Ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Космические аппараты и технологии
Термоэмиссионное охлаждение элементов летательных аппаратов. Обзор современных исследований
Статья
Целью данной статьи является обзор текущего состояния исследований в области термоэмиссионного охлаждения и освещение их потенциальных применений в астронавтике и ракетостроении, особенно для космических аппаратов многоразового использования и высокоскоростных самолетов. В статье обобщены результаты работы исследовательских групп из нескольких университетов России, США и Китая. В ней рассматриваются теоретические модели и экспериментальные разработки технологии термоэмиссионного охлаждения, без углубления в подробные методологии. Основные исследования в этой области проводятся командами из университетов Мичигана, Колорадо, Вермонта и Техаса в США при активной поддержке корпорации Lockheed Martin. В данных университетах уже активно производятся экспериментальные исследования данной технологии. Более того, уже полученные результаты хорошо коррелируют с результатами теоретической проработки, из чего можно сделать вывод о перспективности исследований. Эффект термоэлектронной эмиссии дает возможность снизить температуру передних кромок аппаратов, что особенно актуально для космических аппаратов многоразового использования и беспилотных миссий, где поддержание оптимальной температуры компонентов становится ключевым фактором срока службы и надежности системы.
Бесплатно
Статья научная
Описаны термоэмиссионный способ и устройство охлаждения лопаток турбин газотурбинных преобразователей космических аппаратов, основанные на новом физическом принципе - явлении термоэлектронной эмиссии, испускании электронов нагретым металлом. Реализация термоэмиссионного способа и устройства охлаждения лопаток турбин позволяет повысить температуру рабочего тела перед турбиной до 2600-2700 К для органических топлив и выше для других рабочих тел и источников тепловой энергии (достигается при величине работы выхода электронов 1,6-1,7 эВ), уменьшить КПД газотурбинных преобразователей космических аппаратов до 43-44 %, снизить в два-три раза температурные напряжения в лопатках турбин газотурбинных преобразователей, снизить стоимость их изготовления и эксплуатации, а также дает возможность проводить диагностику теплового состояния турбины и других высокотемпературных элементов непрерывно в режиме реального времени. Все это обеспечивает потенциал для создания космических аппаратов повышенной энергоемкости с длительным сроком активного существования.
Бесплатно
Статья
Рассмотрены способы передачи тепловой энергии электронагревателей к узлам и устройствам космических аппаратов негерметичного исполнения, находящихся в составе космических аппаратов на целевых орбитах в условиях штатного применения. Разработаны основные технические характеристики перспективных электронагревателей для условий эксплуатации, разработана модель штатного положения электронагревателей, позволяющая определить пути повышения эффективности и коэффициента полезного действия электронагревателей. Представлены основные результаты разработки гибких пленочных электронагревателей различного конструктивного исполнения с использованием материалов, производимых отечественной промышленностью и изготовленных с применением нового способа на основе метода фотолитографии и травления резистивного слоя, позволяющего реализовать новые функциональные возможности и существенно улучшить эффективность электронагревателей. Приведены эксперименты, подтверждающие расчеты в условиях, имитирующих эксплуатационные воздействия на электронагреватели. Применение гибких пленочных электронагревателей повышенной эффективности в составе существующих и перспективных космических аппаратов позволяет улучшить эффективность работы системы терморегулирования в целом и улучшает технологичность изготовления.
Бесплатно
Управление системами, включающими в себя объекты управления и параметрические регуляторы
Статья
В статье рассматривается новый алгоритм управления системами с длительными переходными процессами. Актуальность исследования обусловлена растущим использованием малых космических аппаратов для различных целей, включая научные исследования, связь и наблюдение. Эти аппараты имеют ограниченный ресурс корректировки движения из-за износа дополнительных двигателей и ограниченного объёма рабочего тела. Разработка и внедрение новых алгоритмов управления, направленных на сокращение времени корректировки (переходного процесса), могут значительно повысить эффективность использования малых космических аппаратов. Это не только увеличит срок их службы, но и позволит расширить возможности их применения в различных областях. Разработанный алгоритм основан на непараметрической оценке функции регрессии и состоит из двух частей: накопленного опыта об объекте и поискового шага. В качестве объекта управления был взят безынерционный процесс, управляемый П-регулятором. В такой системе возникает переходный процесс. Для оценки эффективности управления было выбрано время переходного процесса как критерий. Проведённое сравнение показало, что управление системой с помощью П-регулятора менее эффективно по сравнению с разработанным алгоритмом. Результаты исследования могут быть полезны для разработки более эффективных систем управления, особенно в условиях, когда требуется высокая скорость регулирования.
Бесплатно
Статья научная
Разработан программный редактор, позволяющий формировать процедуры автономных испытаний приема и отработки команд и выполнять анализ функционирования бортовой аппаратуры командно-измерительной системы космического аппарата. Автономные испытания командно-измерительной системы проводятся без подключения бортовых систем, взаимодействующих с объектом контроля. Для проведения автономных испытаний требуется, с одной стороны, формировать и передавать команды в командно-измерительную систему, а с другой - собирать и передавать ответы. В условиях комплексных испытаний эти функции выполняют бортовые системы. Разработанное программное обеспечение обеспечивает работу имитаторов бортовых систем, позволяет настроить перечень команд и параметры приема-передачи данных: коммутационные интерфейсы, время ожидания реакции на команду, количество повторений отправки, способ передачи, эталонные значения полей телеметрии для контроля и анализа отработки команд и др. Редактор интегрирован в программное обеспечение контрольно-проверочной аппаратуры командно-измерительной системы...
Бесплатно
Статья
Важным этапом разработки бортового ретрансляционного комплекса является компьютерное моделирование, которое способно оценить влияние тех или иных параметров комплекса на сигнал. Статья посвящена разработке структуры компьютерной модели для оценки влияния параметров бортового ретрансляционного комплекса на сигнал. Основополагающими узлами модели «наземная станция – бортовой ретрансляционный комплекс – наземная станция» являются узлы формирования воздействия, сквозной ретрансляции (реакции), анализа реакции. Рассмотрен принцип формирования сигнала стандарта DVB-S2 и приведена сигнально-кодовая конструкция. Раскрыта типовая структура бортового ретрансляционного комплекса, содержащая приемное и передающее антенно-фидерное устройство, входной и выходной мультиплексор, набор усилителей мощности. Разработана структура компьютерной модели, обладающая необходимым функционалом, а именно: отражением физической сути высокочастотного тракта бортового ретрансляционного комплекса и наземной станции на уровне основных узлов прохождения (смеситель, гетеродин, усилитель мощности, входной и выходной фильтры); возможностью изменения радиотехнических характеристик модели; формированием в модели испытательного сигнала с применением стандартов DVB-S2; измерением вероятности появления битовых ошибок при прохождении сигнала с различными сигнально-кодовыми конструкциями через модель; имитацией искажений сигнала в среде распространения. Представлен план формирования модели в средах MATLAB/Simulink, состоящий из десяти пунктов. Сделаны соответствующие выводы.
Бесплатно
Численные исследования нестационарных процессов при запуске ракетного двигателя
Статья научная
Рассматриваются нестационарные процессы в сопле и развитие нестационарной струи при запуске ракетного двигателя; определяются нестационарные газодинамические нагрузки, действующие на донную часть ракеты космического назначения при старте. Численно решаются нестационарные уравнения Навье-Стокса с использованием алгебраических моделей турбулентности. Учитываются отрывные течения в сопле, которые, как показали авторы, оказывают существенное влияние на величины нагрузок. Проведено исследование двух вариантов выхода двигателя на режим: с малым временем выхода и с временем выхода, характерным для современных двигателей, используемых на ракетах космического назначения. Приводятся результаты расчетов: поля температур газа, статического давления, чисел Маха, а также графики давления на днище ракеты. Показано, что для обоих вариантов запуска из-за перехода от истечения воздуха из сопла к истечению продуктов сгорания и отрывных течений в сопле массовый расход через плоскость среза сопла вначале достигает максимума, а потом резко падает...
Бесплатно
Электромагнитная система компенсации веса
Статья научная
В статье детально представлены результаты исследования и разработки уникальной активной электромагнитной системы компенсации веса, созданной инженерами АО «Решетнёв». Основное предназначение данной системы – проведение модальных испытаний современных слабодемпфированных конструкций, характерных для космической отрасли. Ключевая задача системы заключается в создании и поддержании условий, максимально достоверно моделирующих состояние невесомости на Земле. Этот эффект достигается благодаря сложному, прецизионно управляемому взаимодействию электродинамических сил. Авторами подробно изложен основной принцип функционирования системы, а также её конструктивная реализация, уделено особое внимание описанию ключевых узлов. Предложен и математически обоснован инновационный метод формирования зависимости управляющего тока от координаты подвижного элемента, что является основой точного управления. Для обеспечения высочайшей стабильности и динамической точности в систему были интегрированы и адаптированы продвинутые алгоритмы регулирования, использующие ПИД-контроль. Существенный скачок в качестве управления был достигнут за счёт внедрения специализированного мощного усилителя тока, который позволил убрать электродвижущую силу индукции и существенно повысить точность задания возбуждающей силы. Проведённый комплекс экспериментальных исследований и испытаний в полной мере подтвердил высокую эксплуатационную состоятельность и эффективность всех разработанных технических решений. Полученные результаты также позволили выявить конкретные перспективные направления для дальнейшей оптимизации системы с целью улучшения её характеристик.
Бесплатно
Элементы баллистического расчета при гравитационном маневре космического аппарата
Статья
Цель исследования – аналитическое описание участка баллистической траектории, соответствующего нормальному падению космического аппарата на поверхность безатмосферной планеты. При этом движение нормально падающего тела характеризуется возрастающим ускорением свободного падения. Задача о скорости, времени и ускорении нормального падения тела на поверхность планеты при отсутствии атмосферы сводится к решению дифференциального уравнения второго порядка, которое решается стандартным методом. Особенностью решения является формальное использование табличного интеграла на промежуточном этапе. Оказалось, однако, что его формула недостоверна, а именно, производная правой части не равна подынтегральному выражению. Из этого следует, что возможные существующие решения этой задачи, основанные на использовании указанного табличного интеграла, являются некорректными. В статье представлена корректировка этого табличного интеграла, что является попутным результатом исследования. В работе получено временное уравнение движения нормально падающего на поверхность планеты тела при отсутствии атмосферы, а также временные уравнения его скорости и ускорения. Полученные результаты могут быть полезны при расчетах пассивного гравитационного маневра при межпланетных полетах и расчетах отвесного падения небольших небесных тел и отработанных элементов конструкций космических аппаратов.
Бесплатно
