата (ЛА), повысить точность измерения, улучшить показатели надежности и эргономичности. Приведены результаты полунатурного моделирования с использованием телеметрии данных реальных полетов высокоманевренного ЛА, наземной отработки и летных испытаний.

Ключевые слова: интегрированная система резервных приборов, схемы комплексирования, комплексная коррекция, точность, надежность, эргономичность

Рассмотрена целесообразность обеспечения современных аэропортов средствами оперативного контроля взлетного веса авиалайнеров. Рассмотрены особенности организации метрологических зон, обеспечивающих весоизмерительные процедуры при маневрировании на рулежной дорожке на пути к взлетно-посадочного полосе.

Ключевые слова: взлетный вес самолета, метрологическая зона, сенсорная линейка, первичный сенсор, емкостный преобразователь, тензочувствительность, электронный блок

Рассмотрены вопросы создания перспективных высокостабильных средств подтверждения характеристик оптико-электронной аппаратуры (ОЭА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) на этапах лётных испытаний и эксплуатации в течение всего срока активного существования космического аппарата (КА), обеспечивающих возможность проведения высокоточной бортовой калибровки с прослеживаемостью к национальным эталонам. Объектами исследования являются бортовые модели чёрных тел (МЧТ) на основе фазовых переходов высокочистых веществ и их эвтектических соединений, создаваемые для подтверждения точностных характеристик аппаратуры ДЗЗ в инфракрасном диапазоне спектра излучения, а также высокостабильные приёмники излучения, обеспечивающие измерение внешних воздействующих факторов окружающего КА пространства. В основу создания высокостабильных бортовых средств заложено уникальное свойство веществ в процессе фазовых переходов, а также особая конструкция, обеспечивающая требуемые технические характеристики. Проведены теоретические и экспериментальные исследования, в том числе в условиях микрогравитации. В результате установлено, что физические принципы и конструктивные особенности, заложенные в основу работы излучателей, позволяют обеспечить прослеживаемость получаемых результатов измерений к национальным эталонам, компенсация температурной зависимости датчиковой аппаратуры обеспечит получение достоверных данных об объектах измерений, а именно, о состоянии собственной внешней атмосферы (СВА) КА. Полученные результаты направлены на реализацию требований международных и национальных нормативных документов, регламентирующих необходимость подтверждения точностных характеристик в процессе эксплуатации, которая в настоящее время не обеспечена с требуемыми метрологическими характеристиками. Создание перспективных средств бортовой калибровки подтверждения точностных характеристик аппаратуры ДЗЗ обеспечит достижение требуемого уровня качества получаемых данных и повысит их конкурентоспособность.

Ключевые слова: бортовой излучатель, фазовый переход, модель чёрного тела, бортовая калибровка, температурная зависимость

Сформулирована актуальность научной задачи оценивания эффективности функционирования наземного автоматизированного комплекса управления (НАКУ) космическими аппаратами (КА). Предложена методика оценивания эффективности функционирования НАКУ КА, включающая систему показателей эффективности и совокупность процедур и операций её исследования.

Методика оценивания эффективности функционирования НАКУ КА заключается в количественном оценивании возможностей определенной структуры НАКУ КА по управлению заданной орбитальной группировкой (ОГ) КА с учетом технических, технологических, ресурсных и пространственно-временных ограничений, накладываемых на процесс управления КА, посредством решения задачи планирования задействования средств НАКУ КА. Разработанная методика доведена до уровня программно-математического обеспечения, позволяющего получать рациональные планы задействования средств НАКУ для управления ОГ КА и оценивать эффективность их реализации.

Ключевые слова: наземный автоматизированный комплекс управления, космический аппарат, эффективность, технологический цикл управления

В статье приводится моделирование ультразвукового воздействия на поврежденную костную ткань космонавтов с нарушениями кальциевого обмена в условиях невесомости. Математическая модель дает возможность исследовать влияние ультразвуковой волны на биологическую клетку. Проводится анализ влияния частоты и интенсивности ультразвуковых колебаний на многослойную структуру биологической ткани организма. Даются рекомендации по выбору параметров ультразвукового излучения на костную ткань с целью ее регенерации. Воздействие ультразвуковыми колебаниями позволяет ускорить процесс заживления костной ткани космонавтов в условиях длительных космических полетов. При этом масса системы жизнеобеспечения не увеличится, так как ультразвуковой аппарат уже является составной частью средств медико-технического обеспечения полетов.

Ключевые слова: частота, интенсивность ультразвуковых волн, костная ткань, длительные космические полеты

Представлены результаты имитационного моделирования на основе программного алгоритма, предназначенного для количественной оценки согласования на входе многоканального делителя мощности антенной решетки с частотным сканированием. Выявлено, что при осуществлении широкоугольного сканирования в относительной полосе частот более нескольких процентов, недостатком известного способа устранения эффекта нормали является резкое ухудшение согласования в области нижних и верхних частот рабочего диапазона. Предложен новый способ, основанный на автоматизированном итерационном процессе оптимизации геометрии делителя, который позволяет получить приемлемое согласование во всей рабочей полосе частот. Анализируется целесообразность перехода от последовательной схемы построения делителя мощности к последовательно-параллельной при широкоугольном сканировании в относительной полосе частот порядка 5%.

Ключевые слова: антенная решетка с частотным сканированием, делитель мощности бегущей волны, эффект нормали, имитационное моделирование

Приведено описание двух вариантов настройки фильтра волноводного Ка диапазона. Показано влияние на емкостную связь между резонаторными звеньями неоднородности в виде элементов подстройки из проводящего материала и диэлектрика. Экспериментально получены и продемонстрированы амплитудно-частотные характеристики фильтров для каждого варианта исполнения. Разработано приспособление для упрощения процедуры настройки.

Ключевые слова: волноводный полосно-пропускающий фильтр, СВЧ-фильтр Ка диапазона, настройка фильтра, использование диэлектрических элементов подстройки волноводного фильтра, приспособление для настройки фильтра, влияние неоднородности на согласование резонаторных звеньев

Решается задача оптимизации размещения псевдоспутников (функциональных дополнений наземного базирования) системы ГЛОНАСС относительно взлетно-посадочной полосы. Критерий оптимизации основан на минимизации геометрического фактора в заданной точке или вдоль всей глиссады. Особенность решения задачи заключается в постоянном изменении значений геометрического фактора, что обусловлено движением орбитальной группировки ГЛОНАСС относительно потребителя. Для решения задачи использовались методы прямого поиска (Хука-Дживса) и деформируемого многогранника (Нелдера-Мида) для интервалов времени 1 сутки и 8 суток (период повторяемости орбитального движения ГЛОНАСС). Показан выигрыш в среднем значении геометрического фактора, как по всей глиссаде, так и в ее характерных точках, обеспечиваемый при оптимальном размещении псевдоспутников. Исследовано влияние количества псевдоспутников на значение геометрического фактора.

Ключевые слова: псевдоспутник, глиссада, геометрический фактор, орбитальная группировка ГЛОНАСС, математическое моделирование, оптимизация размещения

Беспилотные летательные аппараты (БЛА) типа мультикоптер благодаря простоте своей конструкции активно используются в любительском авиамоделировании, гражданских и военных областях. Снизить риски, сократить время и повысить эффективность разработки мультикоптеров призван метод полунатурного моделирования (ПНМ), широко применяемый для отработки бортовых систем летательных аппаратов. Метод ПНМ призван заменить часть механизмов математической моделью, сохранив при этом максимальную адекватность натурному образцу. В данной статье представлена структура комплекса ПНМ, позволяющего осуществлять отработку систем управления БЛА (в том числе критических режимов), систем управления гиростабилизированным подвесом, отработку измерительных систем и идентификацию характеристик математических моделей [1].

Ключевые слова: полунатурное моделирование, комплекс полунатурного моделирования, беспилотный летательный аппарат, мультикоптер, квадрокоптер

Предлагается использовать метод эволюционного согласования в задачах нейросетевого распознавания объектов коллективом бортовых вычислительных устройств беспилотных летательных аппаратов. Поставлена и решена проблема принятия решений с минимальной вероятностью ошибочного распознавания объектов. Сформулированы и доказаны теоремы об условиях существования такого решения.

Ключевые слова: вероятность принятия правильного решения, распознавание, сетевая система принятия решений, беспилотные летательные аппараты, нейросети, метод эволюционного согласования решений, модель Раша, контекстное распознавание

Математическое моделирование в задачах планирования и организации грузовых железнодорожных перевозок является главной областью исследования в настоящей работе. Рассматривается теоретико-графовая модель железнодорожной транспортной сети, на основе которой формулируется задача построения бесконфликтного набора графиков движения поездов. Бесконфликтный набор нормативных ниток, в свою очередь, служит основой для формирования плана перевозок локомотивного парка сети, исполнение которого суть задача оптимального назначения и перемещения локомотивов. Методами математического моделирования данная задача сводится к графово-комбинаторной задаче покрытия ориентированными путями вершин ориентированного графа совместимости перевозок. Для решения указанной графово-комбинаторной задачи разработан и формально описан вычислительный алгоритм.

Ключевые слова: покрытие вершин графа, алгоритм, оптимизация, назначение локомотивов