2018. № 99

В работе разработана методика расчёта разрушения динамической мишени лазером, установленным на подвижной платформе, на заданной дальности на базе вариационного метода и решения уравнения Лагранжа. Показано, что появилась возможность решать нелинейные задачи тепломассопереноса, когда коэффициент теплопроводности является тензорной величиной в анизотропных средах. Такая ситуация полностью реализуется при воздействии мощного лазерного луча на физические среды различных мишеней при их разрушении на переменной дальности. Показаны сферы технического применения разработанной методики. Приведен пример применения методики для расчёта образования каверны в процессах промышленной лазерной сварки.

Ключевые слова: лазерный луч, тепломассоперенос, вариационный метод, уравнение Лагранжа, мишень, фокусировка, каверна

Для решения задач динамики элементов конструкций летальных аппаратов, сводимых к расчетной модели гибкого стержня, наиболее подходящим является метод конечных элементов. В настоящей статье для задач нелинейной динамики предлагается конечный элемент гибкого стержня с раздельным хранением накопленных и дополнительных поворотов. Накопленный поворот представлен тензором поворота, а дополнительный — вектором Эйлера. Раздельное хранение поворотов позволяет избежать особых точек. Корректность разработанного конечного элемента подтверждена решением тестовых задач с последующей верификацией полученных результатов другими методами.

Ключевые слова: гибкий стержень, конечные элементы, вектор Эйлера, тензор поворота, тензор П.А.Жилина, большие перемещения, большие повороты, матрица масс, гироскопическая матрица

Представляются результаты численного исследования поведения решений ламинарного несжимаемого пограничного слоя на плоской пластине (задача Блазиуса) [1,2]. Показано, что прежние постановки задачи содержат разногласия. Выделение четырех характерных видов пластин позволяет доработать постановку задачи, снять часть неточностей и получить правильное решение задачи.

Ключевые слова: пограничный слой, коэффициенты трения и теплообмена

В данной работе исследуются пути и трудности применения аэродинамической схемы «летающее крыло» (ЛК) на беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) класса «воздух-поверхность» большой дальности. Коротко рассмотрены преимущества и недостатки данной схемы, история её развития, сделана попытка классификации её конкретных реализаций во внешнем облике современных летательных аппаратов; обоснована перспективность применения схемы ЛК на крылатых ракетах большой дальности. Рассмотрен ряд проблем, которые возникнут при реализации данных летательных аппаратов; особое внимание уделено их размещению в отсеках носителя, показано, что именно оно будет качественно определять внешний облик ЛА. Рассмотрены достоинства ряда вариантов решения данной проблемы и обстоятельства, препятствующие их реализации. В заключении показана особая актуальность разработки БПЛА по схеме ЛК, в связи с тем, что необходимые для них пропорции внутренних отсеков соответствуют отсекам вооружения стратегических ударных самолётов, разрабатываемых в настоящее время (В-21, ПАК ДА, H-20).

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, крылатая ракета, летающее крыло

В статье представлены результаты исследований по формированию технической концепции тяжелого транспортного самолета «Слон», предназначенного для замены самолета Ан-124 в нише грузовых авиаперевозок. Проведен выбор основных параметров аэродинамической компоновки. Представлены предварительные аэродинамические характеристики и весовые сводки разработанных вариантов компоновки. Приведены расчетные оценки летно-технических и взлетно-посадочных характеристик.

Ключевые слова: концептуальное проектирование, транспортный самолет, генеральные грузы, аэродинамическая компоновка, летно-технические характеристики

Рассматривается концепция создания оптической системы глобального позиционирования на Луне метровой точности, предназначенная для обслуживания ограниченного числа абонентов. Показано, что оптимальным решением задачи будет непрерывный контроль положений световых лазерных маяков на поверхности Луны с борта искусственного спутника Луны, оснащённого бортовой телекамерой, а также с борта космического аппарата, помещённого в точки Лагранжа L₁ (и L₂) системы Земля – Луна и оснащенного высокоразрешающими оптоэлектронными приборами.

Ключевые слова: глобальное позиционирование, навигация на Луне, световой лазерный маяк, оптический интерферометр

Основными эксплуатационными свойствами пружин являются прочность, релаксационная стойкость и высокие упругие характеристики. Существующая методика оценки релаксационной стойкости тарельчатых пружин, заключается в построении релаксационной кривой по результатам измерений силы до и после циклических нагрузок. Недостатками существующей методики является: оценка релаксационной стойкости выборочной партии пружин; отсутствие возможности прогнозирования релаксационных свойств каждой пружины на длительный срок эксплуатации; значительная трудоемкость и энергозатраты, связанные с осуществлением контроля. Для оценки важнейших показателей по надежности и долговечности, неизменности основных характеристик, а также релаксационной стойкости на длительный период эксплуатации до 25 – 30 лет интерес представляют неразрушающие методы контроля, в том числе метод акустической эмиссии.

Ключевые слова: титановые сплавы, акустическая эмиссия, релаксационной стойкости, тарельчатые пружины

В статье представлены результаты исследования гидравлических характеристик модельного гелеобразного вещества. Эксперименты проведены с использованием поршневого вытеснителя для рабочего диапазона температур. Получены экспериментальные зависимости силы, приложенной к поршню, от скорости движения. В результате обработки опытных данных получены зависимости объемного расхода гелеобразного модельного вещества от давления вытеснения.

Ключевые слова: модельное гелеобразное вещество, поршневой вытеснитель, дроссель, вязкость, температура, объемный расход, давление вытеснения, степенная зависимость

В настоящей статье изложены результаты работы по промывке частично закоксованных форсунок камер сгорания семейства НК, различным составом топливной смеси «керосин-Депирол» [1]. Представлена конструкция установки, а так же одногорелочного отсека камеры сгорания на которых проводились исследования форсунок. По результатам работ выявлено, что топливная смесь «керосин-Депирол» эффективно снимает и удаляет отложения продуктов термического распада топлива с закоксованных форсунок. Максимальная эффективность съема кокса находится в пределах концентрации «Депирола» в керосине 10...15%.

Ключевые слова: камера сгорания, эксперимент, форсунка, газотурбинный двигатель, коксоотложение, промывка, моющие средства

В материале представлены результаты оценки возможности применения технологии третьего контура для улучшения характеристик двигателя и силовой установки в области больших сверхзвуковых скоростей полета. Рассмотрены различные возможные варианты схем турбореактивных трехконтурных двигателей с форсажной камерой (ТРТДФ), а также затронуты вопросы способов управления третьим контуром.

Выявлен новый критический узел схемы ТРТДФ – трехпоточный смеситель, для одной из возможных конструкций которого рассчитан коэффициент дополнительных потерь полного давления при смешении.

Проведены расчеты турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой (ТРДДФ), принятого в качестве базового, а также его возможной модификации с применением технологии третьего контура. В силу существенного влияния дополнительных потерь при смешении на получаемые характеристики двигателя были выполнены расчеты ТРТДФ со значениями данных потерь 1,0 и 0,93.

Полученные результаты показывают, что применение технологии третьего контура со смешением потоков всех трёх контуров перед форсажной камерой потенциально позволяет увеличить форсажную тягу двигателя на режимах полёта с большими сверхзвуковыми скоростями (М=2,2-2,8) и, соответственно, максимальную высоту (потолок) и скорость полёта самолёта, тем самым заметно расширить диапазон применения базового газотурбинного двигателя.

Ключевые слова: двухконтурный турбореактивный двигатель, технология третьего контура, сверхзвуковой летательный аппарат

Статья посвящена проблеме алгоритма повышения точности идентификации аэродинамических коэффициентов самолёта по данным летных экспериментов. Все сигналы, используемые в процессе идентификации коэффициентов, содержат шумы измерений, аппроксимируемые нормально распределенными случайными величинами с нулевым средним и заданными дисперсиями. Для повышения точности идентификации рассмотрен метод декомпозиции гармонических сигналов. Представлены результаты, показывающие высокую точность идентификации коэффициентов при высоких уровнях шумов измерений.

Ключевые слова: идентификация, входные и выходные сигналы, измерение, аэродинамические коэффициенты, декомпозиция, шум измерения, точность оценок идентификации

Приведено описание нового вертолетного пилотажного стенда ВПС-5 ФГУП «ЦАГИ». Стенд имеет неподвижную одноместную кабину вертолетного типа, сферическую проекционную систему визуализации и оснащен цифровой электромеханической четырехканальной системой имитации усилий на рычагах управления.

Ключевые слова: пилотажный стенд, системой имитации усилий, сферический экран

Представлен один из способов формирования модели действий летчика с использованием нечеткой логики, приведена методика построения данной модели на примере управления самолетом при развороте, представлено сравнение характера управления самолета моделью и летчиком при моделировании на пилотажном стенде.

Ключевые слова: нечеткая логика, функция принадлежности, Matlab@Simulink, пакет Fuzzy Logic Toolbox, модель действий летчика, оптимизация, нечеткая модель, обучающая выборка, целевая функция оптимизации

На примере авиационной детали классической формы под вытяжку коробчатого типа рассмотрена оптимизация процесса вытяжки эластичной средой с использованием крышки с гарантированным зазором, а также классическая оптимизация детали на основе моделирования и оптимизация на основе технологии «технологической реконструкции». Представлены схемы классической вытяжки эластичной средой и вытяжки с гарантированным зазором. Освещены основные аспекты использованья технологи NURBS для восстановления формы детали с конечно-элементной сетки. Показаны проблемы, возникающие при классической оптимизации с использованием моделирования и пути их решения с применением «технологической реконструкции». Приведены результаты расчета в виде градиентов распределения: пластических деформаций; толщин и зон качества основываясь на кривой предельных деформаций Келлера – Гудвина.

Ключевые слова: вытяжка с гарантированным зазором, вытяжка эластичной средой, технологическая реконструкция

Работа посвящена проблеме повышения достоверности оценивания ошибок инерциальных измерительных модулей (ИИМ) с помощью обобщенного фильтра Калмана (ОФК). Рассматриваемая проблема связана с неадекватностью моделей шумов инерциальных измерителей: гироскопов и акселерометров, реальным процессам. Известно, что неточность моделей и другие причины методического и инструментального характера приводят к расходимости ОФК. Расходимость ОФК проявляется в существенном отличии действительных ошибок оценивания от их прогнозируемых среднеквадратических значений, получаемых в результате решения уравнения Риккати относительно ковариационной матрицы. Следует отметить, что действительные ошибки оценивания известны только на этапе математического моделирования. В известных работах неадекватность моделей компенсируется соответствующей настройкой параметров ОФК по обновляющей последовательности. Обновляющая последовательность представляет собой разность между прогнозируемыми и реальными наблюдениями. Прогнозируемые наблюдения формируются по оценкам ошибок ИИМ. Однако в реальных условиях эксплуатации из-за ошибок внешних измерителей или их отсутствия настройка по обновляющей последовательности не всегда представляется возможной. Известны также подходы к оценке статистических характеристик инерциальных измерителей с помощью метода Аллана. Указанный метод позволяет оценить стабильность ошибок на скользящих интервалах усреднения. Однако такие подходы не связаны с настройкой параметров ОФК. Поэтому их применение не обеспечивает адаптацию ОФК в реальных условиях эксплуатации. Научная новизна предлагаемой работы связана с добавлением процедур настройки моделей шумов инерциальных измерителей к известным алгоритмам адаптации ОФК. Настройку моделей предлагается выполнять на основе структурно-параметрической идентификации по результатам корреляционной обработки оценок ошибок измерителей. Такая обработка может выполняться как в реальном времени, так и по данным бортовых устройств регистрации. Разработанные алгоритмы позволяют учитывать изменение точностных и динамических характеристик инерциальных измерителей через соответствующие коэффициенты моделей погрешностей ИИМ. Для реализации предлагаемой технологии идентификации ошибки инерциальных измерителей должны включаться в вектор оцениваемых параметров. Проведенные исследования показали, что при включении ОФК в контур оценивания ошибок ИИМ необходимо выполнять не только заводскую стендовую калибровку инерциальных измерителей, но и идентификацию моделей их шумов. В работе приводятся результаты экспериментов, подтверждающие целесообразность идентификации моделей погрешностей инерциальных измерителей в процессе эксплуатации.

Ключевые слова: инерциальная навигационная система, датчики, модели шумов, идентификация, фильтр Калмана

В статье исследуется модель авиационной системы синтетического видения, формирующей на пилотажных индикаторах трёхмерное изображение закабинной обстановки на основе бортовых баз данных. В частности, разработаны архитектура (в соответствии с концепцией интегрированной модульной авионики) и программно-алгоритмическое обеспечение системы, позволяющее в режиме реального времени синтезировать трёхмерный план топографических участков земной поверхности с высокой степенью информативности. Приводятся результаты моделирования разработанного программно-алгоритмического обеспечения на примере реальных географических объектов (вулкан Ключевская сопка, остров Кунашир).

Ключевые слова: система синтетического видения, летательный аппарат, 3D-моделирование, ситуационная осведомлённость экипажа, человеко-машинный интерфейс

В статье рассматриваются вопросы разработки методики обоснования возможности и условий продления назначенных показателей срока службы антенных систем (АС) наземных станций (НС) измерительного комплекса космодрома (ИКК).

Объектом исследования является АС НС ИКК. Предметом исследования являются процессы и научно-методическое обеспечение обоснования возможности и условий продления назначенных показателей срока службы АС НС ИКК.

Цель исследований состоит в разработке научно-методического обеспечения для обоснования возможности и условий продления назначенных показателей срока службы АС НС ИКК по фактическому состоянию с учетом ограниченного объема исходных данных о надежности элементной базы и возможностях восстановления отказов.

В работе проведен системный анализ подходов к оценке технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса АС НС ИКК, а также предложены математическая модель достижения предельного состояния АС НС ИКК и алгоритм прогнозирования остаточного ресурса (срока службы) АС НС ИКК.

Применение предложенного в статье научно-методического аппарата позволит повысить обоснованность решений по управлению эксплуатацией АС НС ИКК, обеспечить их надежное и безопасное функционирование при экономии материальных и финансовых средств.

Ключевые слова: оценка технического состояния, прогнозирование остаточного ресурса, продление назначенных показателей срока службы, антенная система, измерительный комплекс космодрома

Системы фазовой автоподстройки (ФАП) могут стать серьёзным шагом в цифровой обработке как принимаемых, так и передаваемых радиосигналов. Кольца ФАП, построенные на современных микропроцессорах или программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС) в составе цифровых блоков малоэлементных ФАР (фазированных антенных решеток), позволят повысить точность фазирования, заменив традиционные фазовращатели. Такие системы могут применяться в метровом, дециметровом и части сантиметрового диапазона длин волн.

Ключевые слова: фазовая автоподстройка, фазированная антенная решетка, квадратура, фазовый детектор

С развитием концепции промышленного интернета происходит быстрое развитие сенсорных сетей. Повышение эффективности можно достичь за счет создания сетей группового взаимодействия мобильных узлов и датчиков, расположенных на борту БПЛА или автомобиля, так и стационарных. Использование БПЛА существенно расширяет возможности сенсорных сетей в вопросах группового взаимодействия узлов сети, в частности за счет ретрансляции и увеличении зон покрытия. Для таких сетей важна надежность передачи информации и минимизация задержек. В статье сформулированы особенности использования сетей стандарта LPWAN и возможности применения в сетях группового взаимодействия.

Ключевые слова: LPWAN, IoT, промышленный интернет, NB-IoT, LoRa, Bluetooth Mesh, ZigBee, групповое взаимодействие, беспилотные летательные аппараты

Разработана модель процесса локализации отказа бортовой контрольно-проверочной аппаратуры системы управления беспилотного летательного аппарата, при ее самоконтроле. Модель представлена в форме графа. Граф является политохомическим деревом решений. Получены выражения для вероятности ложного забракования, вероятности ложного пропуска отказа в бортовой контрольно-проверочной аппаратуре, позволяющие решить задачу определения оптимальной глубины локализации отказов, с учетом пересечения элементарных самопроверок и применить гибкий алгоритм функционирования к системе управления беспилотного летательного аппарата в полете, для выполнения конечной задачи целевого применения. Полученные в общем виде аналитические выражения для соответствующих решений учитывают состояния функциональных составляющих: бортовая контрольно-проверочная аппаратура, системы самоконтроля, подозреваемой на отказ область элементов, контролируемую область элементов, а также процесс изменения контролируемой области элементов.

Ключевые слова: контролируемая область элементов, подозреваемая на отказ область элементов, самоконтроль, вероятность ложного забракования, вероятность ложного пропуска отказа, комбинаторные подмножества элементов, элементарная операция, система управления, беспилотный летательный аппарат

В статье рассмотрены назначение, функциональные возможности и архитектура программного комплекса послеполетной вероятностно-гарантированной оценки состояния бортовых систем воздушного судна. В основе реализованных в рассматриваемом программном комплексе методов и алгоритмов лежит идея представления бортовой системы в виде эталонного образа в пространстве параметров состояния, характеризующего ее штатное функционирование.

Ключевые слова: бортовая система, оценка состояния, вероятностно-гарантированный подход, эталонный образ

В статье предложен метод линеаризации, позволяющий находить приближенное решение задач вероятностного анализа с функцией потерь, являющейся нормой вектора, нелинейно зависящего от малых случайных параметров. Малые случайные параметры моделируются как произведение малого детерминированного параметра на вектор независимых, стандартных, нормальных случайных величин. Метод применяется для нахождения кругового вероятного отклонения рассеивания концов баллистических траекторий летательных аппаратов на земной поверхности. Он основан на замене указанной нелинейной зависимости на линейную в соответствии с тейлоровским разложением по малым случайным параметрам. Ошибка, возникающая при такой замене, имеет порядок малого детерминированного параметра.

Ключевые слова: метод линеаризации, вероятностный анализ, круговое вероятное отклонение, рассеивание баллистических траекторий

В статье рассматриваются четыре задачи оптимального по быстродействию управления группами подвижных объектов на плоскости: задача одновременного достижения одной цели группой объектов, задача управления группой с выделением ее лидера, задачи достижения нескольких целей при однократном или многократном последовательном отделении активных объектов управления от носителя. Централизованное управление группой строится на основе оптимального децентрализованного позиционного управления отдельным подвижным объектом.

Ключевые слова: оптимальное управление, задача быстродействия, централизованное управление группой, децентрализованное управление группой

В статье рассматривается процесс обработки информации при учёте и контроле корреспонденции предприятия космической отрасли. Проанализировано повышение эффективности процесса учёта за счёт внедрения системы управления проектами и отказа от стандартных систем документооборота.

Ключевые слова: система управления проектами, Redmine, учёт переписки, архив переписки, автоматизация, корреспонденция, Selenium

Одной из важнейших задач применения авиации является доставка грузов, сбрасываемых с внешних подвесных устройств в строго намеченную область. Однако при подвеске, и последующем сбросе идентичных грузов при одних и тех же условиях, но с различных внешних узлов подвески самолета-носителя, возникают значительные отклонения мест падения грузов от расчетных. Для определения причин, приводящих к большим значениям относа, произведено моделирование процесса обтекания воздушного судна с грузами, расположенными на различных внешних точках подвески в программном комплексе ANSYS. По результатам моделирования сделан вывод, что основной причиной, приводящей к расхождениям в результатах сбросов с различных внешних точек подвески, является аэродинамическая интерференция от носителя, которая представляет собой дополнительные аэродинамические силы и моменты, которые приводят к изменению аэродинамических качеств баллистических тел. Следовательно возникает задача учета изменения аэродинамических качеств грузов в зависимости от места расположения в математической модели движения баллистического тела. В статье приведен способ учета характеристик аэродинамической интерференции, а также представлена разработка методики расчета баллистических характеристик грузов, расположенных на внешних подвесных устройствах самолета в условиях аэродинамической интерференции.

Ключевые слова: баллистические характеристики, моделирование, аэродинамическая интерференция, баллистическая модель

Проведено сравнение двух способов имитации дефектов непроклеев в многослойных сотовых конструкциях из полимерных композиционных материалов: метод занижения сотового заполнителя и метод имитации плоскодонными отверстиями. Метод занижения сотового заполнителя позволяет произвести настройку дефектоскопа с большей точностью, чем при настройке на плоскодонном отверстии. Применение метода занижения сотового заполнителя увеличивает достоверность неразрушающего контроля при производстве и эксплуатации изделий из полимерных композиционных материалов.

Ключевые слова: неразрушающий контроль, полимерные композиционные материалы, имитация дефектов, метод свободных колебаний, импедансный метод

В статье исследованы вопросы функционирования радиолокационной станции с цифровым синтезированием апертуры антенны (РСА) с автофокусировки радиолокационных изображений (РЛИ) по минимуму функции энтропии в условиях шумовых маскирующих помех и сложной фоновой обстановки. Определены границы практического применения алгоритма автофокусировки по минимуму функции энтропии для малогабаритной РСА и типовых постановщиков помех.

Ключевые слова: радиолокационная станция с цифровым синтезированием апертуры антенны, энтропия, радиолокационные изображения, автофокусировка, беспилотный летательный аппарат

В статье предлагается методология применения композитных гибридных сеток для расчета турбулентных внутренних течений при небольших числах Рейнольдса. Чтобы оценить возможности предложенной методики численно моделируется внутреннее турбулентное течение в плоском канале с открытой цилиндрической каверной на различных сетках, в том числе и гибридных. Рассмотрены три вида сеток: грубая гибридная сетка, уточненная гибридная сетка с неструктурированными ставками и неструктурированная треугольная сетка. Результаты численного моделирования сравниваются с данными, полученными на экспериментальной установке в Институте механики МГУ при числе Рейнольдса Re=1.34·10⁵ . На основе сопоставления совпадения данных расчета и эксперимента можно сделать выводы о применимости различных гибридных сеток для подобных типов течений.

Ключевые слова: вычислительная аэродинамика, турбулентные течения, модель турбулентности, гибридные сетки