Космические аппараты и технологии
Статьи журнала - Космические аппараты и технологии
Все статьи: 347
Статья научная
Рассмотрен процесс проектирования системы управления однобарабанным котельным агрегатом ТГМ-96Б с применением SCADA-системы Proficy iFIX. Описаны основные компоненты и принципы работы, представлена структура модели системы управления котельным агрегатом, приведены результаты моделирования. Подробно рассмотрен процесс разработки модели с использованием аппарата нечеткой логики и интеграция с iFIX средствами пакета прикладных программ MATLAB.
Бесплатно
Моделирование контактного взаимодействия элементов пьезоэлектрического двигателя
Статья
В статье представлены результаты разработки шагового пьезоэлектрического двигателя нового типа. Оригинальность конструкции шагового пьезоэлектрического двигателя состоит в конструкционном рычажном элементе – «захвате», который позволяет организовать как прямой, так и обратный ход штока при работе одного пьезоэлемента. Для выбора эффективного режима работы шагового пьезоэлектрического двигателя разработана математическая модель. Данная математическая модель описывает функционирование пьезоэлектрического двигателя с учетом особенностей контактного и электроупругого деформирования. С использованием пакета прикладных программ ANSYS разработана конечно-элементная модель пьезоэлектрического двигателя типа «Захват». Данная конечно-элементная модель позволяет оценить напряженно-деформированное состояние элементов конструкции пьезоэлектрического двигателя при их контактном взаимодействии и определить эффективный пошаговый режим работы пьезоэлектрического двигателя. С использованием разработанной конечно-элементной модели исследовано влияние параметров режима работы пьезоэлектрического двигателя на величину перемещения штока. По результатам проведенных экспериментальных исследований определено, что предложенная численная модель позволяет смоделировать динамический процесс пошагового режима работы пьезоэлектрического двигателя с погрешностью не более 6 %. Данная конечно-элементная модель учитывает характер внешней нагрузки на пьезоэлектрический двигатель и может использоваться для проектирования шаговых пьезоэлектрических двигателей различной сферы применения.
Бесплатно
Моделирование коррекции формы тонкостенного композитного рефлектора космического аппарата
Статья
В работе рассматривается регулируемый тонкостенный композитный рефлектор в составе малого космического аппарата. Рефлектор состоял из 6 одинаковых секторов, каждый из которых имел по 4 регулировочных узла в виде линейных актуаторов. Цель работы заключалась в оценке возможностей численного моделирования для обеспечения геометрической стабильности рефлектора путем коррекции его формы с помощью регулировочных узлов. Для этого были представлены две эскизные модели, соответствующие стадиям жизненного цикла конструкции. Модель формования применялась для проведения расчетов остаточных деформаций при изготовлении рефлектора в автоклаве. Модель орбитального полета рассчитывала температурные деформации рефлектора во времени от воздействия переменного потока солнечного излучения. Для каждой из моделей были проведены серии оптимизационных расчетов методом Нелдера-Мида. Расчеты позволили определить положения регулировочных узлов рефлектора, обеспечивающих минимальное значение среднеквадратичного отклонения отражающей поверхности от параболоида. Результаты расчетов показали, что найденные оптимальные регулировки позволяют существенно компенсировать деформации рефлектора и повысить его геометрическую стабильность как единовременно после формования, так и в зависимости от времени при орбитальном полете. Таким образом, представленная методология многовариантного численного анализа может быть перспективной для создания системы коррекции формы рефлектора на его основных жизненных стадиях.
Бесплатно
Статья
Работа посвящена некомпланарному межпланетному перелету Земля–Венера космического аппарата, оснащенного неидеально отражающим солнечным парусом, величина и направление ускорения от которого рассчитываются с учетом зеркального и диффузного отражений, поглощения и пропускания фотонов поверхностью солнечного паруса. Целью гелиоцентрического движения является попадание космического аппарата с солнечным парусом в сферу Хилла Венеры – области пространства, в которой могут двигаться тела, оставаясь спутником планеты. Особенностью работы является исследование движения космического аппарата с неидеально отражающим солнечным парусом с учетом движения относительно центра масс. Для этого задача разбивается на три этапа. На первом этапе формируется номинальная программа управления движением центра масс космического аппарата. На втором этапе определяются достаточные угловые скорости для обеспечения полученной программы номинального управления и рассчитываются параметры органов управления космического аппарата – тонкопленочных элементов управления, расположенных по периметру солнечного паруса. Принцип работы органов управления довольно прост. При изменении напряжения, подающегося на тонкопленочный элемент управления, он становится прозрачным или непрозрачным, возникает разница нормальных составляющих сил светового давления, обеспечивающая создание управляющего момента для изменения ориентации космического аппарата в пространстве. На третьем этапе проводится моделирование совместного движения центра масс и относительно центра масс космического аппарата для демонстрации реализуемости полученной программы управления. В результате проводится сравнение некомпланарных межпланетных перелетов Земля–Венера с учетом и без учета тонкопленочных элементов управления.
Бесплатно
Статья научная
Проведено моделирование работы электрической схемы системы электропитания космического аппарата (КА) при воздействии электростатического разряда (ЭСР) в неэкранированную шину «плюс» кабеля солнечной батареи (БС) и в корпус КА через магнитосферную плазму. На основании данной модели определены уровни воздействий по току и напряжению на точки электрической схемы, представляющие наибольший интерес (входные и выходные соединители энергопреобразующего комплекса (КЭП), узлы КЭП, развязывающие диоды БС). Сформулированы рекомендации и предложения по дальнейшему аналитическому и экспериментальному исследованию для уточнения моделей ЭСР и СЭП КА.
Бесплатно
Моделирование точностных характеристик системы ГЛОНАСС с учетом значений фактора точности
Статья научная
Проведен анализ значений фактора точности, передаваемого в составе навигационного сообщения системы ГЛОНАСС. Предложен алгоритм использования значений фактора точности при решении навигационной задачи. Промоделированы точностные характеристики системы ГЛОНАСС при использовании приведенного алгоритма.
Бесплатно
Статья
Работа продолжает серию публикаций, посвященных большой теме формирования сквозной проектно-конструкторской и производственно-экспериментальной среды в аэрокосмических ВУЗах. На этот раз рассматривается одна из наименее представленных в настоящее время в учебных заведениях составляющих этой среды – направление модельно-ориентированной разработки ракетно-космических производств. Приведено обоснование актуальности и необходимости изучения предмета в современных условиях, причем не только для специалистов, обучающихся по программам подготовки специализаций производственно-технологического профиля, но и также проектно-конструкторского профиля. Особое внимание уделено параллельной разработке изделий в контексте систем их производства и разработке производств в контексте изготавливаемых изделий. Выделены группы моделей, используемых в рамках модельно-ориентированной совместной разработки изделий и их производств, а также типы моделируемых процессов производства. Изложены теоретические и методические основы разработанного подхода к освоению учебных дисциплин направления, основанные на опыте разработки моделей машиностроительных производств ракетно-космических предприятий. Приведены структура и содержание дисциплин. Проанализирован опыт внедрения в учебный процесс, в том числе на примере выполненных студентами практических заданий. Представленные результаты могут быть адаптированы и использованы в других отраслях машиностроения с дискретным типом производства.
Бесплатно
Модернизация аппаратуры управления бортовой шкалой времени космических аппаратов «Глонасс-К2»
Статья
Бортовые квантовые стандарты частоты навигационных космических аппаратов могут испытывать непрогнозируемые малые скачки частоты. Данные скачки приводят к ухудшению точности навигационного поля и при существующих требованиях к погрешности определения местоположения не могут быть исключены из рассмотрения. Традиционный метод обнаружения скачков частоты с помощью наземной подсистемы контроля и управления не обеспечивает своевременного оповещения потребителей о снижении точности определения местоположения. Перспективным методом повышения целостности навигационного поля глобальной навигационной спутниковой системы является использование системы автономного непрерывного контроля шкалы времени бортового синхронизирующего устройства. В работе описана предложенная авторами схема построения основного элемента подобных систем – частотного компаратора. Основным отличием предлагаемой системы от существующих решений является применение преобразователя «временной интервал – цифровой код» для оценки поправки часов, что позволяет уменьшить массу, габариты и потребляемую устройством мощность. Рассмотрены особенности реализации частотного компаратора прямого преобразования для бортовой аппаратуры космического аппарата, а также представлена структурная схема разработанного и изготовленного макета.
Бесплатно
Модернизация электромеханического спускового устройства: описание конструкции и отработка
Статья
В настоящее время в современных космических аппаратах применяется высокоточное оборудование, чувствительное к ударным воздействиям. В связи с этим возникает необходимость в создании спусковых устройств безударного типа для механизмов удержания и освобождения подвижных элементов конструкции. Данные задачи определили вектор развития электромеханических спусковых устройств, которые не содержат в своей конструкции пиротехнических средств. Наряду с новыми задачами стоят неизменные проблемы ракетно-космической техники – улучшение массово-габаритных характеристик. Однако пиротехнические элементы вынуждают использовать массивные корпуса и кронштейны для конструкций, способные выдержать резкое повышение давления и соударение исполнительных частей. Применение универсальных пиропатронов не всегда позволяет оптимизировать конструкцию механизма удержания. Также, одним из недостатков работы с пиротехническими средствами является повышенная опасность работы. В работе представлены результаты исследования возможности модернизации конструкции спусковых устройств, повышения их механических и электрических характеристик. Исследования проводились расчетным и экспериментальным методами, изготовлены и выпущены экспериментальные образцы спусковых устройств. В результате было разработано модернизированное спусковое устройство, достигнуты лучшие электрические характеристики, снизилась потребляемая мощность (снизилось время срабатывания), улучшились массово-габаритные характеристики, сократилось количество деталей конструкции.
Бесплатно
Модифицированные выражения для стрелы прогиба консоли в случае поперечной нагрузки
Статья научная
Современные задачи космической отрасли, такие как проектирование крупногабаритных развертываемых зонтичных антенных систем, требуют рассмотрения больших изгибов составных элементов ? стержней. Развитие современных аналитических методов механики деформируемого твердого тела позволяют моделировать формы изгиба гибких криволинейных стержней, находить выражения для их прогибов. Использование аналитических методов позволяет находить полную систему ветвей решений нелинейных краевых задач и все формы равновесных состояний стержней, избегая значительных временных затрат на численное моделирование. При этом для практики важны относительно простые методы определения форм больших криволинейных изгибов стержня, пригодные для инженерного применения на этапе эскизного проектирования составных стержневых конструкций. В статье предложен метод получения модифицированных аналитических выражений для определения больших прогибов упругого стержня ? консоли, нагруженной поперечной сосредоточенной силой. Предложенный метод использует важное для практики условие сохранения криволинейной длины стержня при изгибе. Модифицированные выражения позволяют достичь точности, сравнимой с точными нелинейными решениями, записанными в эллиптических интегралах и функциях, что многократно расширяет интервал нагрузок применимости линейной теории. Рассмотрены случаи поперечной нагрузки на свободном конце, комбинированной нагрузки: равномерно распределенной по всей длине стержня и поперечной сосредоточенной нагрузки. Проведено сравнение с экспериментальными данными, которое подтвердило точность предложенного метода. На основе модифицированных выражений были получены приближенные формулы, пригодные для инженерного применения.
Бесплатно
Наземный сегмент командно-измерительной системы на основе решений National Instruments
Статья научная
Рассмотрена реализация имитатора наземного сегмента командно-измерительной системы космического аппарата на оборудовании стандарта PXI. Описана структура обмена данными между функциональными узлами имитатора при передаче телекоманд и приеме телеметрии.
Бесплатно
Наномодифицирование в процессах сварки и наплавки
Статья научная
Выполнены экспериментальные исследования влияния наномодифицирующих порошков тугоплавких соединений на свойства сварного шва при сварке алюминиевого сплава и наплавке защитного покрытия на стальную пластину. Сварка алюминиевого сплава АМg6 осуществлялась с помощью аппарата для дуговой сварки с неплавящимся (вольфрамовым) электродом - ВИГ-сварка. В качестве модифицирующей добавки использовался наноразмерный порошок тугоплавкого соединения TiCN. Дополнительный электрод (модифицирующая порошковая проволока) изготовлялся с использованием вибрационной шаровой мельницы, в которой была подготовлена смесь из сечки стандартной добавочной проволоки марки АМg6 и нанопорошка TiCN. Смесь помещали в тонкостенный контейнер из сплава АМg6, после чего уплотняли, а затем проводили экструдирование с применением вертикального пресса. В результате были получены проволоки диаметром 3 мм, содержащие соответственно 2 % TiCN и 0,7 % TiCN. Сварку пластин проводили со стандартной добавочной проволокой и с модифицированными проволоками, содержащими TiCN...
Бесплатно
Наноэкструзионная технология изготовления конструкционных алюминиевых профилей
Статья научная
Одной из важных задач космического машиностроения является максимально возможное снижение массы при одновременном обеспечении требуемых механических характеристик как основных деталей и узлов космического аппарата (КА), так и средств запуска, в состав которых входит вспомогательный узел - адаптер, предназначенный для механического соединения КА с ракетой-носителем. И снижение его массы решалось разными средствами. Например, адаптер ракеты-носителя «Ариан-5» собирали из сегментов, заполненных алюминиевой пеной. При этом выигрыш в применении пенозаполненного адаптера заключался как в уменьшении массы по сравнению с массой адаптера из листового материала, так и в повышении его сопротивления деформации и вибрации. Следующий шаг на пути к облегчению массы адаптера - изготовление его из композитной анизогридной «сетки». Такие адаптеры пришли на смену металлическим. Возможен еще один вариант изготовления адаптеров и других сетчатых конструкций с применением алюминиевых профилей с волокнистым внутренним строением, которые получают путем прессования (экструзии) композиции, состоящей из частиц алюминия и нанопорошков (НП) химических соединений. Волокнистая структура профилей обеспечивает их высокие механические свойства, включая прочность на изгиб, а также способность к погашению вибрации
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена разработке системы многопараметрической прогнозируемой идентификации ионизированной плазмы на базе нейронных сетей с нечеткой логикой. Современное развитие науки и техники предъявляет все более высокие требования к точности работы систем управления ионно-плазменных установок. Ионизированная плазма представляет собой многомерный технический объект с нелинейными и нечеткими характеристиками. Физические процессы в ионизированной плазме сложны. На стабильность и точность ионно-плазменного напыления в той или иной степени влияет около 60 взаимосвязанных параметров. Многие традиционные математические модели ионизированной плазмы во многих случаях неадекватны реальному процессу. Основными факторами, сдерживающими широкое внедрение систем идентификации ионизированной плазмы, являются недостаточная информация о статических и динамических характеристиках; невысокая точность функциональных зависимостей, описывающих процесс напыления; отсутствие методов, методик и алгоритмов управления. Предлагаемая многопараметрическая система нейроидентификации с прогнозом позволяет достичь высокой точности анализа нелинейных нечетких статических и динамических параметров и характеристик ионизированной плазмы.
Бесплатно
Статья научная
Представлена разработка системы регулирования двухосевого микро-электромеханического гироскопа на базе нейронных сетей, размещенно- го на электронной плате управления миниатюрным летательным ап- паратом (квадрокоптером). Целью является минимизация вероятности возникновения частоты колебаний шумов, равной резонансной частоте гироскопа, за счет снижения значения ошибки на выходе регулятора ча- стот гироскопа
Бесплатно
Нейросетевой подход к мониторингу состояния промышленных роботов-манипуляторов
Статья научная
Предложен новый метод мониторинга состояния промышленных роботов-манипуляторов, основанный на анализе результатов идентификации параметров динамической модели при помощи нейронных сетей. Получены аналитические выражения, позволяющие минимизировать влияние погрешностей квантования на точность идентификации. Эффективность предложенного метода подтверждается примерами практического применения в промышленной системе мониторинга.
Бесплатно
Нелинейное деформирование тонкой сферической оболочки под давлением
Статья научная
Сосуды высокого давления, в том числе сферические баки, используются в аэрокосмической технике. Если не допускаются большие деформации, тогда для решения вопроса обеспечения прочности конструкции применяется уравнение равновесия Лапласа с приложением нормативных коэффициентов запаса по назначению. Составлено уравнение равновесия сферической оболочки по деформированной схеме, то есть с учетом величины прогиба, на которую увеличивается первоначальный радиус оболочки от действия давления. Неизвестными параметрами здесь являются прогиб и внутреннее мембранное усилие, возникающее в оболочке. Считается, что первоначальный объем материала оболочки при ее деформировании не изменяется, так что толщина есть величина переменная. Учет этих параметров преобразует уравнение равновесия в нелинейное уравнение, связывающее прогиб и величину внутреннего давления. Постоянными параметрами в это уравнение входят первоначальный радиус, исходный объем материала оболочки и модуль Юнга. В примере деформирования шара рассмотрена взаимосвязь прогиба с внутренним давлением, внутренним объемом, напряжением и толщиной стенки при условии несжимаемости материала...
Бесплатно
Статья
В настоящей статье приведены расчетные оценки эффекта от применения разрабатываемого в БГТУ «ВОЕНМЕХ» термоэмиссионного способа охлаждения лопаток турбин газотурбинных преобразователей космических летательных аппаратов. Актуальность разработки термоэмиссионного способа охлаждения подтверждается тем, что сейчас в Российской Федерации ведется разработка транспортно-энергетического модуля, в основе которого положен принцип газотурбинного преобразования. В данном случае предполагается, что лопатки турбины будут выполнены из керамических материалов, функционирующих в среде инертных газов, нагретых от бортового источника тепловой энергии. Одной из проблем при этом является возникновение температурных градиентов, напряжений и деформаций, что может привести к возникновению трещин. Однако, если выполнить керамические лопатки из металлоподобных соединений (бориды, карбиды, сплавы боридов и карбидов) с применением термоэмиссионного способа охлаждения, то появляется возможность существенного (более, чем в два раза) снижения как температуры лопаток турбин, так и температурных перепадов, и напряжений в конструкции лопаток турбин. В статье также показано, что снижение температурных напряжений в конструкции горячих элементов при эквивалентной тепловой нагрузке достигается за счет фундаментальных свойств термоэлектронной эмиссии, а именно благодаря зависимости интенсивности термоэлектронной эмиссии и электронного охлаждения от температуры.
Бесплатно
Статья
Представлена история развития проблемы и исследований космического мусора. Выполнен анализ текущего состояния техногенного засорения околоземного космического пространства, показаны предпосылки к дальнейшему росту техногенного засорения околоземного космического пространства. Продемонстрированы конкретные примеры решения задач ограничения образования космического мусора и защиты космических аппаратов. Для одной из наиболее засоренной области геостационарной орбиты, в которой отсутствуют естественные факторы ухода объектов, рассмотрен сформированный научно-технический задел для реализации проекта активного увода объектов космического мусора с использованием сервисного космического аппарата с системой инжекции ионного пучка. Указаны роль и вклад участников разработки в создании научно-технического задела. Показаны преимущества предлагаемого метода дистанционного воздействия на космические объекты и технические аспекты реализации проекта. Предложено использовать организационную форму перспективных проектов по снижению антропогенного воздействия на околоземное космическое пространство в виде Консорциума в составе научного, образовательного и индустриального партнеров. В рамках такой формы взаимодействия обеспечивается решение комплекса задач как по созданию новой перспективной ракетно-космической техники, так и по образованию кадров для ракетно-космической отрасли.
Бесплатно
Обеспечение длительного ресурса малорасходных нагнетателей
Статья научная
Широкое использование малорасходных нагнетателей жидкости и газа не позволяет четко систематизировать их по применению в той или иной системе терморегулирования космических аппаратов. Они могут быть рассчитаны как на очень высокий ресурс работы, исчисляемый годами, так и на кратковременный период, исчисляемый минутами. Длительный ресурс работы предполагает тщательную балансировку. Вы- бор и балансировка нагнетателя определяются параметрами системы, в которой он выполняет свои функции. Основная из них - обеспечение подачи рабочего тела с заданным расходом и напором, отсутствие микро- вибраций с ускорением g>10-2.
Бесплатно
