Авиационная и ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Известия Самарского научного центра Российской академии наук
Статья научная
Представлена математическая модель, предназначенная для определения наивыгоднейших условий формообразования деталей на операциях концевого фрезеровании, состоящая из линейной целевой функции и линейных ограничений-неравенств и учитывающая кинетику тепловых процессов в зоне резания. В качестве целевой функции использовано уравнение, определяющее машинное время обработки, а в качестве ограничений-неравенств - ограничения, связанные как функциональными параметрами, так параметрами процесса фрезерования, определяющими качество обработки.
Бесплатно
Статья научная
Представлена математическая модель для определения рациональные условия обработки на операциях плоского шлифования периферией круга на станках с прямоугольным столом, состоящая из линейной целевой функции и линейных ограничений-неравенств. В качестве целевой функции использовано уравнение, определяющее основное время обработки, а в качестве ограничений-неравенств - ограничения, связанные с функциональными параметрами и параметрами, определяющими качество обработки и кинематические возможности станка.
Бесплатно
Статья научная
В статье описывается модель принятия решения в процессе выбора исполнителя технологической операции на многономенклатурном производстве. Минимизация риска по выбору неподходящего к выполнению технологической операцииисполнителя является одной из задач процесса проектирования загрузки мощностей производства. Решение выбора того или иного исполнителя зачастую принимается субъективно. В статье данная задача решается автоматизированной системой, которая используя полученные данные математической статистики, принимает выбор в пользу лучшего исполнителя по своим суммарным показателям. Предлагаемый метод позволяет повысить эффективность планирования, увеличить вероятность изготовления точно в срок и минимизировать риск невыполнения договорных обязательств.
Бесплатно
Статья научная
В статье приведены результаты разработки математической модели процесса оценки термического состояния шаровых частиц порошковой композиции обрабатываемых на одном режиме в технологии селективного лазерного сплавления. Модель учитывает: особенности передачи энергии лазерного излучения частицам при их размерах меньших, но сравнимых с размером диаметра пятна излучения; передачу энергии через верхнюю половину шара с зависимостью коэффициента поглощения излучения от угла его падения; плавление материала в диапазоне температур солидуса и ликвидуса; возможность испарения материала поверхности; зависимость теплофизических параметров материала от температуры. Модель адаптирована к виду применимому для реализации в стандартном конечно-элементном программном продукте ANSYS Transient Thermal, на котором проведено численное моделирование процесса. Установлено, что величина диапазона размеров частиц, используемой фракции порошковой композиции, определяет возможность выбора и назначения режима лазерной обработки для обеспечения высокого качества материала после сплавления.
Бесплатно
Математическое моделирование теплового состояния герметизированного отсека гиперзвукового самолёта
Статья научная
Разработан метод определения теплового состояния герметизированного отсека гиперзвукового самолёта, основанный на использовании математической модели теплового состояния отсека с металлическими сотовыми конструкциями. Математическая модель системы герметизированного теплоизолированного отсека с системой охлаждения обшивки представлена системой дифференциальных и алгебраических уравнений, описывающих конвективный и радиационный теплообмен наружной поверхности обшивки, конвективный теплообмен в канале системы охлаждения и теплообмен теплопроводностью сотовой конструкции. Проведена разработка стохастического метода решения прямой задачи теплообмена металлической сотовой конструкции с использованием стохастических дифференциальных уравнений методом Эйлера и методом случайного блуждания по сферам. Моделирование траекторий случайного процесса осуществлялось с использованием параллельного датчика гауссовских случайных величин из библиотеки Intel MKL. При решении жёсткой системы обыкновенных дифференциальных уравнений используется неявный метод Розенброка второго порядка. Обратная задача для металлической сотовой конструкции решена по стохастическому квазиградиентному алгоритму с переменной метрикой. Кроме этого параметрическую идентификацию модели теплового состояния отсеков предложено прводить композицией метода наискорейшего спуска, метода Ньютона и квазиньютоновского метода Бройдена-Флетчера-Гольдфарба-Шэнно. Вектор произведения погрешностей оценок коэффициентов нелинейной математической модели определён по выражению, являющемся функцией квантиль χ2 - распределения и матрицы Грамма. При этом используется метод проецирования совместной доверительной области оценок на координатные оси пространства коэффициентов. Исследования гиперзвукового самолёта проводились с использованием Норм лётной годности. Получены потребные значения толщины металлической сотовой конструкции герметизированного отсека, температуры и расхода хладагента системы охлаждения обшивки гиперзвукового самолёта. Оптимизация характеристик металлической сотовой конструкции герметизированного отсека гиперзвукового самолёт и системы охлаждения обшивки и проводилась для обеспечения надёжности работы самолёта, его бортового оборудования, комфортных условий в кабине экипажа и салоне пассажиров.
Бесплатно
Метод освобождения динамической расчетной модели летательного аппарата
Статья научная
Расчетные динамические модели разрабатываются на этапе проектирования летательного аппарата (ЛА) и используются в оценках эксплуатационной нагруженности, обеспечении прочности, управляемости и аэроупругой устойчивости ЛА. Эти модели сопровождают экспериментальные исследования, опытную и серийную эксплуатацию ЛА. При этом расчетные модели корректируются по результатам наземных модальных испытаний. Расчетной моделью ЛА является, как правило, модель свободной динамической системы. В то же время для модальных испытаний авиационная техника либо устанавливается на шасси, либо помещается на специальную систему упругого вывешивания, а космические конструкции - на систему обезвешивания. В настоящей работе предлагается метод освобождения закрепленной динамической расчетной модели ЛА после проведения процедуры прямой коррекции её матриц жесткости и/или масс. Такая коррекция приводит к тому, что сделать модель свободной невозможно непосредственным возвращением убранных при закреплении модели степеней свободы. Предлагаемый метод позволяет освободить модель от закреплений при условии, что известны инерционные характеристики свободной конструкции. А именно: масса и массовые моменты инерции относительно некоторой точки, например, центра тяжести. Метод основан на том, что закрепленная модель ставится на виртуальную подвижную платформу, которая имеет инерционные характеристики исходной свободной конструкции. Это позволяет описывать в модели движение конструкции как жесткого тела. Движение платформы влияет через инерционные силы на закрепленную модель, обратное влияние осуществляется через сумму всех сил инерции модели, которая, по сути, является реакцией в закреплении. Система уравнений движения закрепленной модели дополнена уравнениями движения платформы, силы инерции, обусловленные движением как жесткого целого, добавлены в каждое уравнение движения модели. Кроме того, осуществлен переход от локальной системы координат, связанной с закрепленной моделью, к глобальной системе координат. Полученные уравнения не нарушают симметрию матриц жесткости и масс. Частоты и формы собственных колебаний освобожденной модели близки к соответствующим частотам и формам свободной модели. Реализация метода проиллюстрирована для математической модели набора линейных осцилляторов. Показан пример освобождения условной балочной модели самолета, установленного на шасси.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются количественные показатели уровня безотказности воздушных судов при их создании и эксплуатации. При этом используется проектная оценка этого показателя на уровне априорного анализа и экспериментальная оценка на уровне апостериорного анализа.
Бесплатно
Статья научная
Разработан новый метод упрочнения углеродных лент модифицированными нанотрубками на основе ультразвуковых резонаторов. Установлено, что использование ультразвука для размешивания нанотрубок в связующем дает более равномерное их распределение по сравнению с существующими методами. Проведено сравнение предлагаемого метода упрочнения с применяемыми в настоящее время на производствах методами упрочнения. Предложен более эффективный метод упрочнения углеродных лент, путем внедрения углеродных нанотрубок ультразвуковым ветром в структуру углеродной ленты.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена вопросам создания вспомогательной силовой установки для реализации концепции «электрического самолета». Ряд перспективных проектов летательных аппаратов, из ряда так называемых «более электрических самолётов», предполагает штатную работу вспомогательной силовой установки (ВСУ) на протяжении всего полёта для генерирования электроэнергии. При этом предполагается, что автономная работа ВСУ на номинальном режиме в течение всего полёта энергетически более выгодна, чем отбор механической мощности от двигателей с последующей трансформацией в электроэнергию. Дальнейшая реализация концепции «электрического самолёта», связанная с ростом энергопотребления на борту даже при одновременном повышении энергоэффективности электромеханизмов и прочих потребителей, приведёт к увеличению единичной эквивалентной (суммарной по электроэнергии и воздуху) мощности ВСУ. Другая проблема связана с тем, что перспективные требования к самолётам гражданской и военной авиации требуют поиска путей существенного увеличения топливной эффективности ЛА в целом. Одним из основных резервов для достижения этих целей является комплексное повышение эффективности двигательной установки и ВСУ, как источника вторичной разнородной мощности для потребителей борта. В настоящее время в мировом авиастроении опробуются конструктивные решения по схемному перераспределению потребления и генерации мощности путем перехода на электроприводные силовые механизмы и генерацию электроэнергии на вспомогательных установках. В качестве одного из основных средств дальнейшего повышения экономичности и улучшения экологических показателей перспективных авиационных ВСУ в настоящее время рассматриваются топливные элементы. В основу всех схемных решений авиационных гибридных ВСУ положено сочетание батареи топливных элементов (ТЭ) и турбокомпрессорной группы, обеспечивающей необходимый уровень параметров рабочих тел по давлению и их температуре, необходимых для эффективной работы ТЭ. Масса конструкции создаваемой перспективной авиационной ВСУ, должна быть не больше массы конструкции ВСУ, по сравнении за базовой - газотурбинной авиационной ВСУ. В работе представлена методика оценки основных энергетических и массогабаритных характеристик энергетической установки для проведения сравнительного анализа вариантов гибридных вспомогательных силовых установок с топливными элементами для перспективных самолетов гражданской авиации.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается задача построения статистических моделей, описывающих зависимость масс бортовых систем космических аппаратов от их целевых параметров Такие модели целесообразно использовать на ранних этапах разработки космических аппаратов. Для построения моделей используются статистические данные по типовым образцам бортовых систем. Поскольку неоднородность имеющихся статистических данных может привести к низкому качеству моделей, предлагается, в целях получения более достоверных моделей, разбивать имеющиеся данные на относительно однородные группы (кластеры) с последующим построением регрессионных моделей для каждой группы по отдельности. Сущность методики рассмотрена на примере построения регрессионных моделей для оценки массы оптико-электронных телескопических комплексов космических аппаратов дистанционного зондирования Земли. Кластерный анализ был выполнен с использованием статистического пакета STADIA отечественной разработки. Показано, что увеличение числа задаваемых кластеров приводит к получению более однородных групп исходных данных и, как следствие, получению регрессионных моделей более высокого качества. С другой стороны, увеличение числа кластеров сопровождается уменьшением числа содержащихся в них данных, которое может оказаться недостаточным для построения адекватных регрессионных моделей. В рассмотренном примере путём варьирования задаваемого числа кластеров было получено устойчивое разделение статистических данных на три кластера. Два из них содержали достаточно большое число данных для построения на их основе регрессионных моделей, которое осуществлялось с помощью математического пакета Mathcad. Было выполнено построение моделей первого и второго порядка, произведена проверка их адекватности и сравнение качества по значению коэффициента детерминации. Полученные регрессионные модели могут быть рекомендованы для прогнозирования массы целевой аппаратуры разрабатываемых космических аппаратов дистанционного зондирования Земли с заданными целевыми параметрами.
Бесплатно
Методика расчета режима исследования антифрикционных свойств покрытий обтяжных пуансонов
Статья научная
В статье рассмотрена методика расчета параметров процесса оценки антифрикционных свойств покрытий обтяжных пуансонов на машине трения МТУ-01.
Бесплатно
Методика управления качеством бортового оборудования изделий авиационной и наземной техники
Статья научная
Целью данной статьи является изложение методики управления качеством изделий авиационной и наземной техники за счет обеспечения и подтверждения надежности в период гарантийного срока эксплуатации и сокращение сроков разработки. Методика, базируется на форсированном режиме проведения отбраковочных испытаний для выявления режимов отказов, свойственных всему жизненному циклу изделия.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются вопросы оценки безопасности конструктивных элементов воздушных судов. От информативности подсистем воздушного судна (ВС) во многом зависит степень наблюдаемости тех параметров или показателей, которые позволят судить о текущем состоянии ВС и его конструктивных элементах для проведения анализа и прогноза качества его работы, принятия решений и выбора управляющих воздействий. Авторы считают, что организация мониторинга жизненного цикла ВС начинается с выбора цели мониторинга и признаков, определяющих его назначения и состояния.
Бесплатно
Статья научная
Излагается методология исследований систем «человек - короткорадиусная центрифуга», предназначенных для имитации факторов гипогравитации Луны и Марса в наземных условиях и выявления скрытых закономерностей состояний человека. Специфику и новизну методологии составляют: двунаправленность исследований - пилотируемая космонавтика и гравитационная терапия; авторская информационно-аналитическая система, обеспечивающая вычисление индивидуальных режимов вращения в зависимости от целенаправленности эксперимента; сочетание экспериментальных и теоретических методов исследований с построением упрощённых математических моделей, доступных широкому кругу пользователей; двухточечный доступ для количественной оценки гемодинамики по схеме «рука - лодыжка».
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены задачи совершенствования существующих технологий автоматизации процессов конструкторско-технологического проектирования объектов авиационной техники по параметрам точности, взаимозаменяемости, качества и надёжности. Предложена методика построения размерных цепей сборок по технически обоснованным показателям точности технологических операций. Определены условия обеспечения заданного перемещения, ориентации и фиксации элементов объекта сборки по координатно-фиксирующим поверхностям и поверхностям разъемов, определены условия, при которых обеспечивается точность сопряжения деталей в задаваемом базисе. Показано, при каких условиях точность сборки может быть обеспечена за счёт компенсации незначительным упругим деформированием элементов разъема. Исследованы условия и определены критерии технологичности разъемов в современных схемах агрегатно-сборочного производства в зависимости от жесткости элементов конструкции и видов применяемого сборочного специализированного оборудования.
Бесплатно
Методы планирования траектории движения беспилотного летательного аппарата
Статья научная
Приводится описание аналитико-числового и приближенного численного матричных методов планирования траектории движения беспилотного летательного аппарата, которые отличаются от аналогов повышенной точностью и более низкой вычислительной трудоемкостью расчета баллистиконавигационных задач.
Бесплатно
Статья научная
Приводится описание аналитико-числового и приближенного численного матричных методов планирования траектории движения беспилотного летательного аппарата с учетом необходимости преодоления летательным аппаратом зон противовоздушной обороны противника, которые отличаются от аналогов повышенной точностью и более низкой вычислительной трудоемкостью расчета баллистиконавигационных задач.
Бесплатно
Многозвенные гасители пульсаций давления
Статья научная
В статье приводятся результаты исследований динамических характеристик акустических гасителей колебаний жидкости при продольной распределённости параметров. Показывается, что для улучшения характеристик гасителей их целесообразно делать многозвенными.
Бесплатно
Статья научная
В статье описаны результаты многокритериальной оптимизации трехступенчатой осевой неохлаждаемой турбины низкого давления. Целью оптимизации являлось улучшение рабочего процесса турбины по трем критериям: угол потока на выходе турбины, значение остаточной закрутки потока на выходе из турбины, величина КПД турбины. Для решения задачи выполнялось полное перепрофилирование всех лопаток турбины. Перепрофилирование включало в себя изменение как формы сечений лопаток, так и взаимное положение сечений друг относительно друга в радиальном направлении (3D профилирование).
Бесплатно
Статья научная
В статье приводятся результаты оптимизации осевого компрессора газотурбинного двигателя за счёт совместного использования программного комплекса оптимизации IOSO и программного комплекса CFD анализа NUMECA Fine/Turbo. Оптимизация выполнялась за счет изменения формы рабочих лопаток и направляющих аппаратов. Форма меридиональных обводов тракта при этом не менялась. В процессе оптимизации рассчитывались параметры работы компрессора на трех режимах соответствующих работе двигателя при пониженной, стандартной и повышенной температуре воздуха на входе. Были заданы ограничения, определяющие положение рабочей точек на характеристике КНД в процессе решения задачи. Ограничивались: величина расхода воздуха на входе в компрессор, степень повышения давления, КПД и угол выхода потока из последнего направляющего аппарата. В качестве варьируемых переменных в процессе оптимизации были приняты для лопаток рабочих колёс: смещение трех точек образующих среднюю линии в окружном направлении, смещение точки, соответствующей центру дуги выходной кромки в осевом направлении, угол установки сечений. Для лопаток направляющих аппаратов: смещение точек образующих окружную линию в окружном направлении, угол установки, вынос сечений в окружном и осевом направлениях. Также в качестве варьируемых переменных использовалось значения статических давления на выходе из КНД в точках, соответствующих режиму срыва. В результате решения задачи оптимизации получено множество не улучшаемых компромиссных решений (множество Парето) между повышением уровня КПД компрессора и повышением коэффициента запаса устойчивой работы. Один из полученных вариантов компрессора показал повышение КПД по сравнению с базовым вариантом на 1,2 % при значении расхода воздуха как на базовом варианте, запас газодинамической устойчивости при этом не ухудшился.
Бесплатно
