В последние десятилетия активно развиваются теория, алгоритмы и технологии топологической оптимизации для решения задач в различных областях. Данная методика находит широкое применение и использование при проектировании элементов конструкций в инженерных задачах. Отдельный интерес вызывает реализация методов топологической оптимизации в аэрокосмической отрасли. Основным результатом топологической оптимизации является определение эффективного распределения (использования) материала (материалов) в детали. В статье представлен обзор последних достижений, связанных с проектированием изделий широкого назначения, в том числе для ракетно-космической техники, на основе топологической оптимизации. Кратко перечислены основные алгоритмы для решения задач топологической оптимизации. Отдельный акцент в обзоре сделан на открывающиеся качественно новые возможности при моделировании ячеистых и сетчатых структур, изделий из композиционных материалов и мультиматериалов. Приведены примеры решений топологической оптимизации, ставшие уже классическими. Многие полученные результаты проектирования тесно связаны с внедрением различных современных технологий аддитивного производства. В заключении обзора формулируются актуальные вопросы, решение которых позволит обеспечить потенциал будущего роста и перспективы применения всей рассмотренной совокупности технологий проектирования и аддитивного производства в аэрокосмической отрасли.

Бесплатно

Проектирование, изготовление и механические испытания ячеистых структур на основе трижды периодической минимальной поверхности

Д. В. Сорокин, Е. В. Москвичев

Статья

Трижды периодические минимальные поверхности (Triply Periodic Minimal Surfaces) в последние десятилетия привлекают значительный интерес исследователей во многих областях, таких как автомобилестроение, авиа-, ракетостроение, химическая промышленность, медицина, биоматериалы и другие. Ячеистые структуры, полученные из таких поверхностей, обладают широкими возможностями в настройке физико-механических свойств для создания новых материалов и элементов конструкций. В данной работе авторами рассматриваются основные вопросы моделирования ячеистых структур типа Gyroid, Schwarz Primitive, I-WP (I-graph-wrapped package) и Schwarz Diamond. Для двух выбранных типов ячеистых структур Gyroid и I-WP был исследован диапазон параметров, влияющих на относительную плотность (объемную долю) материала в кубической элементарной ячейке. На основе элементарной ячейки были созданы геометрические модели образцов с периодически повторяющейся структурой для проведения механических испытаний. Образцы были напечатаны на 3D-принтере и испытаны на сжатие до разрушения с фиксацией диаграмм нагружения и перемещений точек образца. Экспериментальные исследования позволили сделать вывод, что механические свойства образцов существенно зависят от относительной плотности (объемной доли) элементарной ячейки рассматриваемого типа. Управление относительной плотностью может быть полезным инструментом для достижения требуемых механических характеристик проектируемых материалов и элементов конструкций с уникальными свойствами.

Бесплатно

Проектно-баллистический анализ миссии длительного исследования астероида Апофис наноспутником с электроракетной двигательной установкой

О.Л. Старинова, Е.А. Сергаева, А.Ю. Шорников

Статья

В работе рассматриваются объекты несферической формы с малым гравитационным притяжением, например, астероиды, спутники планет и кометы. Рассматривается возможность осуществления миссии к малым телам Солнечной системы неправильной формы на примере астероида Апофис. Авторы статьи предлагают использовать для длительной миссии изучения Апофиса космический аппарат нано-класса с электроракетной двигательной установкой. Целью данной работы является определение необходимых затрат рабочего тела на все этапы миссии, включающей достижение астероида, формирование и поддержание заданной орбиты относительно него. При моделировании управляемого движения космического аппарата учитывается гравитационное притяжение Земли, Солнца и астероида. На этапе движения космического аппарата относительно астероида его гравитационное поле описывается как суперпозиция гравитационных полей двух вращающихся массивных точек. В работе предлагается для предварительного баллистического проектирования миссии разбить ее на два участка. Первый – оптимальный по быстродействию гелиоцентрический перелет Земля – астероид Апофис с выравниванием скорости космического аппарата относительно астероида. Второй – движение в окрестности астероида, включающее оптимальный по быстродействию маневр формирования рабочей орбиты и поддержание рабочей орбиты в течение заданного времени.

Бесплатно

Проектно-баллистический анализ развертывания группировки спутников связи на окололунных орбитах

Ельников Р.В.

Статья научная

Представлены основные результаты проектно-баллистического анализа развертывания трех вариантов группировки космических аппаратов на орбитах искусственных спутников Луны для обеспечения связи между обитаемой стационарной лунной базой и различными районами лунной поверхности.

Бесплатно

Прозрачные ИК-нагреватели на основе серебряной микросетки, полученной методом золь-гель литографии

Воронин А.С., Иванченко Ф.С., Симунин М.М., Фадеев Ю.В., Шиверский А.В., Хартов С.В.

Статья научная

Представлена перспективная низкозатратная методика формирования прозрачных проводящих покрытий на основе металлической микросетки, формируемой при помощи самоорганизованного шаблона. Разработанное покрытие исследовано в качестве прозрачного нагревательного элемента, показана высокая однородность нагрева и стабильность микросетки при высоких мощностях (7,5 кВт/м2).

Бесплатно

Процедура формирования программы номинального управления гелиоцентрическим движением космического аппарата с солнечным парусом с использованием законов локально-оптимального управления

Р.М. Хабибуллин

Статья научная

Работа посвящена некомпланарному межпланетному перелету Земля-Венера космического аппарата, оснащенного солнечным парусом. Целью гелиоцентрического движения является попадание космического аппарата с неидеально отражающим солнечным парусом в сферу Хилла Венеры с нулевым гиперболическим избытком скорости. В работе используется неидеально отражающая модель солнечного паруса, величина и направление ускорения от которого рассчитывается с учетом зеркального и диффузного отражений, поглощения и пропускания фотонов поверхностью солнечного паруса. Одной из главных задач в области навигации и управления движением космического аппарата является поиск простой энергоэффективной схемы управления для выполнения того или иного маневра. Именно такими схемами управления и являются законы локально-оптимального управления, различные комбинации которых позволяют выполнить необходимые маневры при межпланетном перелете. Описана процедура формирования программы управления для некомпланарного межпланетного перелета типа Земля-Венера космического аппарата с неидеально отражающим солнечным парусом. В качестве результатов получены траектория перелета, изменение фазовых координат во времени, графики изменения управляющих углов и сформированная программа номинального управления. Полученные результаты удовлетворяют всем граничным условиям, описанным в постановке задачи.

Бесплатно

Пути оптимизации при проектировании контрольно-проверочной аппаратуры сложных радиотехнических систем

Панько Сергей Петрович, Мишуров Андрей Валерьевич

Статья научная

Проектирование сложной контрольно-проверочной аппаратуры проходит через три этапа оптимизации: анализ рынка и аргументированный выбор контрольных средств, моделирование и макетирование и одновременный контроль разнородных параметров.

Бесплатно

Разработка IBIS-моделей цифровых микросхем на основе экспериментальных данных

Дмитриев Степан Николаевич, Зограф Федор Георгиевич, Левицкий Алексей Александрович, Маринушкин Павел Сергеевич, Московских Михаил Сергеевич

Статья научная

В настоящее время для проведения анализа целостности сигналов может использоваться ряд моделей, включая IBIS (и расширение этой модели - EBD), MOD (соответствующее расширение - PML), SPICE. Модели спецификации IBIS могут применяться при проектировании быстродействующих печатных узлов во многих системах проектирования, в частности, в P-CAD 200X, Altium Designer, Mentor Graphics HyperLynx (LineSim, BoardSim) и в других программных средствах. IBIS-модели позволяют обходить трудности, связанные с созданием и применением для интегральных схем SPICE-моделей, базирующихся на подробном описании внутренней структуры устройства. В данной работе рассмотрена экспериментальная методика создания IBIS-моделей. Основное внимание уделено интерпретации измеренных вольт-амперных характеристик входных и выходных буферов цифровых интегральных схем. В качестве базовой для создания IBIS-модели выбрана структура выходного буфера цифровой схемы, выполненная по КМОП-технологии. Одним из наиболее сложных этапов в экспериментальной методике является получение корректных динамических характеристик для создания IBIS-модели. Наряду с моделированием экспериментальная методика позволяет существенно уменьшить сложность и время создания IBIS-моделей.

Бесплатно

Разработка автоматизированной системы развертывания программного обеспечения автоматизированных рабочих мест центра управления полетами космических аппаратов

М.А. Прохоров, А.Ю. Цветков, А.А. Толмачев

Статья научная

В настоящее время повседневная и боевая деятельность практически любой армии мира во многом определяется качеством информационно-космического обеспечения. При этом качество обеспечения во многом зависит от устойчивости функционирования таких уникальных технических объектов, как центры управления полетами космических аппаратов. Исходя из особенностей построения новых и модернизации уже существующих центров управления полетами установлена их восприимчивость к деструктивным информационным воздействиям. В связи с этим был определен единственный способ гарантированного восстановления информационно-управляющей системы после информационно-технического воздействия, а именно полное переразвертывание автоматизированных рабочих мест, включающее переустановку операционных систем, общего программного обеспечения и специального программного обеспечения. Для обеспечения оперативности восстановления рассматриваемой системы была обоснована необходимость автоматизации процесса развертывания программного обеспечения автоматизированных рабочих мест центра управления полетами космических аппаратов. Результаты проведенного анализа существующих подходов к развертыванию программного обеспечения показали необходимость реализации непосредственно дистроспецифичных методов. Исходя из этого был произведен объектно-ориентированный анализ процесса развертывания программного обеспечения, а также предложена структура автоматизированной системы развертывания программного обеспечения автоматизированных рабочих мест центра управления полетами космических аппаратов, применение которой позволит обеспечить необходимый уровень устойчивости выполнения технологических циклов управления космическими аппаратами в частности, и качество информационно-космического обеспечения войск в целом.

Бесплатно

Разработка алгоритма расчета траектории перехвата ракетой астероида, опасного для планеты Земля

Чеботарев Виктор Евдокимович, Борисов Виталий Игоревич

Статья научная

Работа посвящена разработке программы движения ракеты на перехват астероида. Представлены алгоритмы расчета параметров встречи астероида с Землей, построения траекторий движения ракеты, Земли и астероида в единой временной шкале, связанной с временем движения ракеты.

Бесплатно

Разработка аппаратуры для мониторинга параметров солнечных батарей на борту малых космических аппаратов

Т. Г. Орешенко, И. В. Назаров, А. С. Чапаева

Статья

Целью разработки является создание измерительной аппаратуры для мониторинга параметров солнечных батарей на борту малых космических аппаратов формата CubeSat, обеспечивающей точное снятие вольт-амперных характеристик, регистрацию данных о температуре и освещенности, а также их первичную обработку для передачи в центр управления. Цель представленной работы – разработка схемы нагрузочного устройства – определила необходимость постановки и решения основных задач: 1. Разработать электрическую схему измерительной аппаратуры, включая выбор подходящих компонентов и их интеграцию в единую систему. 2. Обеспечить стабилизацию параметров измерений с использованием корректирующих устройств и схем подавления помех. 3. Реализовать систему электропитания, обеспечивающую необходимый уровень напряжения для цифровых и аналоговых элементов при минимизации пульсаций. 4. Выбрать и интегрировать микроконтроллер, способный выполнять функции измерения, управления и передачи данных через бортовую шину CAN.

Бесплатно

Разработка зеркальной антенны космического аппарата с ультралегким высокоточным размеростабильным рефлектором

В.Б. Тайгин, А.В. Лопатин

Статья

В статье рассмотрены существующие конструкции зеркальных антенн, применяемые на космических аппаратах. Сформулированы требования, при которых обеспечивается надежная работоспособность антенн в условиях эксплуатации. Предложена оригинальная конструкция космической высокочастотной осесимметричной зеркальной антенны сверхлегкого класса. Корпус антенны состоит из нескольких сопряженных тонких криволинейных углепластиковых оболочек. Разработана технология изготовления антенны, которая позволила создать оболочку рефлектора с минимальными отклонениями от теоретического параболоида вращения. С помощью метода конечных элементов выполнен параметрический модальный анализ антенны. На основе этого анализа были определены геометрические параметры, обеспечивающие оптимальные механические и массовые характеристики конструкции. Результаты расчетов были использованы при создании опытного образца зеркальной антенны. Показано, что созданная антенна обладает техническими характеристиками, необходимыми для генерации остронаправленного электромагнитного излучения в Q и V частотных диапазонах. Выполнена успешная наземная экспериментальная отработка конструкции антенны, которая включала этапы механических, термовакуумных и радиотехнических испытаний. Предложенная конструкция может быть использована при создании перспективных космических аппаратов.

Бесплатно

Разработка и исследование бионической модели нейронной сети для управления движением робототехнических систем

Бахшиев Александр Валерьевич, Гунделах Филипп Викторович

Статья научная

В работе рассматривается возможность реализации подхода к управлению робототехническими системами на основе данных об архитектуре биологических нейронных структур управления движением. Рассмотрен пример создания нейросетевого регулятора как упрощенной модели нейронной сети спинального уровня управления мышечным сокращением. Представлена структура иерархического регулятора, способного запоминать и воспроизводить состояния объекта управления.

Бесплатно

Разработка и моделирование неметаллической формообразующей оснастки для изготовления полимерных композиционных рефлекторов спутниковых антенн

М.А. Дремухин, В.Н. Наговицин

Статья

Сокращение сроков проведения прочностного анализа конструкции в процессе изготовления формообразующей оснастки с использованием современных инструментов виртуального компьютерного проектирования и моделирования, а именно математического 3D-моделирования, в условиях мелкосерийного производства с применением аддитивных технологий является основной задачей. При помощи числовой дискретизации исследуемая модель разбивается на конечное множество элементов, которые могут принимать любую форму элемента и определяться в различных системах отсчета. Это позволит приближенно численно прогнозировать поведение материала во время его деформации под действием заданных нагрузок, приложенных к 3D-модели. Применение аддитивных технологий с использованием современного компьютерного моделирования, в основе которого лежит программное обеспечение, является актуальной задачей. Такой подход позволит разработать оснастку сложной геометрической формы, минуя стадии написания управляющих программ и выполнения трудоемких операций по первичной обработке изделия. В основе данного метода лежит процесс построения 3D-модели формообразующей оснастки, повторяющей форму отражающей поверхности рефлектора, с применением модифицированных высокотемпературных инженерных пластиков. Показан процесс оценки эффективности разрабатываемой модели на основе проведения прочностных расчетов запаса прочности, деформации, статического напряжения и перемещения. Результаты работы могут быть использованы при проектировании и изготовлении размеростабильных изделий сложной геометрической формы из неметаллических материалов, применяемых в аэрокосмической промышленности.

Бесплатно

Разработка и создание экспериментального стенда для определения обогащения урана методом "бесконечно толстых" образцов

Буковецкий А.В.

Статья научная

Разработан, изготовлен и опробован экспериментальный стенд для определения обогащения урана методом «бесконечно толстых» образцов; проведены исследования, позволяющие сделать заключение о возможности эксплуатации стенда и определяющие основные направления оптимизации проведения измерений с его помощью.

Бесплатно

Разработка лабораторного образца гидродинамического термоэмиссионного преобразователя энергетических установок космических аппаратов

А.В. Колычев, В.А. Керножицкий, Л.П. Юнаков, А.А. Левихин

Статья

Приведены сведения о разрабатываемом в БГТУ «ВОЕНМЕХ» гидродинамическом термоэмиссионном преобразователе, а именно о варианте его лабораторного образца. Лабораторный образец предназначен для проведения комплексных экспериментальных исследований гидродинамического термоэмиссионного преобразователя для двух видов рабочих тел – продуктов сгорания органического топлива и инертных газов с добавками щелочных металлов. В ходе разработки лабораторного образца гидродинамического термоэмиссионного преобразователя было высказано предложение о его создании на основе приведения продуктов сгорания органического топлива. В данном случае существенно упрощается создание лабораторного образца по причине более низкой трудоемкости организации пламени. Основными элементами разработанного лабораторного образца являются катод – источник электронов и анод – элемент, воспринимающий электроны, вышедшие с катода, соединенные через полезную нагрузку. В данном случае существует проблема изменения термоэмиссионных характеристик источника электронов – катода, как за счет процессов «отравления» (адсорбции), так и за счет возможных химических превращений. Проведенные предварительные исследования показали, что при определенной температуре рабочего тела уменьшение тока не происходит. Областью применения таких преобразователей являются автономные источники питания арктических транспортных средств и космических аппаратов со сверхдлительным сроком эксплуатации.

Бесплатно

Разработка методического подхода к оценке интеллектуальной собственности, создаваемой по государственным контрактам

Л.П. Ивлева

Статья

Предложен методический подход к оценке интеллектуальной собственности, создаваемой по государственным контрактам на выполнение научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ. Создание интеллектуальной собственности – неотъемлемая часть деятельности организаций ракетно-космической отрасли, являющейся высокотехнологичной и ориентированной на создание инноваций. При оценке интеллектуальной собственности возникают сложности из-за неприменимости рыночного и сравнительного подходов в чистом виде к расчету стоимости, применение затратного подхода также не всегда дает объективную картину. В статье обосновано, что результаты интеллектуальной деятельности следует оценивать комплексно, совмещая разные подходы, учитывая не только затраты на разработку объекта интеллектуальной собственности, но и его качественные характеристики и роль в процессе создания инноваций. Предложено стоимостную оценку корректировать с учетом сути объекта, его значимости для решения технических задач и достижения экономических показателей, т.е. дополняя ее качественной оценкой, а значимость результата – определять посредством применения метода анализа иерархий (двухуровневой модели). Такой подход позволяет приблизить стоимость объекта интеллектуальной собственности к рыночной, в том случае если традиционный сравнительный подход определения стоимости нельзя применить из-за специфичности и оригинального характера оцениваемых результатов интеллектуальной деятельности.

Бесплатно

Разработка нового метода создания рабочей поверхности крупногабаритного трансформируемого рефлектора

П. В. Белоусов, Ю. Б. Томилина, В. А. Дидык, А. А. Пухов

Статья

В конструкции крупногабаритных рефлекторов зонтичного типа для создания рабочей поверхности используется формообразующая структура. Формообразующая структура в раскрытом положении представляет собой систему натянутых нитей. На формообразующую структуру этапа изготовления оказывают воздействие внешние факторы, которые приводят к деградации шнуров. Возникающие деформации формообразующей структуры оказывают влияние на стабильность геометрических параметров, к которым предъявляются жесткие требования [1]. С точки зрения сокращения трудоемкости изготовление арок формообразующей структуры с элементами системы укладки целесообразно проводить на фрагменте формообразующей структуры – арочной системе. Алгоритм нового прикладного метода включает этапы монтажа и прочностных испытаний арок на специально разработанном стандартизированном оборудовании. Большой практический интерес представляет задача применения данной технологии и проведения подобных исследований путем разработки специальной технологической оснастки. В статье сформулированы требования к оснастке (СТО) и произведен расчет трудоемкости. Авторами предложена оригинальная конструкция технологической оснастки, разработана новая методика сборки рабочей поверхности крупногабаритного рефлектора, которая позволяет существенно сократить затраты на изготовление рефлектора. На текущий момент разработанная методика, выдержав все циклы испытаний и подтвердив свою работоспособность, ожидает практического внедрения в процесс изготовления рабочей поверхности крупногабаритного трансформируемого рефлектора.

Бесплатно

Разработка проекта навигационного космического аппарата на геостационарной орбите

Звонарь В.Д., Чеботарев В.Е., Ильин М.А.

Статья научная

Обоснованы требования к космическому аппарату (КА) как к составной части функционального дополнения системы ГЛОНАСС. Проведен анализ возможности применения заимствованных бортовых систем с базового КА «Глонасс-К» и оценен объем их доработок с использованием метода подобия по критерию - минимизация объема доработок составных частей базового КА и его конструктивно-компоновочной схемы. Определен проектно-конструкторский облик КА функционального дополнения системы ГЛОНАСС, проведены расчеты бюджета масс, габаритных размеров, моментно-центровочных характеристик.

Бесплатно

Разработка расчетно-экспериментального метода модального анализа крупногабаритных трансформируемых космических конструкций

В.А. Бернс, В.Е. Левин, Д.А. Красноруцкий, Д.А. Маринин, Е.П. Жуков, В.В. Маленкова, П.А. Лакиза

Статья

Разрабатываемый расчетно-экспериментальный метод модального анализа крупногабаритных трансформируемых космических конструкций заключается в разделении конструкции на составные части, проведении модальных испытаний этих частей, коррекции математических моделей составных частей по результатам испытаний, синтезе математических моделей составных частей для построения глобальной модели всей конструкции, определении динамических характеристик всей конструкции по глобальной математической модели. Изложен способ определения параметров собственных тонов колебаний составных частей конструкций в модальных испытаниях, обладающий низкой чувствительностью к погрешностям измерений и взаимному влиянию тонов с близкими собственными частотами. Эффективность этого способа проиллюстрирована результатами испытаний самолетов и агрегата космического аппарата. Для коррекции математических моделей составных частей матрицы жесткости и инерции подвергаются процедуре редуцирования. Глобальная математическая модель конструкции является результатом синтеза скорректированных редуцированных матриц инерции и жесткости составных частей. Целесообразность решения проблемы определения модальных характеристик трансформируемых космических конструкций по результатам испытаний составных частей объясняется их большими габаритами и сложностью в собранном виде. Кроме того, крупногабаритные космические конструкции имеют, как правило, низкие – до одной десятой доли герца – собственные частоты. Экспериментальный модальный анализ этих конструкций сопряжен с серьезными трудностями. В качестве примера реализации разрабатываемого метода приведены результаты модального анализа макета зонтичной антенны космического аппарата.

Бесплатно

Журнал