Статьи журнала - Космическая техника и технологии
Все статьи: 466
Статья научная
В статье рассматриваются принципы создания методов многомерной аппроксимации гидравлических характеристик дроссельных окон золотниковых гидрораспределителей электрогидравлических усилителей рулевых машин, в основу которых была положена кубическая сплайн-интерполяция-экстраполяция (СИЭ) зависимостей. Отличительная особенность разработанных методов заключается в том, что при математическом моделировании сложные аналитические зависимости характеристик не требуются, а для их аппроксимации в процессе расчетов используются только табличные представления экспериментальных данных. Представленные в настоящей работе многомерные методы аппроксимации, основанные на кубической СИЭ, прошли апробацию в математических моделях статического анализа автономных однокаскадных электрогидравлических рулевых машин с двух - и четырехдроссельным электрогидравлическими усилителями и показали свою высокую эффективность. Благодаря им погрешность расчета статических характеристик рулевых машин в широких диапазонах температуры рабочей жидкости и напряжения питания в настоящее время не превышает ±2%.
Бесплатно
Статья научная
Исследуется один из наиболее критичных этапов ввода парашютной системы при возвращении спускаемого аппарата, а именно процесс отделения крышки узлов подвески с вытяжным блоком перед вводом вытяжного парашюта. Представлены особенности моделирования движения элементов этой системы с использованием современных программных комплексов FlowVision, Euler, Aero Shape-3D. Разработана методика, позволяющая моделировать динамику относительного движения тел в атмосфере с учётом аэродинамической интерференции. Проанализирована динамика отделения крышки в спутном следе. Выявлена интенсивная раскрутка крышки узлов подвески, которая может привести к наматыванию уздечки и вытяжного блока на крышку и к отказу ввода вытяжного парашюта. Рассмотрены варианты доработки конструкции крышки с целью уменьшения возмущений при её отделении.
Бесплатно
Методы расчета частотных характеристик разомкнутых сервоприводов и систем управления
Статья научная
Статья содержит результаты разработки методов расчета частотных характеристик разомкнутых сервоприводов и систем управления, в которых используются частотные характеристики замкнутых сервоприводов и систем управления, получаемых с использованием преобразований Фурье и Лапласа переходных характеристик, вычисляемых по их линейным или линеаризованным математическим моделям. Разработанные методы можно использовать для приближенного расчета частотных характеристик сервоприводов и систем управления по их математическим моделям с незначительными нелинейностями. Выводятся уравнения для расчета частотных характеристик разомкнутых сервоприводов и систем управления для нескольких частных случаев передаточной функции цепи обратной связи. Исследуется работоспособность разработанных методов расчета частотных характеристик разомкнутых сервоприводов и систем управления. Получаемые частотные характеристики разомкнутых сервоприводов и систем управления можно использовать для оценки запасов устойчивости этих объектов по амплитуде и фазе.
Бесплатно
Статья научная
Статья содержит результаты разработки итерационных методов статического анализа двухприводной электромеханической рулевой машины, а именно методов расчёта её статических характеристик (моментной и регулировочной), позволяющих проводить расчёты с заданной погрешностью вычислений и за минимальное время. Предлагаемые методы основаны на решении систем нелинейных алгебраических и трансцендентных уравнений математических моделей рулевой машины, описывающих её статические режимы работы. В основу разработки методов статического анализа рулевой машины положены математическая модель магнитоэлектрического двигателя, математическая модель динамического режима работы двухприводной электромеханической рулевой машины жидкостного ракетного двигателя, математические модели электроприводов и электромеханических систем, а также модификация метода Зейделя для решения систем нелинейных алгебраических и трансцендентных уравнений. Приводятся результаты апробации разработанных итерационных методов статического анализа такой рулевой машины. Разрабатывается динамический метод «автоинтегрирования» расчёта регулировочной характеристики рулевой машины для верификации разработанного итерационного метода статического анализа. Исследуется влияние разброса скоростной характеристики магнитоэлектрического двигателя на статические характеристики рулевой машины.
Бесплатно
Микровозмущения на Международной космической станции
Статья научная
Приводятся результаты анализа микровозмущений на Международной космической станции (МКС) для различных режимов полета. Рассмотрен уровень микровозмущений на МКС при фоновой обстановке, действиях экипажа и динамических операциях.
Бесплатно
Статья научная
Для задач космической ядерной планетологии по изучению элементного состава планет и их спутников, а также для исследования потоков космического излучения, в т. ч. и вторичного, широкое распространение получили сцинтилляционные детекторы на основе фотоэлектронных умножителей (ФЭУ). При поглощении ионизирующего излучения в объеме сцинтиллятора излучаются фотоны, которые регистрируются ФЭУ. Известно, что ФЭУ подвержено влиянию микрофонного эффекта, при котором внешнее вибрационное воздействие приводит к появлению электрических шумов. На борту космических аппаратов присутствуют различные источники вибрации: гиродины, насосы, поворотные устройства и пр., которые могут существенно повлиять на результаты измерений. В статье рассмотрено влияние микровибрации на работу ФЭУ, которое приводит к возникновению шумов при измерениях потоков нейтронов и гамма-лучей детекторами на борту космических аппаратов. Приведены результаты испытаний фотоэлектронного умножителя Hamamatsu R1840 на восприимчивость к микровибрации и определены уровни возникновения шумов.
Бесплатно
Статья научная
Исследуется работоспособность многоканального метода автоинтегрирования с полным осреднением коэффициентов Фурье для расчёта амплитудно-фазовых частотных характеристик (АФЧХ) цифровой релейной электромеханической системы управления вектором тяги жидкостного ракетного двигателя. Предлагаемый вариант метода автоинтегрирования основан на численном интегрировании системы нелинейных дифференциальных уравнений математической модели системы при моногармонических входных воздействиях на фиксированных частотах и анализе периодических откликов на эти воздействия методом Фурье. Процесс интегрирования на каждой из фиксированных частот продолжается до тех пор, пока средние значения коэффициентов Фурье исследуемой гармоники выходного периодического отклика системы на входное моно гармоническое воздействие за пройденное количество периодов входного моногармонического сигнала не станут достаточно постоянными. В предложенном алгоритме моногармонического метода автоинтегрирования в качестве критерия достаточности постоянства коэффициентов Фурье использовано сравнение средних значений коэффициентов Фурье исследуемой гармоники выходного периодического сигнала системы, получаемых на последнем периоде входного моногармонического сигнала, со средними значениями этих же коэффициентов Фурье на предпоследнем периоде. Предлагаемый вариант моногармонического метода автоинтегрирования с полным осреднением коэффициентов Фурье позволяет рассчитывать АФЧХ с заданной погрешностью вычислений и за минимальное время.
Бесплатно
Статья научная
Одной из основных задач технической диагностики при оценке результатов испытаний объектов различного назначения является определение (идентификация) их ключевых параметров и характеристик, сопоставление полученных оценок с расчетными и выявление аномальных (аварийных) расхождений. Об актуальности таких задач говорит тот факт, что им посвящена современная теория решения обратных некорректно поставленных задач, методы которой используются в различных отраслях техники, в т. ч. и ракетно-космической. При практическом применении этих методов часто возникает вопрос - какие преимущества и трудности сопутствуют решению такого рода обратных задач на переходных неустановившихся режимах? Эти режимы имеют очевидное достоинство - более богатый спектр воздействий, возбуждающих собственные колебания объекта контроля, и соответственно, большая информативность по сравнению с процессами установившимися (вынужденными). В статье показано, как при всех методических трудностях использование современных методов исследования динамики сложных технических систем позволяет решать упомянутые выше обратные задачи. Основа этих методов - модальная диагностика и сингулярное разложение матриц переходных процессов. Приведены примеры такой диагностики переходных процессов для двух изделий ракетно-космической техники - разгонного блока и спускаемого аппарата.
Бесплатно
Статья научная
Задачи оценки риска повреждения космических аппаратов метеороидами и частицами космического мусора являются весьма актуальными. Вероятность неповреждения космического аппарата зависит от свойств элементов его конструкции и плотности потока сверхскоростных частиц. Влияние свойств элементов конструкции определяется их способностью противостоять высокоскоростному удару и описывается баллистическими предельными уравнениями. Настоящая статья представляет собой аналитический обзор работ (в основном зарубежных) по оценке плотности потока метеороидов на основе различных моделей метеороидной среды. Сформулированы общие требования, предъявляемые к экспериментальным данным, которые могут считаться приемлемыми для получения более общих зависимостей, пригодных для оценки плотности потока метеороидов. Сравнены величины плотности потока метеороидов, полученные по различным моделям, в т. ч. по модели, представленной в действующем отечественном стандарте. На основании анализа экспериментальных данных, накопленных к настоящему времени, предложена аналитическая зависимость для вычисления интегральной плотности потока метеороидов в окрестностях Земли.
Бесплатно
Моделирование в задачах вибропрочности конструкций ракетно-космической техники
Статья научная
Рассмотрена роль конечно-элементной модели в системном многоэтапном процессе обеспечения вибропрочности конструкции изделий ракетно-космической техники. Изложены принципы построения модели, проблемные вопросы, сложности и особенности процессов ее разработки и использования для решения расчетно-теоретических и экспериментальных задач в процессе создания изделия. Показаны методы уточнения параметров, настройки модели и ее верификации для задач вибропрочности. Приведены примеры динамического моделирования конструкций автоматического космического аппарата и модуля космической станции.
Бесплатно
Статья научная
Описана модель расчета вольтамперной характеристики солнечной батареи в условиях наличия градиента температуры по ее фотоэлектрическим преобразователям и переменной освещенности их вследствие возможного загрязнения под действием факторов космического пространства, в т. ч. работы электроракетных двигателей. Модель создана на базе основного уравнения солнечного элемента. При этом учитываются как одномерный градиент температуры, так и двумерный. Приведены принципы построения модели, и проведен выбор исходных данных. Для моделирования условия освещения солнечной батареи используется понятие «эффективная освещенность» - плотность потока излучения, который пада ет на фотоэлектрические преобразователи, проходя через защитные покрытия. Описаны особенности моделирования распределения температуры по солнечной батарее и эффективной освещенности ее поверхности в случаях параллельной, последовательной и смешанной коммутаций солнечных элементов. Приведены методика и примеры расчета простейших примеров солнечных батарей. Описано построение модели в универсальном математическом пакете Mathcad. Обсуждаются некоторые результаты моделирования.
Бесплатно
Статья научная
На основе консервативного метода потоков осуществлено численное моделирование потока вязкого теплопроводного газа внутри диффузорной части пространственного сопла. Расчеты проведены в широком диапазоне изменения параметров, влияющих на характер и структуру потока, в частности, на отрыв потока внутри сопла. Рассматривалось критическое сечение сопла прямоугольной формы, величина которого может меняться за счет изменения размера одной стороны. Плоскость среза сопла сильно наклонена по отношению к его продольной оси. Проведены исследования влияния величины площади критического сечения и давления в конфузорной части на параметры потока в диффузорной части сопла, положение отрыва потока, а также на поперечные силы, действующие на внутреннюю часть сопла. Приводятся распределения параметров течения внутри сопла. Осуществляется визуализация структуры потока внутри и вне сопла. Расчеты выполнены на основе параллельных алгоритмов, реализованных на многопроцессорном вычислительном комплексе кластерной архитектуры с использованием до 1 000 вычислительных узлов.
Бесплатно
Моделирование перелёта межорбитального буксира с солнечной электроракетной двигательной установкой
Статья научная
В статье представлены результаты работы по определению технических характеристик межорбитального космического буксира, оснащённого электро-ракетными двигателями и солнечной энергоустановкой. Рассмотрен конструкционный облик космического буксира с электроракетной двигательной установкой мощностью до 200 кВт и возможные варианты энергетической системы на основе солнечной и аккумуляторной батарей. Приведены результаты расчётов параметров четырёх вариантов транспортной операции для обеспечения грузопотока на орбиты высотой ~20 000 км с возвращением космического буксира на опорную орбиту. Показано, что наиболее рациональной является конструкция буксира, не имеющая аккумуляторной батареи для работы электроракетной двигательной установки на теневых участках траектории. При этом транспортную операцию целесообразно выполнять по траектории с минимальной длительностью теневых участков.
Бесплатно
Статья научная
Возвращаемый аппарат, входящий в состав разрабатываемого РКК «Энергия» пилотируемого корабля «Федерация», в штатной ситуации совершает посадку на специально подготовленные грунтовые площадки с использованием парашютно-реактивной системы. В нештатных ситуациях возвращаемый аппарат имеет возможность совершать посадку на воду. В этом случае для корректного учета нагрузок и проведения прочностных расчетов необходимо знание уровней гидродинамических воздействий на корпус аппарата и динамики его поведения в водной среде с учетом всех возможных погодных условий в районе посадки и всех возможных режимов работы парашютно-реактивной системы в нештатных ситуациях. В данной публикации представлены результаты численного моделирования посадки возвращаемого аппарата, входящего в состав пилотируемого транспортного корабля «Федерация», в условиях морского волнения. Рассмотрены случаи посадки как с работающей, так и с выключенной двигательной установкой. Приведены данные по изменению кинематических характеристик возвращаемого аппарата, действующих на него сил и моментов, а также по испытываемым им перегрузкам. Полученные данные требуются для дальнейшего анализа нагружения и прочностных расчетов конструкции корпуса аппарата.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе предложена математическая модель для проведения предварительных инженерных оценок параметров топливной системы ступени ракеты-носителя при наличии демпфера продольных колебаний. Демпфер устанавливается на расходной магистрали с целью недопущения колебаний топлива, которые могут вызвать рост давления в расходной магистрали, превышение давление опрессовки и, в конечном итоге, привести к разрушению расходной магистрали. Результаты расчётов по предложенной в работе математической модели позволяют сделать предварительные инженерные оценки как параметров топливной системы ступени ракеты-носителя, так и объёмной жёсткости демпфера на всём режиме работы маршевого двигателя ракеты-носителя. Это, в свою очередь, позволяет подтвердить работоспособность двигательной установки при наличии системы демпфирования. В работе рассмотрены методы оценки расходов газожидкостной смеси через дренажную систему демпфера, оценки критической высоты компонента топлива над уровнем среза дренажной магистрали демпфера с учётом воронкобразования.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются два метода моделирования сил и моментов сил от воздействия набегающего потока атмосферы на поверхность Международной космической станции (МКС) в процессе выполнения динамических режимов системы управления движением и навигации служебного модуля, которые разработаны РКК «Энергия». Эти методы, пригодные как для поиска оптимального управления движением МКС, так и для верификации динамических режимов системы управления движением и навигации служебного модуля, основаны на расчете аэродинамических характеристик в наборе точек четырехмерного (4D) пространства и последующей 4D-uнmepnoляцuu аэродинамических характеристик в ходе моделирования. Сравниваются результаты расчетов воздействия набегающего потока атмосферы во время моделирования оптимального по расходу топлива разворота (optimal propellant maneuvers) МКС на большой угол. Во время разворота геометрия МКС существенно меняется за счет поворотов крупногабаритных элементов МКС вокруг разнонаправленных осей. Предложенные методы планируется применить при подготовке космического эксперимента «МКС-Разворот». Они также могут быть пригодны при разработке алгоритмов управления системы управления движением и навигации будущих крупногабаритных космических объектов.
Бесплатно
Моделирование термоэмиссионной тепловой защиты при конвективном нагреве составной оболочки
Статья научная
В настоящее время разрабатываются высокоскоростные летательные аппараты, способные маневрировать в плотных слоях атмосферы. К ним относятся спускаемые аппараты перспективных космических кораблей многоразового применения и возвращаемые ступени ракет-носителей. Эти высокоскоростные летательные аппараты испытывают большие динамические и тепловые нагрузки, что может привести к разрушению и изменению их аэродинамических характеристик. Следовательно, очень важно обеспечить тепловую защиту их структурных элементов. Перспективным вариантом решения этой проблемы является использование термоэмиссионной технологии - электронного охлаждения в результате тепловой эмиссии электронов с поверхности эмиттера. Данная технология позволяет преобразовывать тепловую энергию, полученную от конвективного нагрева, непосредственно в электрическую. Для решения этой научно-технической задачи с высокой точностью необходимо развить математическое и физическое моделирование работы таких систем с учетом сложной природы взаимодействия высокоэнтальпийных потоков с теплозащитным материалом, когда сами элементы конструкции высокоскоростного летательного аппарата в большой мере участвуют в процессе их охлаждения. Применение этого подхода позволит моделировать системы термоэлектронной тепловой защиты высокоскоростных летательных аппаратов в условиях, которые соответствуют реальным нагрузкам вдоль их траектории.
Бесплатно
Статья научная
Статья содержит результаты разработки алгоритма моногармонического метода расчета частотных характеристик динамической жесткости нелинейных динамических объектов с заданной погрешностью вычислений и за минимальное время. Предлагаемый вариант метода относится к методам автоинтегрирования и основан на численном интегрировании системы нелинейных дифференциальных уравнений математической модели динамического объекта при моногармонических входных воздействиях на фиксированных частотах и анализе откликов на эти воздействия методом Фурье. Процесс интегрирования на каждой из фиксированных частот продолжается до тех пор, пока средние значения коэффициентов Фурье исследуемой гармоники динамической жесткости нелинейного динамического объекта на входное моногармоническое силовое или моментное воздействие за пройденное количество периодов входного сигнала не станут достаточно постоянными. Исследуется работоспособность разработанного метода и алгоритма на примере расчета частотных характеристик динамической жесткости силового гидроцилиндра с перекрытыми гидромагистралями. Получаемые частотные характеристики динамической жесткости можно использовать для оценки демпфирующих свойств нелинейных динамических объектов.
Бесплатно
Статья научная
На базе современного программного комплекса Comsol Multiphysics авторами разработана базовая версия программной методики для выполнения трехмерных расчетов тепловых и электрических характеристик термоэмиссионных электрогенерирующих каналов (ЭГК) в составе ядерных энергетических установок космического и наземного назначений, названной авторами COMSOL-ЭГК. В работе представлено описание основных функциональных возможностей разработанного комплекса COMSOL-ЭГК, оптимизированного под задачи расчета ЭГК любой конструкции. Расширение функционала математической модели ЭГК в COMSOL-ЭГК осуществляется путем добавления новых программных модулей (физических разделов) к базовой математической модели электротеплофизических процессов в ЭГК. В работе представлено описание разработанного программного модуля, позволяющего рассчитывать влияние собственного магнитного поля ЭГК на его характеристики. Для тестирования созданной математической модели собственного магнитного поля ЭГК было проведено несколько тестовых расчетов для одно - и многоэлементного ЭГК.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена исследованию динамической реакции конструкции транспортного грузового корабля (ТГК) «Прогресс» на отсечку тяги двигателя последней ступени ракеты-носителя (РН) «Союз». Импульсное воздействие на связку в составе ТГК и третьей ступени РН рассмотрено в двух вариантах: первый - типичная отсечка тяги, второй - с уменьшенным градиентом спада тяги. Исследования проведены на основе многоуровневого динамического моделирования конструкций. Реализованная технология решения задачи позволила получить следующие результаты: определить конфигурацию трансформированного, приведенного к любому поперечному сечению изделия, воздействия; дать исчерпывающую картину динамического отклика конструкции на импульсное воздействие; выделить класс конструкций с наиболее интенсивной реакцией на рассматриваемое импульсное воздействие; локализовать зону конструкции ТГК с максимальным уровнем напряженно-деформированного состояния. Из проведенного исследования сделаны выводы, основные из которых следующие: отсечка тяги последней ступени не дает энергоемких динамических эффектов; смягчение градиента спада тяги снижает уровень нагружения конструкции в 1,5раза; максимальный уровень напряжений реализуется в узкой зоне на одной из балок рамы нижнего приборного отсека с числом циклов менее 10; для типичной отсечки тяги двигателя запас прочности по пиковым напряжениям более двух, для модифицированной отсечки - более трех. Представленные в статье результаты показывают, что отсечка тяги третьей ступени РН не является расчетным случаем, не формирует напряженного состояния, близкого к критическому, и не оказывает влияния на прочность ТГК.
Бесплатно
