Информатика, вычислительная техника и управление. Рубрика в журнале - Известия Самарского научного центра Российской академии наук
Статья научная
Разработана методика определения весовых характеристик крыла большого удлинения с использованием интегрального весового критерия - коэффициента силового фактора и численного математического моделирования в областях аэродинамики и механики твёрдых тел. Для поиска рационального положения лонжеронов в крыле при выборе его конструктивно-силовой схемы в работе рассмотрено применение метода многокритериальной оптимизации на основе генетических алгоритмов. Расчёт распределения воздушной нагрузки в рамках предлагаемой методики выполнен на основе математического моделирования течений методом дискретных вихрей. Вычисление коэффициента силового фактора конструкции проведено на основе напряжённого состояния конструкции крыла, полученного методом конечных элементов. Работоспособность методики показана на примере решения демонстрационной задачи по оценке влияния ряда геометрических параметров крыла на распределение воздушной нагрузки и его весовые характеристики.
Бесплатно
Статья научная
Приведена методика применения кластерного анализа для классификации экспериментальной базы и повышения качества и надёжности радиоэлектронной аппаратуры. Для проведения кластерного анализа использован метод К-средних. Исследования проведены на выборке микросхем 765ЛН2. Было использовано центрирование исходных данных, в качестве которых выступали информативные параметры. С помощью иерархической классификации получена вертикальная дендрограмма кластерного анализа. Проведен дисперсионный анализ результатов, который позволил определить значимость различий между кластерами. Установлено, что кластерный анализ эффективен в том случае, когда классы экземпляров хорошо разделяются.
Бесплатно
Методика проектирования сети-на-кристалле с парированием сбоев и отказов
Статья научная
Возможность парирования (mitigation) сбоев и отказов становится одним из основных требований как для сети-на-кристаллах (СенК) аэрокосмического применения, так и для встраиваемых систем изготавливаемых с использованием малых проектных норм. Наряду с данным требованием для этих классов систем, как правило, существуют достаточно жесткие требования по площади, энергопотреблению. В статье рассматриваются существующие подходы к структурному проектированию СенК с парированием отказов, их ограничения. Предлагается методика проектирования структуры реконфигурируемой СенК с возможностью парирования сбоев и отказов, которая позволяет учесть особенности технологии производства и условий эксплуатации при реализации конкретного проекта.
Бесплатно
Методика расчета нагрузок на трубопровод от динамических воздействий во время полета ракеты-носителя
Статья научная
В данной статье содержатся методические рекомендации по решению задачи динамического нагружения трубопровода [1], необходимых для подачи жидких компонентов в двигатель ракеты-носителя, от динамических воздействий двигательной установки. Даны рекомендации по расчету нагрузок на трубопровод от вибрационных воздействий и гидроудара. Выведено её уравнение движения на составляющие и проведён расчёт нагрузок при гармонических колебаниях ракеты-носителя. В качестве исходных данных для динамического расчёта нагрузок были заданы ускорения узлов крепления двигательной установки и трубопровода, полученные из решения общей динамической задачи для оценки гидродинамической силы для ракеты-носителя. На данном этапе была рассчитана нагрузка на трубопровод с учётом гидроудара массы жидкости для случая начала полета ракеты-носителя, как одного из самых нагруженных для данной системы. При расчёте нагрузок на трубопровод использовался линейный динамический анализ [3]. В результате расчёта были получены усилия в узлах крепления рассматриваемой конструкции, а также усилия, распределённые по длине трубопровода. Описана методика расчёта динамического нагружения трубопровода. Нагрузки на трубопроводы складываются из квазистатических составляющих, в которые обычно включают траекторные перегрузки и низкочастотные динамические составляющие [4] от переходных процессов типа старта, а также дополнительных нагрузок от вибрационных и акустических воздействий. Квазистатические и низкочастотные динамические составляющие в нагрузках [5] обычно имеют достаточно высокую степень определенности и, как правило, оцениваются расчетным путем с использованием соответствующих моделей РКН и навесного оборудования. Получаемые таким образом нагрузки охватывают низкочастотную часть спектра до 20-30 Гц. Для трубопроводов обычно используются балочные модели [6] с упругими опорами и кинематическими связями с днищами баков и двигательной установкой. При расчете силовых факторов в сечениях трубопроводов (продольной и перерезывающих сил, изгибающих и крутящего моментов, усилий в узлах опирания) топливо допускается считать замороженным (без учета скорости движения). Скорость движения жидкости должна учитываться при оценке давления гидроударов в трубопроводах для расчета напряженно-деформированного состояния трубопроводов от внутреннего давления.
Бесплатно
Методика расчёта антенн на основе уравнений Ампера и Фарадея
Статья научная
Представлен анализ уравнений электромагнитного поля, принятых за основу современной теории антенн. Анализ показал, что уравнения Ампера - Фарадея со сторонними силами и уравнения Максвелла для свободного поля соответствуют всем законам теории поля и закону сохранения энергии, и могут быть использованы для решения антенных задач. Рассмотрены свойства и особенности этих уравнений с этой точки зрения, в частности высказано предположение, что токи через активные сопротивления и проводимости не создают волнового поля. Анализ также показал, что уравнения Максвелла со сторонней силой (током) только в одном уравнении применительно к антеннам нарушают законы теории поля и основной закон природы - закон сохранения энергии, и, следовательно, их нельзя использовать для решения антенных задач. Кроме того, при решении этих уравнений интегрирование ведётся не по поверхности, а по объёму, что также противоречит исходным уравнениям. Предложена новая методика, которая строится на основе двух групп уравнений: Ампера - Фарадея и уравнений Максвелла без сторонних сил в интегральной форме. Антенна считается проводным или волноводным устройством и представляется не только своим объёмом, но имеет также форму и поверхность излучения. В объёме антенны действуют сторонние силы не только по законам Ампера - Фарадея, но и по законам проводной и волноводной техники. На поверхности излучения и в остальном пространстве действуют законы свободного поля (законы Ампера - Фарадея, закон связи векторов поля через волновое сопротивление) и основанные на них уравнения Максвелла для свободного поля. Задача определения параметров поля по заданным параметрам (ток и напряжение) генератора решается в два этапа. На первом этапе определяется распределение поля на поверхности излучения, а на втором - поле в дальней зоне. На втором этапе антенна представляется элементарным источником электромагнитного поля, заданным либо двумя векторами излучения, либо вектором и циркуляцией вектора. Определение поля таких источников известно. Представлены примеры применения предложенной методики по определению полей и входных параметров антенн простейшей формы - плоских (щелевых) и цилиндрических. Проведены расчёты нерезонансных проводных антенн типа ёмкость, индуктивность и отрезок прямого провода (соединение активного сопротивления и индуктивности). Результаты расчётов показали работоспособность предложенной методики. В частности также показано, что на высоких частотах прямой провод практически является индуктивностью.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается методология синтеза нелинейных систем управления воздушным судном (ВС) на траекторном уровне на основе метода обратных задач динамики (ОЗД) и возможности совмещения его с решением прямых задач динамики на пилотажном уровне. Разработана структурная схема контура управления воздушным судном. В сопоставлении с результатами работы [1] показано, что применение концепций обратных задач динамики в сочетании с организацией контуров управления по принципу симметрии (содержание обратной и прямой задачи динамики обратимо относительно синтезируемых управлений по силовым и моментным характеристикам) позволяет научно обосновано решить важную техническую проблему построения нелинейных САУ ВС.
Бесплатно
Статья научная
Исходя из необходимости повышения качества выполнения задач, поставленных перед научными и образовательными учреждениями МЧС России, разработаны предложения по их объединению в модель корпоративного университета. Обозначены проблемы текущей образовательной модели подготовки кадров в учебных заведениях МЧС России, а также важность инновационных подходов в научной деятельности специалистов МЧС. С учетом результатов математического моделирования сформулированы предложения по построению и внедрению системы самостоятельного присуждения ученых степеней, рационализации научной деятельности с учетом актуальных трендов, увеличения источников финансирования научных учреждений МЧС России. Дана предварительная оценка результатов внедрения данных предложений в деятельность научно-образовательных учреждений МЧС России, в соответствии с которой ожидается повышение эффективности их функционирования.
Бесплатно
Статья научная
В статье приведены результаты анализа и исследования современных проектов биомеханических систем и ортопедических конструкций с точки зрения их планирования, а также надёжности функционирования. Показана методика математического моделирования на базе технологий CAD - CAM цифровых моделей указанных систем и их исследований по условиям постановки и решения задач протезирования пациентов. Особенностью моделирования и исследования комплексного трёхмерного биомеханического объекта является возможность обеспечения единства геометрических, физико - механических и биологических параметров с индивидуальными особенностями пациента. Показано, что при разработке модели биомеханической системы необходимо окружающие биологические ткани рассматривать дискретно по строению и физико - механическим свойствам - эпителий, зоны кортикальной и губчатой кости. Предложена методика анализа моделей биомеханических ортопедических конструкций, позволяющая однозначно устанавливать взаимосвязь величин и направлений функциональных нагрузок в них и внутренних напряжений и деформаций. Показано, что существенное различие в величине сил, действующих на имплантаты, и, соответственно, на кость и прилегающие ткани в зоне контакта с ними, а также на всю височно - нижнечелюстную систему от рабочих нагрузок обусловлено индивидуальными особенностями жевательного аппарата. Проведено исследование трёхмерной математической модели указанной системы и установлен характер взаимосвязи между изменением направления исходных нагрузок и перераспределением величин растягивающих, сжимающих и поперечно - сдвигающих сил, воздействующих на имплантаты. Это позволяет при создании проекта биомеханической системы обосновать наиболее благоприятную схему передачи сил на кортикальную и губчатую кости по условиям, когда прилегающая к имплантату ткань наиболее устойчива в прогнозируемом периоде к сжимающим силам, на 32% менее устойчива к растягивающим и на 68% к силам поперечного сдвига, а изменение угла наклона имплантата по отношению к вектору воздействующих на него сил приводит к значительному росту напряжений в зоне контакта кость - имплантат.
Бесплатно
Методы контроля эксплуатационного состояния зубчатых колес редукторных систем
Статья научная
Рассмотрены применяемые в настоящее время способы оценки рабочего состояния зубчатых колес, приведены их недостатки. Предложен бесконтактный эксплуатационный способ контроля, основанный на обработке СВЧ сигнала, отраженного от контролируемых зубцов колеса. Объяснена актуальность разрабатываемого бесконтактного метода контроля. Описано влияние видов износа зубцов на характерные информационные параметры способа. Приведена структурная схема устройства для контроля информационных параметров, описаны ее основные узлы.
Бесплатно
Методы наведения и управления движением мини-спутников в группировках регионального землеобзора
Статья научная
Рассматриваются задачи баллистического построения низкоорбитальных группировок мини-спутников для регионального землеобзора, проблемы поддержания их солнечно-синхронных орбит, наведения и управления пространственным движением мини-спутников в таких группировках. Кратко приводятся разработанные алгоритмы наведения и цифрового управления, а также результаты компьютерной имитации, демонстрирующие их эффективность.
Бесплатно
Методы слабого улучшения на плавающей сети операторов в задаче оптимального управления
Статья научная
В работе предлагаются методы слабого улучшения первого и второго порядка для задач оптимального управления на плавающей сети операторов. Техника вывода алгоритмов основана на теории В.Ф. Кротова. Приводятся условия неулучшаемости управления, тесно связанные с необходимыми и достаточными условиями слабого локального минимума.
Бесплатно
Микрополосковый триплексер, реализованный на прямоугольных спиральных резонаторах
Статья научная
Исследована миниатюрная конструкция микрополоскового триплексера, представляющая собой планарную микрополосковую структуру, содержащую сочленение микрополосковых линий типа звезда и трех полосно-пропускающих фильтров, каждый из которых настроен на свою рабочую частоту. Формирование полосы пропускания в каждом из каналов обеспечивает прямоугольный спиральный резонатор, длина которого равняется длине волны в линии. Также приводятся результаты численного моделирования фильтров, настроенных на частоту 1; 1,125 и 1,25 ГГц соответственно. В качестве материала подложки выступает FR-4 с диэлектрической проницаемостью ε=4,4 и толщиной 1,5 мм. Предлагаемая конструкция имеет небольшие габариты, малые вносимые потери и низкую стоимость изготовления.
Бесплатно
Миниатюрные конструкции микрополосковых мостовых устройств
Статья научная
Статья посвящена исследованию возможности реализации миниатюрных конструкций мостовых устройств на основе простой замены четвертьволного отрезка микрополосковой линии передачи на последовательность высоко- и низкоомных отрезков, представляющий собой фильтр нижних частот. Проведено сравнение данного способа уменьшения габаритов с одним из самых простых методов на основе простого изгиба микрополосковой линии передачи в виде меандра. Проведено моделирование предложенных конструкций мостов с рабочей частотой 1000 МГц и получены их частотные характеристики, сопоставимые с традиционными топологиями в заданной полосе частот. В качестве материала подложки выступает FR4 с диэлектрической проницаемостью 4.4 и толщиной 1 мм. Предлагаемый автором способ миниатюризации позволил уменьшить площадь устройств 72,4 и 66,2% двухшлейфного и трехшлейфного мостов соответственно, по сравнению со стандартными конструкциями.
Бесплатно
Многокритериальная модель планирования водно-энергетических режимов Новосибирской ГЭС
Статья научная
В статье предложена многокритериальная оптимизационная модель, разработанная для решения задачи планирования водно-энергетического режима Новосибирской ГЭС в соответствии с заданными критериями оптимальности (максимизация суммарного напора и минимизация суммарного расхода за период планирования) при выполнении комплекса ограничений (водно-энергетических, морфометрических, режимных, управленческих, ограничений со стороны водопользователей). Математическая модель формализована и решена как задача линейного программирования. Проведены экспериментальные исследования модели по данным 2017 г. и решена задача подекадного планирования на период с апреля по июль (всего 12 декад). По результатам проведенного исследования сделан вывод о перспективности использования разработанной модели для планирования водно-энергетических режимов Новосибирской ГЭС.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются особенности применения и обоснования орбитальных группировок дистанционного зондирования Земли, состоящих из кластеров малых космических аппаратов. Проведен обзор и анализ баллистического обоснования, построения и особенности применения орбитальных группировок дистанционного зондирования Земли. Рассмотрены современные подходы к баллистическому проектированию орбитальных группировок периодического обзора. В статье рассматривается новый комплексный подход к баллистическому построению перспективных кластерных орбитальных группировок, который позволит обеспечить требуемые потребителем пространственно-временные и точностные характеристики за счет оптимальной многоуровневой баллистической структуры. Сформулированы основополагающие принципы построения кластерной орбитальной группировки с многоуровневой баллистической структурой. Детально рассматриваются этапы формирования многоуровневой баллистической структуры с позиций системного подхода. Предложена математическая постановка задачи и иерархия показателей эффективности. Для содержательного описания моделируемой системы разработана концептуальная модель обоснования многоуровневых баллистических структур кластерной орбитальной группировки дистанционного зондирования Земли в условиях воздействия внешней среды. Модель отображает взаимосвязи основных элементов обоснования баллистической структуры кластерной орбитальной группировки дистанционного зондирования Земли и последовательность формирования частных задач. Приведены результаты моделирования как баллистической структуры кластера, так и баллистической структуры орбитальной группировки дистанционного зондирования Земли, обеспечивающей совокупность тактико-технических, пространственно-временных и структурно-устойчивых требований потребителя. Эффектом от применения разработанной концептуальной модели будет являться оптимальная стратегия применения кластерной орбитальной группировки дистанционного зондирования Земли, которая обеспечит требуемое значение ее эффективности в условиях воздействия внешней среды.
Бесплатно
Модели и инструменты представления пространственно-временных данных в семантическом вебе
Статья научная
На современном этапе развития технологий семантического веба большой интерес представляют возможности их применения для представления пространственно-временных данных в различных предметных областях. Сегодня пространственно-временная информация является важной частью многих центральных узлов облака связанных данных (Linked Data Cloud), а вопросы геопространственной семантики, гео-онтологий и семантической совместимости активно исследуется в течение последних нескольких лет. Несмотря на важность и актуальность темы, а также активное развитие семантических технологий, пространственно-временные данные не имеют подробного описания в российских работах. В данной статье приводится обзор моделей и инструментов семантического представления пространственно-временной информации. Предлагается методика разработки набора связанных данных с учетом пространственно-временной информации с использованием популярного редактора онтологий Protégé. В качестве примера предметной области выбран футбол, а именно моделируются данные футбольных турнирных таблиц в пространственно-временном контексте.
Бесплатно
Модели систем квазипериодических процессов на основе цилиндрических и круговых изображений
Статья научная
Поведение объектов во многих практических ситуациях имеет квазипериодический характер - наличие заметной периодичности со случайными вариациями квазипериодов. Например, шум и вибрация авиационного двигателя, гидроагрегата, сезонные и суточные колебания температуры атмосферы и т.д. При этом у объекта может быть несколько параметров, поэтому объект описывается системой нескольких временных рядов, то есть нескольких случайных процессов. Возникающие задачи мониторинга (оценивания состояния объекта и его прогноз) требуют задания модели такой системы процессов и ее идентификации для конкретного объекта по результатам его наблюдений. В данной работе для представления квазипериодического процесса применяется авторегрессионная модель в виде разверток нескольких цилиндрических или круговых изображений по спирали. Сначала моделируются «стандартные» независимые между собой процессы с нулевым средним и единичной дисперсией и заданными корреляциями внутри периодов и между ними. Заданные дисперсии и корреляции процессов системы достигаются соответствующим линейным преобразованием системы стандартных процессов. Выбирая значения небольшого количества параметров этой модели, можно описывать и имитировать широкий класс систем квазипериодических процессов с учетом корреляций внутри квазипериодов, между ними и между процессами системы. Рассматривается задача идентификации модели, то есть определения значений ее параметров, при которых она в определенном смысле наилучшим образом соответствует реально наблюдаемому процессу. Эта задача решается с помощью псевдоградиентной адаптивной процедуры, которая осуществляет рекуррентную настройку параметров модели в порядке поступления наблюдений реального процесса. Эта процедура сходится к точным значениям параметров в случае однородных временных рядов, а в случае неоднородных оценивает изменяющиеся со временем параметры. Преимуществом этой процедуры является возможность функционирования в реальном времени с небольшими вычислительными затратами. Приведены примеры имитации систем временных рядов.
Бесплатно
Моделирование влияния подвижных агентов на развитие эпидемий в сетях "геометрического" вида
Статья научная
Рассматриваются некоторые аспекты построения и использования имитационных моделей распространения эпидемий в сетях «геометрического» вида с подвижными узлами.
Бесплатно
Моделирование временных рядов в задаче расчета баланса производственных мощностей
Статья научная
В этой статье сформулированы основные принципы построения автоматизированной системы для балансировки производственных мощностей крупных промышленных предприятий. Кроме того, представлен подход прогнозирования временных рядов в задаче балансировки мощности.
Бесплатно
Статья научная
Исследуемый подход важен для практического применения, т.к. является основой многих базовых операций пластического деформирования, связанных с пластическим течением в тонком слое материала, деформируемого валками (продольная прокатка, вальцовка) или штампами (объемная и листовая штамповка), которые описываются пространственными математическими моделями с разнообразием параметров, определяющих реологию материала. На поверхностях контакта материала обработки с инструментом создаются давления, на порядок превышающие сдвиговые характеристики материала так, что в начальном приближении для описания свойств материала пластического слоя возможно использовать модель гидродинамической жидкости [1, 2, 3]. Как было показано ранее, практически вдоль всей контактной поверхности наблюдается проскальзывание, при котором поверхности контакта совпадают с поверхностями скольжения, а удельные силы трения на них максимальны [4] и равны пределу текучести материала на сдвиг [5, 6]. Следует отметить другую особенность протекания указанных процессов, определяющую требования к точности конечной поковки. Понятно, что большие контактные давления вызывают нормальные упругие перемещения рабочих поверхностей инструмента, соизмеримые с толщиной пластического слоя [7, 8]. Рассматриваем пластический слой в клиновидной области, составленный из материалов с разными механическими характеристиками. слой свободно растекается между параллельно сближающимися жесткими шероховатыми плитами. Слой под действием в направлении толщины распределенной нагрузки со стороны инструмента беспрепятственно течет в направлении радиусов.
Бесплатно
