2017. № 97

Активная транспортировка объектов космического мусора при помощи космических буксиров на тросовой связи является одним из перспективных методов очистки околоземного пространства. При разработке подобных транспортных систем необходимо учитывать особенности объектов космического мусора, в частности, наличие упругих элементов конструкции, остатков топлива. В представленной статье рассматривается задача увода объекта комического мусора типа орбитальная ступень с остатками топлива. Исследуется влияние остатков топлива на безопасность процесса увода такого объекта. В статье получены уравнения движения в центральном гравитационном поле механической системы, состоящей из космического буксира, объекта космического мусора и троса. Найдены стационарные решения уравнений движения, построены линеаризованные уравнения в окрестности устойчивых стационарных решений. Приведены результаты численного моделирования, показывающие близость аналитических решений линеаризованных уравнений и численных решений исходных уравнений движения. Полученные линеаризованные уравнения могут быть полезны для определения параметров транспортной системы, обеспечивающих безопасный увод космического мусора.

Ключевые слова: космический мусор, трос, космический буксир, полости с жидкостью, колебания

При эксплуатации под нагрузкой в течение длительного времени в материале могут проявляться такие реологические эффекты как ползучесть и релаксация, что может приводить к длительному разрушению, поэтому важным является анализ закономерностей деформирования полимерных композиционных материалов с учетом фактора времени. В настоящей работе рассмотрены модели, применяющиеся для описания реологических эффектов, показаны их достоинства и недостатки. Предложена модель на основе матричных уравнений теории слоистых пластин и соотношений наследственного типа, позволяющая установить зависимость деформаций от времени при переменном во времени нагружении, выполнен расчет для углепластиков БМИ-3/3692 и КМУ-4Л. Показано хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных.

Ключевые слова: углепластик, наследственная механика, ползучесть, релаксация, теория слоистых пластин

В статье представлены экспериментальные данные о потоке в газовом эжекторе и результаты численных экспериментов. Дан полный набор экспериментальных данных (в статье и указанных ссылках), пригодных для верификации вычислительных моделей, в том числе на нестационарных режимах. Приведены результаты численного эксперимента с использованием программы, разработанной Крюковым И.А. и Ивановым И.Э., и реализующей метод С.К.Годунова, и пакета программ FlowVision. В расчетах получены режимы с колебанием давления в вакуумной камере и перемещением точки отрыва псевдоскачка. Отмечена проблема адекватного воспроизведения в численном эксперименте частотных характеристик колебаний.

Ключевые слова: газовый эжектор, вакуумный насос, экспериментальные данные, газовая струя, псевдоскачок, отрыв пограничного слоя, численное моделирование, метод Годунова

Приведены методики оценок производных от коэффициентов аэродинамических сил и моментов по компонентам угловой скорости на основе экспериментов на установке, осуществляющей вращение модели самолета с постоянной угловой скоростью, коллинеарной вектору скорости набегающего потока аэродинамической трубы. Даны примеры определения вращательных производных для модели пассажирского самолёта в широком диапазоне углов атаки.

Ключевые слова: силы и моменты аэродинамические, компоненты угловой скорости, вращательные производные

В работе рассмотрены особенности моделирования явлений динамической аэроупругости – флаттера и бафтинга на динамически подобных моделях (ДПМ) в аэродинамических трубах (АДТ) в трансзвуковом диапазоне чисел М. Даны рекомендации для выбора критериев подобия, выполнение которых необходимо при проектировании, изготовлении и испытаниях ДПМ в трансзвуковых АДТ для получения достоверных результатов эксперимента и переноса их на натурную конструкцию.

Ключевые слова: аэроупругость, модель, аддитивные технологии, критерии подобия, аэродинамический эксперимент, композиционные материалы

Представлены математические модели, позволяющие проверять влияние конструкторско-технологических решений на величину тепловыделения на токосъемных устройствах. Аналитически установлена связь между потерей энергии на тепловыделение и величиной контактных сопротивлений в токосъемном устройстве. Доказана корректность методики путем верификации полученных данных и сравнения их с экспериментальными результатами.

Ключевые слова: система электропитания, токосъемное устройство, кольцо, переходное сопротивление, схема замещения

На сегодняшний день в инженерной практике широко используются программные пакеты для автоматизации инженерных расчетов. В их число входят системы, позволяющие решать сложные задачи вычислительной гидро-газодинамики. Специфика применяемого в них математического аппарата накладывает определенные ограничения в процессе работы. Так, на данный момент не существует универсальной математической модели, которая бы достоверно описывала все особенности турбулентных течений для всего спектра задач. Вместо этого существует большое количество полуэмпирических моделей, которые хорошо коррелируются с экспериментальными исследованиями только для определенного класса задач.

Наиболее широкое распространение получили модели осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса. Данные модели, в то же время, имеют большое число вариаций, многие из которых нашли свое применение и в коммерческих программных пакетах. Такое разнообразие создает проблему выбора наиболее подходящей модели для конкретного решаемого случая, поэтому верификация и валидация является неотъемлемой частью процесса численного моделирования турбулентных течений.

Целью данной работы является методика выполнения верификации и валидации расчета течения в проточной части камеры сгорания газотурбинного двигателя с поперечной системой вихреобразования. Авторами выполнен обзор наиболее актуальных моделей турбулентности, используемых в программных пакетах вычислительной гидро-газодинамики. Перечислены их достоинства, недостатки и ограничения, связанные с вводимыми эмпирическими данными.

На основе построенной модели камеры сгорания, создана натурная модель для проведения гидродинамических исследований и расчетная сетка конечных элементов для выполнения расчетов в программной среде.

В статье представлены результаты экспериментальных исследований и результаты, полученные с помощью численных методов. Проведено их сопоставление и анализ. Исходя из этих данных, были выделены две модели соответствующие выбранному доверительному интервалу.

Следующим этапом выполнялась валидация моделей турбулентности, в результате которой была дана качественная оценка кинетике течения во всей расчетной области.

По итогу верификации, из всех рассмотренных моделей наилучшее соответствие с экспериментами обеспечивают SST k-w и стандартная k-e модели.

В результате валидации удалось установить, что модель SST k-w более корректно воспроизводит кинетику течения в проточной части камеры сгорания с поперечной системой вихреобразования.

Ключевые слова: верификация, валидация, вычислительная гидро-газодинамика, модели турбулентности, камера сгорания, газотурбинный двигатель

В статье приведен принцип построения общей методики расчета энергоблока стендового варианта ядерной энергодвигательной установки космического назначения на переходных режимах работы, которая основана на комплексной физико-математической модели энергоустановки. Определен набор независимых переменных и параметров, характеризующих нестационарные режимы энергоустановки. Приведена общая схема физико-математической модели, описан алгоритм расчета параметров замкнутого газотурбинного контура на примере стендового варианта.

Ключевые слова: математическое моделирование, газотурбинный контур, цикл Брайтона, космическая ядерная энергоустановка

В статье изложена методика формирования рациональных законов управления маневренным летательным аппаратом при выполнении разворотов в горизонтальной плоскости. В качестве объекта исследования выбран полет легкого маневренного самолета. За основу при решении задачи определения рациональных траекторий полета приняты положения прямого вариационного метода. Отличительной чертой предложенной методики от существующих является способ формирования законов управления летательным аппаратом. При этом управляющие функции по крену и нормальной скоростной перегрузке определяются исходя из потребных ускорений для отслеживания базовой траектории, а управление тангенциальной перегрузкой – из особенностей маневрирования в горизонтальной плоскости. В связи с этим обеспечивается возможность более полной реализации заложенных в конструкцию летательного аппарата летно-технических характеристик (характеристик маневренности). Использование данной методики возможно при разработке систем интеллектуальной поддержки принятия решения летчиком, а также систем автоматического управления летательным аппаратом.

Ключевые слова: летательный аппарат, динамика полета, закон управления, маневрирование в горизонтальной плоскости

Современные системы автоматизированного проектирования позволяют создавать трехмерные модели узлов и деталей в процессе конструирования различных технических систем, в том числе и навигационных приборов. Разработанные трехмерные модели могут быть использованы для проведения расчетов механических характеристик методом конечно-элементного анализа, а так же для быстрого прототипирования с использованием аддитивных технологий. В статье рассматривается методика конструирования навигационных приборов с учетом описанных преимуществ трехмерного моделирования. Рассмотренная методика может быть рекомендована для обучения студентов основам конструирования.

Ключевые слова: 3D моделирование, конечно-элементный анализ, быстрое прототипирование, аддитивные технологии, системы автоматизированного проектирования

В статье описаны особенности построения алгоритма анализа цифровой информации, поступающей из системы управления по магистральному последовательному интерфейсу, с целью автоматизации формирования рабочей программы контрольно-проверочной аппаратуры. Приведены блок-схемы алгоритмов и результаты.

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

Рассматривается задача обработки информации в измерительно-информационных системах беспилотных летательных аппаратов. Истинный сигнал наблюдается искаженным низкочастотным сигналом, близким по характеристикам к истинному. Построены оптимальный и приближенно-оптимальный алгоритмы обработки информации, основанные на «отбеливании шумовой помехи». Приводится пример математического моделирования и иллюстрируется работа приближенно-оптимального алгоритма фильтрации.

Ключевые слова: измерительно-информационная система, распознавание и оценивание информации, низкочастотная помеха, белый шум, оптимальная фильтрация

Статья посвящена вопросам совершенствования систем единого времени с целью обеспечения непрерывного и устойчивого управления космическими аппаратами. Рассмотрены основные направления модернизации системы единого времени наземного автоматизированного комплекса управления космическими аппаратами, а также особенности и перспективы реализации систем единого времени при использовании каналов передачи данных систем спутниковой связи «Приморка» и спутниковой навигационной системы «Глонасс». Показано, что использование этих систем позволяет осуществлять синхронизацию наземных автоматизированных комплексов управления космическими аппаратами с заданной точностью при выполнении требований к устойчивости и непрерывности при минимальных финансовых затратах.

Ключевые слова: система единого времени, наземный автоматизированный комплекс управления, система спутниковой связи, спутниковая навигационная система, синхронизация

В работе предложен блочный алгоритм усреднения циклических периодограмм для формирования при помощи временного сглаживания оценок циклической спектральной плотности мощности (ЦСПМ) сигналов, обрабатываемых в бортовых вычислительных комплексах летательных аппаратов. Исследованы особенности формирования матрицы оценок ЦСПМ, исключающей пропуски по циклической частоте за счёт учета формы и эффективной ширины элементов разрешения, заполняющих область носителя ЦСПМ. Так же в работе дано теоретическое описание предложенного алгоритма и приведены результаты имитационного численного моделирования, демонстрирующие его работу на примере смеси амплитудно-модулированных сигналов, в которых в качестве информационных модулирующих компонент используются стационарные случайные процессы. Анализ полученных с использованием предложенного алгоритма циклических характеристик позволил определить количество сигналов в смеси, значения соответствующих им несущих частот, получить отдельно периодограммы каждого из процессов, а также сделать вывод о статистической независимости процессов.

Ключевые слова: циклостационарность, циклическая спектральная плотность мощности, непараметрические методы оценивания, периодограмма, спектрально-корреляционный анализ, периодически коррелированные сигналы

В статье рассматриваются модели распространения радиоволн в условиях городской застройки. Показано, что существующие модели не отвечают случаю низко расположенных антенн передатчика, что соответствует их применению для проектирования и планирования мобильных эпизодических сетей. На основе экспериментальных исследований на частоте 870 МГц, проведенных в г. Зеленограде, определены значения коэффициентов и предложена модификация Стэндфордской модели SUI для городской среды для случаев высоты подвеса передающей антенны до 10 м. Показано, что в городских условиях радиосигнал затухает пропорционально четвертой степени расстояния при высоте подвеса передающей антенны не менее 3 м.

Ключевые слова: распространение радиоволн, распространение в городских условиях, эмпирические модели, потери при распространении

В работе рассматривается одна из проблем, возникающих в микрополосковых антенных решетках, используемых, в том числе, в различных системах спутниковой службы исследования Земли, – явление «ослепления», при котором решетка перестает излучать. Для определения возможных углов сканирования, при которых это явление может возникнуть, предлагается использовать метод, основанный на связи поверхностных волн, возбуждаемых в подложке, с излучаемой модой решетки при возникновении «ослепления». Приводятся диаграммы излучателей в бесконечных решетках при различных диэлектрических подложках и углах сканирования, свидетельствующие о полном совпадении прогнозируемых углов и углов, при которых реально проявляется явление «ослепления». На основе рассмотренного метода формулируются условия, накладываемые на параметры антенной решетки, для отсутствия углов ослепления в диапазоне углов сканирования. Эти условия определяют как расстояние между излучающими элементами, так и параметры диэлектрической подложки.

Ключевые слова: микрополосковые антенные решетки, поверхностные волны, сканирование

С учетом тенденций развития мобильных самоорганизующихся сетей связи, в течение последующих нескольких лет увеличится количество технологий и систем связи, использующих принцип построения сетевой инфраструктуры без использования базовой станции, следовательно, выявляется все больше задач, которые должны быть решены на канальном уровне разрабатываемой системы связи. Отсутствие базовой станции в топологии сети создает задачу построения маршрута доставки сообщений [1]. Мобильность узлов сети накладывает дополнительные ограничения на систему связи, поскольку возникает задача передачи служебных и информационных кадров в условиях непостоянного соединения между узлами. В данной статье рассмотрены основные положения известных алгоритмов доступа к среде: возможных для реализации в мобильных самоорганизующихся сетях и разработанных специально для вышеуказанных сетей связи. Выполнено исследование их эффективности путем моделирования данных алгоритмов в программной среде Network Simulator 3. На основе проведенной работы указаны рекомендации по разработке алгоритма доступа к среде для мобильных самоорганизующихся сетей и поставлены задачи к дальнейшим исследованиям.

Ключевые слова: уровень Media Access Control (MAC), алгоритм доступа к среде, режим Ad-Hoc

В статье приведено описание модели разнесенной радиолокационной системы с некооперируемыми источниками излучения, приемный пункт которой интегрирован с национальными техническими средствами контроля испытаний стратегических ракетно-космических вооружений зарубежных государств. Использование модели позволит в интересах расширения разведывательно-информационных возможностей выбрать рациональный вариант применения национальных технических средств контроля в финишных районах испытательных ракетных полигонов иностранных государств. Представлены результаты решения задачи оптимизации расположения национальных технических средств контроля в целях удовлетворения требований к точностным показателям системы.

Ключевые слова: разнесенная радиолокационная система, некооперируемый источник подсвета, национальные технические средства контроля

В статье рассмотрены три модели относительного движения воздушной цели. На основе данных полунатурного моделирования и метода спектрального анализа определена эффективная ширина спектра случайных процессов углового ускорения и рывка при выполнении воздушной цели боевого разворота. Методом статистического моделирования для каждого алгоритма оценен прирост показателя точности фильтрации.

Ключевые слова: маневрирующая воздушная цель, модель Зингера, модель Сонга, коэффициент маневренности, боевой разворот, среднее квадратичное отклонение

Работа посвящена актуальной теме увеличения надёжности функционирования пула распределённых сервисов с применением технологии контейнерной виртуализации. В рамках решения задачи предложен вариант реализации инфраструктуры виртуальных контейнеров, функционирующих в условиях изменяющейся нагрузки. В состав инфраструктуры включены средства развёртывания, сопровождения, отслеживания событий виртуальных контейнеров и реакции на них. Предложения в части инфраструктуры дополнены системными решениями в отношении реализации сервисов, а именно, описанием технологии децентрализованного обмена данными между виртуальными контейнерами и протоколов маршрутизации сетевых пакетов в условиях множественной аренды виртуальных контейнеров разным организациям.

Ключевые слова: контейнерная виртуализация, отказоустойчивость системы, гипервизор, децентрализованная сеть

В статье предложена схема проведения автоматизированного исследовательского тестирования программного обеспечения расчета и контроля полетного задания (ПО РКПЗ). Схема тестирования реализована с учетом возможных сбоев в работе тестируемых программных модулей и основана на определении приоритетов исходных данных. Предложен способ определения приоритетов на основе показателя вычислительной устойчивости исследуемых задач. Разработанная схема позволяет уточнять область варьирования исходных данных и тем самым эффективнее использовать отведенное на этап тестирования время и получать качественную оценку работоспособности программного обеспечения расчета и контроля полетного задания.

Ключевые слова: расчет и контроль полетного задания, исследовательское тестирование, приоритеты данных, вычислительная устойчивость

В работе рассматривается один из возможных подходов к решению задачи контроля и диагностики бортовых систем летательных аппаратов. Анализ доступных публикаций [2, 4, 9] по теме работы показал, что постановка задачи диагностики предполагает знание текущих значений вектора состояния динамических систем. Однако, измерение всех координат вектора состояния не всегда является возможным. Во-первых, такая ситуация может возникнуть из-за отсутствия «точек доступа». Во-вторых, если результаты измерения некоторых координат вектора состояния содержат «недопустимые» ошибки, не позволяющие их использовать для решения задач контроля и диагностики объектов.

Предложенный подход предполагает наличие дефицита точек контроля, но требует выполнения условий наблюдаемости Р. Калмана, позволяющего восстанавливать все координаты вектора состояния. В этой связи поставленная задача объединяет три задачи: задачу оценки координат вектора состояния, задачу определения изменившихся параметров объекта и задачу определения моментов возникновения этих изменений (моментов «разладки»). Решение первой задачи традиционно связано с построением фильтра Р. Калмана. Для решения второй задачи предлагается использовать уравнения параметрической чувствительности , а для локализации моментов времени наступления таких «разладок» использовать разложение функций параметрической чувствительности в ряды Фурье по ортонормированному вейвлет-базису.

Результаты математического моделирования решения задачи контроля и диагностики простейших линейных динамических систем подтвердили работоспособность предложенного подхода.

Ключевые слова: линейная динамическая система, точки контроля, уравнения параметрической чувствительности, функции параметрической чувствительности, вейвлет-анализ

Построена математическая модель лазерной локации космического аппарата, оснащенного ретрорефлектором нового типа, у которого за счет изменения технологии изготовления максимум кольцевой диаграммы направленности отраженного светового импульса смещен на 1, 2 угловой секунды относительно центрального луча. Проведенный численный анализ показал, что для достижения наиболее благоприятных условий лазерной локации такая величина смещения недостаточна. Из результатов численных расчетов следует, что для высокоорбитальных космических аппаратов (высота орбиты от 6000 км до 34000 км) максимум кольцевой диаграммы направленности должен быть смещен примерно на 5 угловых секунд, а для низкоорбитальных аппаратов (высота орбиты от 300 км до 550 км) примерно на 9,7 угловой секунды.

Ключевые слова: ретрорефлектор, низкоорбитальный космический аппарат, высокоорбитальный космический аппарат, лазерная локация, максимум интенсивности