Механика. Рубрика в журнале - Труды Московского физико-технического института
Оптимизация поглощенной дозы радиации при перелётах на геостационарную орбиту с малой тягой
Статья научная
При перелётах космических аппаратов с низких орбит на геостационарную с использованием только двигателей малой тяги возникает проблема поглощения бортовыми системами большой дозы космической радиации. Космическая радиация негативно влияет на бортовые системы и может приводить даже к выходу из строя всего космического аппарата. В работе предложен способ снижения дозы радиации, поглощённой космическим аппаратом при перелёте с низкой круговой орбиты на геостационарную, за счёт изменения формы траектории довыведения. Удалось снизить дозу радиации на 20-30% при увеличении времени перелёта не более чем на 1-6% относительно оптимальной по быстродействию траектории.
Бесплатно
Оптимизация цепной линии и ее модификаций
Статья научная
В работе рассматриваются вопросы оптимизации обычной нерастяжимой цепной линии (ЦЛ) в однородном поле тяготения вблизи поверхности Земли, а также ее модификаций - растяжимой ЦЛ и ЦЛ в ньютоновом поле. В качестве критерия оптимизации выступает минимизация силы натяжения в точках подвеса ЦЛ, где она достигает своего наибольшего значения среди всех точек ЦЛ, и это обеспечивается путем выбора оптимальной длины ЦЛ. Для всех рассматриваемых вариантов на основе выражения для натяжения ЦЛ в указанных точках строится аналитическое решение оптимизационной задачи. В ходе ее решения можно получить достаточно несложные конечные выражения и дать наглядные графические иллюстрации. Кроме того, показано, что для модификаций ЦЛ в предельных случаях получаются решения, которые полностью согласуются с вариантом обычной ЦЛ. Полученные результаты представляют теоретический интерес и имеют важное практическое значение для проектировщиков и строителей линий электропередач (ЛЭП), канатных дорог в высокогорной местности, различных длинномерных тросовых конструкций и прочих цепных систем.
Бесплатно
Осесимметричные винтовые течения идеальной жидкости
Статья научная
Рассмотрены винтовые (завихренность не равна нулю и параллельна скорости) осесимметричные стационарные течения идеальной несжимаемой жидкости. В известных решениях Громеки коэффициент, связывающий скорость и завихренность, является константой во всем поле течения. Найдены точные решения, описывающие винтовые течения с переменным коэффициентом, связывающим скорость и завихренность.
Бесплатно
Осесимметричные течения с прямой звуковой линией
Статья научная
Изучены всевозможные осесимметричные течения идеального (невязкого и нетеп- лопроводного) газа с прямой звуковой линией в осесимметричных соплах с круглыми и кольцевыми поперечными сечениями, а также разгон и торможение потоков при под- ходе к прямой звуковой линии или отходе от нее. Построены звуковые линии тока, в том числе начинающиеся в точке прямой звуковой линии на оси симметрии.
Бесплатно
Статья научная
Обсуждается движение крупного спутника вокруг некоторой модельной планеты, представляющей собой толстый сферический слой тяжёлой идеальной жидкости с от- носительно небольшим твердым внутренним ядром. Вызываемое спутником приливное возмущение распространяется с помощью длинных гравитационных волн. При глисси- ровании по поверхности слоя энергия и период обращения спутника убывают, а вы- сота прилива и период свободных гравитационных волн, поддерживающих развитие прилива, нарастают. Для поддержания прилива необходимо, чтобы период обращения спутника был не меньше периода свободных длинных гравитационных волн. В работе оценивается величина статического прилива для случая совпадения периодов обраще- ния спутника и свободных гравитационных волн, распространяющихся по поверхности сферического слоя жидкости. При достижении этого условия продолжение глиссиро- вания спутника становится невозможным и происходит быстрое заглубление спутника внутрь сферического слоя.
Бесплатно
Статья научная
Обсуждается движение крупного спутника вокруг некоторой модельной планеты, представляющей собой толстый сферический слой тяжёлой идеальной жидкости с от- носительно небольшим твердым внутренним ядром. Вызываемое спутником приливное возмущение распространяется с помощью длинных гравитационных волн. При глисси- ровании по поверхности слоя энергия и период обращения спутника убывают, а вы- сота прилива и период свободных гравитационных волн, поддерживающих развитие прилива, нарастают. Для поддержания прилива необходимо, чтобы период обращения спутника был не меньше периода свободных длинных гравитационных волн. В работе оценивается величина статического прилива для случая совпадения периодов обраще- ния спутника и свободных гравитационных волн, распространяющихся по поверхности сферического слоя жидкости. При достижении этого условия продолжение глиссиро- вания спутника становится невозможным и происходит быстрое заглубление спутника внутрь сферического слоя.
Бесплатно
Статья научная
Дан обзор нескольких простых моделей струйно-вихревого следа самолета и его рассеивающих свойств, разработанных научными коллективами ЦАГИ, МФТИ и АО «Концерн ВКО «Алмаз-Антей». Эволюция формы следа и пространственные распределения газодинамических параметров определяются в ходе численного решения упрощенной системы уравнений Навье-Стокса и модели трехмерного взаимодействия струй и вихрей. Результаты используются при расчете эффективной площади рассеяния (ЭПР) «теплой» струи двигателя с учетом турбулентных пульсаций параметров газа.
Бесплатно
Параметризация сейш для одномерной модели водоёма
Статья научная
Предложена новая параметризация сейш для одномерных моделей водоёма, осно- ванная на явном воспроизведении динамики первой горизонтальной моды колебаний. Параметризация включена в модель озера LAKE. Результаты идеализированных экс- периментов с моделью хорошо согласуются с оценками частоты сейшевых колебаний из линейных моделей. Проведены расчёты динамики заглубления перемешанного слоя в термоклин при постоянном потоке импульса из атмосферы. Продемонстрировано отно- сительное значение силы Кориолиса и сейш в «торможении» развития перемешанного слоя в зависимости от горизонтального размера водоёма. Результаты работы позво- ляют заключить, что одномерные модели без учёта сейш должны завышать толщину перемешанного слоя в летний стратифицированный период для водоёмов с размера- ми много меньшими внутренного радиуса деформации Россби. Попутным результатом работы является формула для доступной потенциальной энергии многослойной стра- тифицированной жидкости.
Бесплатно
Первые звуковые точки в каналах
Статья научная
Рассматриваются баротропные безвихревые стационарные течения, в которых местное число Маха в некоторых точках равно единице и всюду не превышает единицы. Такие течения соответствуют критическому числу Маха набегающего потока, разграничивающему чисто дозвуковые течения и обтекания с местными сверхзвуковыми зонами. Развивается известная теория о звуковых плоскостях (Gilbarg D., Shiffman M., 1954), состоящая в том, что если в дозвуковом стационарном безвихревом баротропном течении существует внутренняя звуковая точка (местное число Маха равно единице), то она лежит на звуковой плоскости, которая в каждой точке перпендикулярна скорости газа и не может заканчиваться внутри течения. Эта теория до сих пор не давала ответы на вопрос о месте первых звуковых точек в каналах. Предлагается наряду с теоремой о звуковых плоскостях использовать геометрическое требование, на которое до сих пор не обращалось внимание. В результате вывод о месте первых звуковых точек только на поверхности обтекаемых тел удаётся распространить на течения в широком классе каналов.
Бесплатно
Перемежаемость в пограничном слое при повышенной внешней турбулентности
Статья научная
Представлены результаты экспериментов по проверке недавно предложенной М. В. Устиновым статистической модели ламинарно-турбулентного перехода в пограничном слое при повышенной степени турбулентности внешнего потока. Оказалось, что не все предположения в этой теории нашли подтверждения. Однако наиболее важное утверждение о пороговом характере возникновения турбулентных пятен после достижения полосчатыми структурами определенной амплитуды было подтверждено во всех испытаниях.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается двумерная гамильтонова система, описывающая движение пары точечных вихрей противоположных знаков в круговой области, моделирующей поперечное сечение аксиально симметричной ловушки бозе-эйнштейновского конденсата. Параметр, равный отношению интенсивностей вихрей, является отрицательным. Модель вполне интегрируема по Лиувиллю. В работе описан алгоритм построения бифуркационной диаграммы отображения момента, детально изложены шаги численного построения инвариантных торов, а также особых слоев слоения Лиувилля в заданном прообразе значений первых интегралов, и предложена процедура автоматического разделения торов по данным численного интегрирования (кластеризация). Представлены результаты визуализации торов и их бифуркаций при изменении значений первых интегралов вдоль фиксированной линии уровня гамильтониана.
Бесплатно
Статья научная
В рамках уравнений Навье-Стокса рассмотрены винтовые течения вязкой несжи- маемой жидкости в потенциальном поле внешних сил. Винтовыми в статье называ- ются течения, в которых завихренность параллельна скорости, а отношение вели- чины завихренности к величине скорости постоянно по пространству и по времени. Показано, что можно суммировать векторные поля скоростей двух винтовых реше- ний, если у этих решений отношение величины завихренности к величине скорости одинаково. В результате получается поле скорости некоторого «нового» винтового ре- шения уравнений Навье-Стокса. Такой метод получения новых решений назван «ме- тодом векторного суммирования». В качестве «исходных» точных решений уравне- ний Навье-Стокса рассмотрены, в частности, решения Громеки-Бельтрами-Тркала (то есть решения, которые получены методом Тркала из решений Громеки-Бельтрами). Метод векторного суммирования позволяет складывать скорости таких решений Громеки-Бельтрами-Тркала, у которых оси симметрии не совпадают. В результа- те получается неосесимметричное точное решение. Приведен пример нового точно- го решения, полученного методом векторного суммирования трех известных точ- ных решений. Два из этих трех известных решений - это два разных решения Громеки-Бельтрами-Тркала, у которых оси симметрии не совпадают. Третье решение- это решение уравнений Навье-Стокса, полученное методом Тркала из ABC -решения (Arnold-Beltrami-Childress). Полученное новое (суммарное) решение имеет более слож-ную структуру, чем три «исходных» решения. Это новое решение не периодично. У него нет оси симметрии, нет плоскости симметрии и нет центра симметрии. Точные решения, полученные методом векторного суммирования, могут использоваться для тестирования численных алгоритмов и компьютерных программ.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена теоретическому анализу поляризационного тормозного излуче- ния (ПТИ) [1] при рассеянии быстрых электронов на металлической наносфере, поме- щенной в диэлектрическую матрицу в области частот вблизи дипольного и квадруполь- ного плазмонных резонансов. Учитываются плазмонные интерференционные эффекты, которые возникают в частотно-угловом распределение ПТИ. Предлагаемый подход ос- нован на методе Ферми эквивалентных фотонов [2] и теории Ми рассеяния излучения малыми частицами металла [3]. Показано, что учет плазмонной интерференции в диф- ференциальном сечении ПТИ приводит к специфическим особенностям в спектральном распределении излученных фотонов, которое сильно зависит от угла излучения и ра- диуса наносферы.
Бесплатно
Признак наличия точки торможения в плоском безвихревом течении идеального газа
Статья научная
На основе анализа полных уравнений Эйлера исследуются плоские безвихревые течения идеального совершенного газа. Предлагается признак наличия точки торможения в установившемся потоке.
Бесплатно
Статья научная
В работе проведено основанное на PIV измерениях исследование крупномасштаб- ных вихревых структур в слое смешения струи в рабочей части аэродинамической трубы. Основной акцент сделан на выделении крупных вихрей на фоне мелкомасштаб- ной завихренности. Для решения поставленной задачи в работе используется метод главных компонент.
Бесплатно
Статья научная
Проведены численные исследования по оптимизации конструкций с использованием одного из наиболее развитых алгоритмов последовательного квадратичного программирования. Разработано программное обеспечение оптимизации конструкций, включающего различные типы функциональных ограничений и проектных параметров. Показано, что метод последовательного квадратичного программирования может быть эффективно использован в задачах многодисциплинарного проектирования при наличии достаточно большого количества проектных параметров.
Бесплатно
Статья научная
Работа связана с решением актуальной проблемы из области безопасности полетов, а именно с предотвращением выкатывания самолета со взлетно-посадочной полосы (ВПП) при посадке. Целью работы является оценка значимости внешних факторов риска и выявление предпосылок к выкатыванию самолета с ВПП на основании анализа текущих параметров полета и другой доступной информации. Предметом исследования являются фактические данные о посадках пассажирского самолета и архивы METAR с информацией о погоде и состоянии ВПП.
Бесплатно
Статья научная
Показана возможность применения искусственных нейронных сетей для моделирования аэродинамических характеристик малых космических аппаратов, движущихся на околоземной орбите и испытывающих воздействие потока молекул разреженной атмосферы. Разработанные нейронные сети позволяют определять как интегральные характеристики аппарата, такие как максимальный момент относительно выбранной оси, так и аэродинамические характеристики (Cx, Mx, My, Mz) заданного аппарата, как функции его ориентации относительно потока.
Бесплатно
Применение схем расщепления потока ROE и AUSM в задачах сверхзвуковой аэродинамики
Статья научная
В рамках верификации программного пакета ANSYS FLUENT (лицензия ЦАГИ №501024) рассмотрена задача о распаде произвольного разрыва параметров невязкого одномерного газового потока в нестационарной постановке, проведено сравнение с точным аналитическим решением. Рассмотрены две схемы дискретизации конвективных потоков, а именно ROE FDS (Roe Flux--Difference Splitting Scheme) и AUSM (Advection Upstream Splitting Method). Выполнена оценка влияния порядка пространственной аппроксимации на точность и устойчивость численного решения, в том числе с использованием MUSCL (Monotone Upstream--Centered Schemes for Conservations Laws) подхода. С учётом того, что номинальный порядок аппроксимации может достигаться только в неразрывных решениях, а в местах разрывов точность снижается, согласно сделанным оценкам, сеточный порядок точности, полученный в данной работе, не превышает 1.5. Выполнен сопоставительный анализ работоспособности рассмотренных схем в задаче практической аэродинамики, а именно: сверхзвукового обтекания плоского воздухозаборного устройства (ВЗУ) при числе Маха Мто = 2.41. Показано, что в расчётном пакете ANSYS FLUENT целесообразно использовать схему ROE со вторым порядком аппроксимации, так как затрачиваемое время на расчет на 5-9 % меньше по сравнению со схемой AUSM второго и третьего порядков аппроксимации при одинаковом уровне погрешности численного решения.
Бесплатно
Статья научная
Для тела вращения со степенной образующей исследовался эффект изменения знака подъемной силы, при котором подъемная сила становится отрицательной для интервала углов атаки [0, п/2], при удлинениях тела меньше некоторого критического. Этот эффект проявляется как для свободномолекулярного потока, так и в случае высокоскоростных течений газа при любых числах Кнудсена. Для исследования эффекта используется метод вычисления аэродинамических сил, основанный на гипотезе локальности с помощью квадратурных формул для осесимметричных тел. Вычислено критическое удлинение степенного тела вращения в зависимости от степени образующей в широком диапазоне чисел Рейнольдса и для разных температурных факторов. Проведено сравнение результатов с результатами численного суммирования по триангуляциям тел. Результаты, полученные в данной работе, могут иметь практическое применение при создания летательных аппаратов в области авиакосмической промышленности.
Бесплатно
