2018. № 102

Элементы конструкций летательных аппаратов часто могут быть сведены к балочной модели, подверженной большим перемещениям при малых деформациях. Наиболее удобным и эффективным методом решения задач, описываемых такой расчетной схемой, является метод конечных элементов. В данной работе проведен обзор традиционных подходов к описанию больших перемещений и современных работ по созданию геометрически нелинейных балочных КЭ, а также предложены две модификации, позволяющие описывать неограниченно большие повороты. Отмечены особенности этих модификаций и получены матрицы касательных жесткостей и вектор узловых сил КЭ балки с учетом этих особенностей. Корректность полученных соотношений подтверждается решением тестовой задачи № 1, также проводится сопоставление модификаций решением тестовой задачи № 2. Отмечаются преимущества и недостатки обеих модификаций.

Ключевые слова: вектор Эйлера, тензор поворота, большие перемещения, большие повороты, матрица касательной жесткости, конечный элемент, теневой элемент

Рассматривается упругая однородная изотропная полуплоскость, заполненная средой Коссера. В начальный момент времени и на бесконечности возмущения отсутствуют. На границе полуплоскости заданы нестационарные нормальные перемещения. Все компоненты напряженно-деформированного состояния полагаются ограниченными. Разрешающая система уравнений включает в себя три гиперболических уравнений относительно скалярного потенциала, ненулевой компоненты векторного потенциала и вектора поворота. Решение задачи ищется в виде сверток заданного нормального перемещения с соответствующими поверхностными функциями Грина. Для построения последних применяются преобразования Фурье по координате и Лапласа по времени. Оригиналы изображений находятся с помощью совместного обращения преобразований Фурье и Лапласа. Приведены примеры действия различных нестационарных нагрузок на границу полуплоскости.

Ключевые слова: среда Коссера, полуплоскость, поверхностные функции влияния, интегральные преобразования Лапласа и Фурье, совместное обращение преобразований

При сильных ударных волнах в разреженных газах в условиях термической неравновесности происходят химические процессы, такие как реакции диссоциации и обмена, в условиях незавершенной колебательной релаксации. В связи с этим коэффициенты скорости этих процессов являются функциями как поступательно-вращательной, так и колебательной температур. В этой работе объектом исследований являются физико-математические модели химической реакции диссоциации молекул в термически неравновесных условиях. Целью работы является сравнительное исследование моделей физико-химических процессов на примере диссоциации молекул азота. Для сравнения были выбраны хорошо известные и часто применяемые теоретические модели диссоциации, представляющие процесс в однотемпературном, двухтемпературном и уровневом приближениях. В работе представлено детальное описание теоретических моделей, позволяющих рассчитать целевые функции моделей диссоциации молекул N₂ в термически неравновесных условиях как в двухтемпературном, так и в уровневом приближениях.

Для проведения обоснованного и достоверного сравнения кроме теоретических моделей привлечены результаты динамики столкновений N₂-N, полученные методом квазиклассических траекторий, а также данные физического эксперимента на ударной трубе.

Для моделирования молекулярной динамики использовался вычислительный комплекс «MD Trajectory». Вычислительные эксперименты с теоретическими моделями проводились в среде Интернет-Каталога моделей физико-химических процессов.

На основе проведенного сравнения было предложено новое, функциональное, зависящее от поступательной температуры, выражение для эмпирического параметра уровневой модели Мэрроуна-Тринора. Использование модифицированной модели позволяет хорошо описать результаты траекторных расчетов на широком диапазоне поступательных температур от 2000 до 10000K.

Ключевые слова: уровни описания, диссоциация, модели процессов, константа скорости, фактор неравновесности, уровневый фактор, метод классических траекторий, эксперимент

В работе приводятся результаты численного моделирования гидродинамики и тепломассопереноса и обсуждаются нелинейные особенности ламинарных течений.

Ключевые слова: численное моделирование, конвекция, симметрия течения, особенности ламинарных течений

Работа посвящена проблемам обеспечения промышленной чистоты рабочих полостей жидкостных систем воздушных судов, как существенной составляющей обеспечения надежности авиационной техники и безопасности полетов. Представлен метод организации неустановившихся режимов течения жидкости, повышающий эффективность технологических процессов промывки.

Ключевые слова: промывка, очистка, неустановившийся режим течения, промышленная чистота, рабочая полость, жидкостная система

Рассмотрены вопросы, связанные с возможной неединственностью плотности вероятности реализации случайной величины в стохастических процессах. Показано, что метод описания стохастических процессов для систем, не имеющих выделенных состояний равновесия, позволяет находить различные плотности вероятности стохастического процесса, которые в определенном диапазоне случайных величин сами могут реализовываться случайным образом.

С помощью анализа размерности фазового пространства удается определить устойчивые и неустойчивые ветви решения для плотности вероятности. На основе Центральной Предельно Теоремы Линдеберга делается заключение о механизме возникновения в стохастических процессах гауссовских распределений случайной величины с «тяжелыми» степенными «хвостами».

Ключевые слова: стохастические процессы, скрытая марковская модель, разрывные функции, плотность вероятности

Рассматривается вариант уточненной теории расчета напряжённо-деформированного состояния продольно подкрепленных цилиндрических оболочек под действием локальной осесимметричной нагрузки. Перемещения оболочки аппроксимируются полиномами более высокой степени по отношению к классической теории типа Кирхгофа-Лява, Тимошенко-Рейсснера. Приводятся основные уравнения и краевые условия, полученные с помощью принципа минимума полной энергии деформации. Решение краевой задачи проводится операционным методом на основании преобразовании Лапласа. Исследовано влияние нагрузки, толщины оболочки и размера зоны локального нагружения на напряженное состояние оболочки.

Ключевые слова: подкрепленная оболочка, уточненная теория, напряженное состояние «погранслой», локальная нагрузка, принцип Лагранжа, преобразование Лапласа, поперечные нормальные напряжения

Создан действующий макетный образец мобильной видеограмметрической измерительной (ВГМ) системы, предназначенный для оперативных бесконтактных измерений и визуализации распределенных деформаций крупногабаритных объектов в машиностроении.

Разработана и сформулирована пошаговая методика измерений с использованием одной цифровой камеры. Разработана двухэтапная методика калибровки измерительной системы.

Проведены контрольные испытания макетного образца мобильной ВГМ системы при измерениях деформаций натурного крыла нового образца транспортного самолета в эксплуатационных условиях стенда в ходе промышленных наземных ресурсных испытаний. Максимальная дистанция измерений составила 26 м. Максимальное отклонение в концевом сечении Dy составило 2590 мм, при этом среднеквадратическая погрешность измерений нормальных отклонений точек не превышала 2,5 мм.

Ключевые слова: метод видеограмметрии, бесконтактные измерения, ресурсные испытания, нормальные деформации, поля деформации

В настоящее время для систем терморегулирования космических аппаратов успешно используется термооптические покрытия. Терморегулирующее покрытие изготовлено из оптически прозрачного стекла К-208. Терморегулирующее покрытие К-208Ср представляет собой пластины толщиной 150±20 мкм, размерами 20×20, 25×25, 40×40 мм. Оно обладает наименьшим значением соотношения термооптических характеристик As/ε, а также имеет высокую радиационную стойкость. В данной статье представлен системный анализ технологии изготовления стеклянных элементов для этого покрытия.

Ключевые слова: космический аппарат, терморегуляция, терморегулирующее покрытие, технология изготовления стеклянных элементов

В статье приводится описание математической модели опоры шасси лёгкого многоцелевого самолёта с использованием методики моделирования движения системы твёрдых тел с голономными связями на основе уравнений Лагранжа первого рода. Традиционно в расчётных практиках для расчёта амортизации шасси летательных аппаратов применяются уравнения Лагранжа второго рода в обобщённых координатах. Недостатком такой методики является то, что для каждой кинематической схемы опоры шасси необходимо составлять свою систему уравнений, что является весьма трудоёмким процессом. Для решения этой задачи целесообразно использовать методику на основе уравнений Лагранжа первого рода. Такой подход позволяет представлять модель опоры шасси в объектном виде – как совокупность объектов: твёрдых тел, силовых факторов и механических связей, что обеспечивает модульность и расширяемость моделей.

Ключевые слова: шасси летательного аппарата, жидкостно-газовый амортизатор, метод неопределённых множителей Лагранжа

В статье представлены результаты экспериментальных исследований лазерного зажигания топлив кислород-водород, кислород-метан в запальном устройстве от полупроводникового лазера с волоконным выводом излучения. Использование лазера такого типа в качестве источника энергии воспламенения топливных смесей в ракетной технике позволит снизить требования по обеспечению режимов тепло- и виброзащиты для системы лазерного зажигания на борту космического аппарата. По результатам проведенных экспериментов получены диапазоны рабочих характеристик запального устройства и поджигающего лазера, обеспечивающие стабильное воспламенение топливных смесей кислород-водород и кислород-метан.

Ключевые слова: лазерное зажигание, лазерный диод, оптическое волокно, полупроводниковый лазер, запальное устройство, кислород-водород, кислород-метан

В настоящей статье изложены результаты работы по проектированию и изготовлению горелок камеры сгорания газотурбинного двигателя методом прототипирования. Приведены особенности конструкции горелок. Описано оборудование и материалы при помощи которых создавались горелки, установочная плита и другие элементы оснастка. Представлена конструкция стенда, на котором проводились исследования структуры течения на выходе из изготовленных горелок. Описан принцип его работы и параметры испытаний. По результатам работ выявлено, что установленные рядом горелки с противоположной круткой лопаток формируют более короткую структуру турбулентной струи, что может быть использовано в малоэмиссионных камерах сгорания уменьшенных габаритов.

Ключевые слова: камера сгорания, горелка, газотурбинный двигатель, аддитивные технологии, турбулентное течение, закрутка потока

Перспективным направлением снижения массы и повышения надёжности малоразмерных двигателей является использование подшипников с консистентной смазкой, что позволит отказаться от масляной системы. Так как рабочая температура консистентной смазки, как правило, ниже традиционных авиационных масел, то требуется точная оценка теплового состояния подшипника. Отраслевые методы расчёта тепловыделения подшипников с консистентной смазкой отсутствуют, поэтому для обоснования работоспособности двигателя с подобными подшипниками требуется создание и верификация такого метода расчёта. В статье представлен метод расчёта тепловыделения в гибридных подшипниках с керамическими телами качения и консистентной смазкой. В качестве основного критериального уравнения использован метод Демидовича. Экспериментальные данные для верификации метода расчёта получены при испытаниях подшипника шарикового радиально-упорного типоразмера 126308. В результате анализа определены коэффициенты, описывающие экспериментальные данные с достаточной для инженерной методики точностью.

Ключевые слова: «гибридный» шарикоподшипник, керамические тела качения, температура, тепловой режим, числа подобия, потери мощности

Представлены результаты численного исследования теплового и напряженного состояния бандажных полок рабочих лопаток турбин, устанавливаемых в газогенераторах высокотемпературных газотурбинных двигателей (ГТД) авиационного и наземного применения. Разработана и оптимизирована схема их конвективно-плёночного охлаждения, обеспечивающая возможность установки бандажных полок в этих турбинах с целью повышения экономичности и ресурса горячей части современных и перспективных ГТД.

Ключевые слова: турбина, бандажная полка, рабочие лопатки, система охлаждения турбин, конвективно-плёночное охлаждение

В работе определены характеристики лазерных локационных систем (ЛЛС), предназначенных для коррекции бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) беспилотных летательных аппаратов. Рассмотрены конструкции ЛЛС на основе 3D Flash Ladar-технологии и оптико-механических сканеров. Проведен анализ производительности оптико-механических сканеров, энергетические расчеты и сравнение эффективности разных конструкций ЛЛС. Показаны преимущества ЛЛС на основе оптико-механического сканера гибридного типа, с использованием волоконных лазеров и лавинных фотодиодов.

Ключевые слова: лазерная локационная система, сканирование, беспилотный летательный аппарат, навигация, бесплатформенная инерциальная навигационная система, коррекция

Предложен метод расчёта плана коррекций приведения космического аппарата (КА) на заданную позицию геостационарной орбиты. Представлены результаты моделирования, показывающие, что по качеству результатов расчёта он близок к известному методу. Но предложенный метод проще и поэтому предпочтителен для использования на КА.

Ключевые слова: геостационарная орбита, многовитковые маневры, приведение космического аппарата на геостационарную орбиту, перевод космического аппарата на геостационарную орбиту, двигатели малой тяги

В качестве гироскопических датчиков современных высокоточных бесплатформенных инерциальных навигационных систем воздушных судов используются различные системы, работающие на различных физических принципах. Наибольшее распространение в мире получили лазерные гироскопы, реализующие эффект Саньяка, и отличающиеся конструктивно-технологическим исполнением. В промышленно выпускаемых инерциальных навигационных системах используют два типа таких гироскопов: кольцевой газовый и волоконно-оптический. Относительно недавно в группе лазерных гироскопов появилась новая разработка, занимающая промежуточное место между кольцевыми газовыми и волоконно-оптическими гироскопами. Это устройство получило название «кольцевой моноблочный гироскоп с полупроводниковым лазерным диодом». Принципиальным отличием устройства является наличие многогранного оптического моноблока с расположенной внутри треугольной оптической схемой с открытыми каналами. Задача формирования двунаправленного оптического сигнала от лазерного диода решается с помощью оригинальной конструкции резонатора-расщепителя. При этом полупроводниковый лазерный диод находится внутри оптической схемы гироскопа. Кольцевой режим оптического сигнала реализуется зеркальной системой. Съем информации об угловой скорости объекта навигации осуществляется обработкой динамической интерференционной картины с выхода гироскопа. Новое конструктивно-технологические решение гироскопического датчика требует знание его погрешностей на основе соответствующей обобщенной математической модели источников шумов и погрешности. В работе анализируется треугольная моноблочная оптическая схема лазерного гироскопа с повышенной симметрией относительно оси «резонатор-расщепитель – интерференционный смеситель – фотоприемник» с целью оценки ее потенциальных шумов и нестабильностей. Данная оптическая схема ранее не анализировалась из-за не востребованности в кольцевых газовых лазерных гироскопах. Получены оценки потенциальных возможностей данного конструктивно-технологического решения гироскопа в качестве чувствительного элемента инерциальной навигационной системы воздушного судна. Показано, что оптическая схема обладает наличием автоматической внутренней взаимной фазовой модуляции и имеет место компенсация внутренних температурных градиентов объекта исследования. Разработанная конструкция кольцевого моноблочного гироскопа рекомендуется в качестве высокоточного, термостабильного кольцевого моноблочного гироскопа с полупроводниковым лазерным диодом для бесплатформенных инерциальных навигационных систем воздушных судов. Особенности конструктивно-технологического решения датчика могут являться основой при решении задачи резервирования чувствительных элементов инерциальной навигационной системы.

Ключевые слова: лазерный гироскоп, эффект Саньяка, кольцевой моноблочный оптический контур, шумы, нестабильность, взаимная фазовая модуляция

В работе рассматривается новый подход к обеспечению контроля утечек из топливной и гидравлической систем летательных аппаратов (ЛА) в полете, реализованный на основе сорбционного сенсорного кабеля, чувствительного к углеводородам. Показано, что традиционные способы контроля утечек авиационного топлива и рабочего тела гидравлической системы (авиационное масло), основанные на вычислительных алгоритмах, обладают существенными недостатками, а именно задержкой во времени обнаружения утечки и невозможности оперативного определения ее местоположения. Предложено альтернативное решение данных проблем – гравитационно-независимый сорбционный кабельный сенсор углеводородов (СКСУ), обладающий высокой чувствительностью к углеводородным жидкостям. Сорбционный механизм взаимодействия с жидкостью протечки, обеспечивающий его высокую чувствительность, позволяет размещать СКСУ непосредственно на элементах топливной и гидравлической систем ЛА таким образом, чтобы вне зависимости от возможных направлений течи, обеспечить попадание жидкости на сорбционную оболочку кабеля. При выполнении этого условия обнаружение утечек жидкостей может производиться при любом положении ЛА в пространстве, в том числе при активном маневрировании, что значительно расширяет модельный ряд ЛА, на которых возможен контроль протечек с использованием СКСУ. Уникальные чувствительность и быстродействие СКСУ позволяют рассматривать его как основу бортовых автоматизированных систем раннего обнаружения протечек в топливной и гидравлической системах ЛА. При построении систем обнаружения протечек для определения местоположения течей может быть использован зонный способ, с назначением контролируемому объекту отдельного кабеля или метод рефлектометрии при организации контроля на протяженных объектах.

Ключевые слова: утечка, углеводороды, авиационное топливо, авиационное масло, летательный аппарат, сорбционный сенсорный кабель, течь, рефлектометрия

Представлена модель системы тестирования обучающихся, разработанная с использованием расширения и дополнения классических методов оценки знаний студентов. Применима для анализа результативности освоения прочитанного материала, как самими обучающимися, так и преподавателями. Реализована на базе клиент-серверной архитектуры, с использованием базовых клиентских шаблонов web, а также серверной части Apache. Система разработана как первая ступень автоматизированной системы обработки информации с развиваемой структурой.

Ключевые слова: модель, автоматизированное обучение, оценка знаний, тестирование, оценочные средства

В статье сформулированы задачи динамического резервирования радиоресурса космического аппарата связи в виде задачи нелинейного программирования и приведен пример ее решения при обслуживании нестационарного потока сообщений, формируемого группой речевых абонентов. В качестве модели нестационарного потока сообщений, формируемого речевыми абонентами с учетом подавления сигнала в паузах, использован модулированный марковский процесс и его частный случай – прерываемый пуассоновский процесс. Разработана математическая модель процесса обслуживания модулированного марковского процесса с задержкой в подключении дополнительных каналов в виде трехмерной марковской цепи. Разработан алгоритм и приведен числовой пример решения поставленной задачи для случая, когда входной поток формируется лишь одним абонентом и описывается прерываемым пуассоновским процессом.

Разработана и описана имитационная модель динамического резервирования радиоресурса космического аппарата связи на основе программного продукта, рекомендованного для проведения научных исследований в области математического и имитационного моделирования – Matlab/Simulink/SimEvents, вместе с интерактивным инструментом разработки сложных моделей Stateflow. Программный продукт Stateflow основан на использовании теории конечных автоматов и систем массового обслуживания – предназначен для проектирования логических систем массового обслуживания.

Распространение разработанного подхода к управлению ограниченным ресурсом КАС на случай подключения к каждой ЗС группы из множества абонентов, позволит добиться еще более существенного выигрыша в экономии радиоресурса КАС за счет динамического перераспределения его между радионаправлениями.

Ключевые слова: космический аппарат связи, динамическое резервирование, радиоресурс, земная станция, прерываемый пуассоновский поток, модулированный марковский процесс, нестационарные информационные потоки, управление с задержкой, речевой трафик

В статье рассматриваются математическая модель базовых параметров бистатического космического интерферометра с двумя радиолокаторами синтезированной апертуры. Анализируется выбор основных параметров интерферометра с учетом требований к точности определения высоты рельефа. Оценивается влияние ошибок определения положения космических аппаратов в пространстве на ошибки измерения. В качестве примера проведен анализ требований к навигационно-баллистическому обеспечению на примере интерферометрического тандема космических аппаратов «Terrasar-X» и «Tandem-X».

Ключевые слова: космический радиолокатор синтезированной апертуры, цифровая модель рельефа местности, бистатический интерферометр, точность определения координат

Предложен метод синтеза оптимальной по квадратичному критерию стратегии стабилизации горизонтального полета беспилотного летательного аппарата (БЛА) в вертикальной плоскости с учетом углового движения. Движение БЛА в условиях случайного ветрового воздействия описывается квазилинейной стохастической системой. Для упрощения системы стабилизации предлагается использовать минимальное количество измеряемых параметров движения совместно с идентификатором состояния пониженной размерности. При этом как параметры стратегии управления, так и параметры идентификатора предлагается выбирать из условия оптимизации общего критерия качества стабилизации. Особенностью предложенного метода является отсутствие разделения задач синтеза управления и наблюдения, обусловленного не применимостью теоремы разделения для рассматриваемых квазилинейных систем.

Ключевые слова: малый беспилотный летательный аппарат, оптимальное управление, стабилизация движения, подавление ветровых возмущений, идентификатор пониженной размерности

Рассмотрен системный подход к повышению надёжности и эффективности эксплуатации электротехнических устройств, предупреждению деградационных отказов в электроприводе в авиации, в спутниковой связи и др. областях, за счёт формирования причинно-следственной схемы отказа, разработки математической модели оценки деградационного состояния устройств, диагностики и прогноза их остаточного ресурса по результатам моделирования.

Ключевые слова: системный подход к повышению безотказности электротехнических устройств, причинно-следственная схема отказа, математическая модель оценки деградационного состояния, эксплуатационная надёжность устройств, прогноз остаточного ресурса

На основе методики физического моделирования электромагнитных помех в линиях связи реализовано прогнозирование помехоустойчивости бортовых электронных средств беспилотного летательного аппарата при воздействии удаленного разряда молнии. Проведен расчет всех этапов методики физического моделирования. Выбрано имитационное и измерительное оборудование, разработан экспериментальный стенд и макет объекта исследования. Представлен пример физического моделирования электромагнитных помех в линиях связи электронных систем беспилотного летательного аппарата. Проведено прогнозирование помехоустойчивости электронных элементов беспилотного летательного аппарата при воздействии электромагнитных помех удаленного разряда молнии.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, электронное средство, помехоустойчивость, электромагнитная помеха, физическое моделирование, разряд молнии, прогнозирование

Проведён анализ действующей системы весового контроля при производстве авиационной техники. Поднят вопрос об актуализации проблем, связанных с проведением весового контроля в авиационной промышленности, предложены пути их решения. Разработано и представлено к рассмотрению программно-математическое обеспечение (ПО) «Контроль массы», направленное на решение задачи создания «Автоматизированной системы весового контроля» (АСВК), получение обработки результатов измерения массы деталей, сборочных единиц (ДСЕ), составлению и циркуляции документации. Рассмотрены перспективы развития АСВК в системе CALS-технологий [1] или же используя более понятную российским специалистам терминологию, в системе Информационной Поддержки процессов жизненного цикла Изделий (ИПИ) [2].

Ключевые слова: летательный аппарат, ACBK, весовой контроль, программное обеспечение, конструкция минимального веса, CALS технологии

Рассматриваются вопросы развития корпоративных информационных систем, их проектирования, развития, эксплуатации. Предлагается подход к проектированию связанный с комбинирование известных технологий. Показана принципиальная возможность комбинирования данных подходов на основе общности базовой предметной области.

Ключевые слова: проектирование информационных систем, модель сущность-связь, онтологический подход, XML формат

Статья посвящена разработке математической модели движения авиационных бомб гладкой баллистики для определения возможностей бомбометания. Математическая модель построена на численном решении системы дифференциальных уравнений, учитывающих баллистические характеристики авиационных бомб, их кинематические и гравитационные параметры. Баллистические характеристики определяют аэродинамические свойства авиационных средств поражения, которые оказывают существенное влияние на параметры их траектории и вводятся в прицелы бомбометания при определении углов прицеливания. На основе данной математической модели разработана программа для ЭВМ, предназначенная для моделирования движения авиационных средств поражения гладкой баллистики после сброса с самолета-носителя. Программа может использоваться при научно-методическом сопровождении испытаний авиационной техники, планировании летных испытаний, расчете параметров движения авиационных средств поражения. Оценка достоверности результатов моделирования проводилась путем сравнения полученных результатов с данными баллистических таблиц. Полученное расхождение в пределах, не превышающих 5 %, позволяет рекомендовать разработанное программное обеспечение для оценки боевых возможностей авиационных комплексов при атаке наземных целей в ходе проведения летных испытаний. Полученные решения положены в основу метода исследования баллистических характеристик авиационных средств поражения и расчетно-экспериментального метода определения боевых возможностей авиационных комплексов при атаке наземных целей в ходе летных испытаний.

Ключевые слова: моделирование, авиационные бомбы, летные испытания, баллистика

В статье предложен алгоритм построения стохастических вариаций вектора с целью использования этих вариаций для тестирования программного обеспечения расчета и контроля полетного задания. В работе рассмотрен метод автоматического построения вариаций вектора при построении расчетной сетки тестирования, учитывающий заданные ограничения (ограничения на длину вектора и диапазоны изменения каждой его компоненты). Представленный алгоритм позволяет при генерировании расчетной сетки тестирования перейти от ручного ввода вариаций входных векторных параметров к их автоматической генерации, что уменьшает трудозатраты инженера-оператора и исключает влияние человеческого фактора.

Ключевые слова: расчет и контроль полетного задания, алгоритм, блок-схема, вариации вектора, автоматизация