Статьи журнала - Сибирский аэрокосмический журнал
Все статьи: 3276
Численное исследование задачи перевода космического аппарата на круговой орбите
Статья научная
Приводятся результаты численного исследования задачи перевода космического аппарата на круговой орбите. Для решения задачи используется метод моментов Н. Н. Красовского. В ходе исследования получены следующие результаты: множество компромисса между расходом топлива и временем быстродействия; зависимости времени быстродействия от различных начальных отклонений по углу эксцентриситету и периоду обращения. Результаты расчетов обработаны, и выведены простые зависимости для оценки минимально необходимого времени управления в задаче перевода.
Бесплатно
Численное исследование и анализ процесса загрязнения пористой среды
Статья научная
Приведено численное решение математической модели двухфазной фильтрации, учитывающей движение углеводородных загрязнителей и воздуха в пористом грунте. Модель включает систему уравнений в частных производных с дополнительными условиями. В число дифференциальных уравнений входит уравнение баланса массы в элементе пористой среды - уравнение неразрывности, а также дифференциальные уравнения движения. Для замыкания системы вводятся уравнения состояния рассматриваемого загрязнителя и среды. Начальные и граничные условия соответствуют фильтрационному процессу, начиная с поверхности грунта и начальной стадии разлива загрязнителя. Проводится сравнительный анализ результатов математического моделирования с экспериментами.
Бесплатно
Численное исследование методов поиска многомерных солитонов
Статья научная
В последние годы в связи с развитием разработки оптических вычислительных систем стало активно развиваться математическое моделирование распространения лазерных фемтосекундных импульсов в нелинейных средах. Среди предложенных методов нахождения солитонов наибольшее распространение получили метод обратной задачи, спектральные методы и др. Ниже предлагаются два итерационных метода M1 и M2 для поиска солитонных решений в задаче распространения оптического излучения в среде с кубичной нелинейностью в аксиально-симметричном случае.
Бесплатно
Численное моделирование двумерных электростатических полей при электрохимическом полировании
Статья научная
Рассматривается задача моделирования двумерного электростатического поля при электрохимическом полировании на основе биполярного электрода. Проводится сравнительный анализ результатов численного моделирования в программном комплексе COSMOS/M и пакете математических вычислений Maple.
Бесплатно
Статья научная
Исследование посвящено изучению процесса электронно-лучевой сварки с глубоким проплавлением с применением осцилляции пучка при различной фокусировке на примере стали 15Х5М. Рассматривается влияние продольной осцилляции пучка и её параметров на форму канала проплавления, характер протекания процессов тепломассопереноса и параметры сварных швов для разработки методических рекомендаций по электронно-лучевой сварке с осцилляцией пучка. Представлена численная трёхмерная математическая модель электронно-лучевой сварки, основанная на совместном решении уравнений теплопроводности и Навье-Стокса в подвижной системе координат, с учётом фазовых переходов на границе раздела твёрдой и жидкой фазы. Граничные условия на свободной поверхности сварочной ванны и стенках канала представлены термокапиллярной конвекцией (эффект Марангони). В качестве входных параметров использовалась форма канала проплавления и распределение энергии пучка по стенкам канала, определённые на основе экспериментальных данных по параметрам вторичного сигнала в плазме над зоной сварки с помощью метода синхронного накопления. Форма канала аппроксимирована усечённым конусом со сферической вершиной. Такой подход избавляет от необходимости учета всех сложных факторов, оказывающих воздействие на формирование канала проплавления. Расчёты тепловых и гидродинамических процессов производились на кластере с использованием пакета моделирования COMSOL Multiphysics. Сравнение расчётных и экспериментальных поперечных сечений сварных швов показали хорошее соответствие. С помощью предложенной методики в ходе исследований были выявлены характерные особенности распределения мощности пучка при различных режимах фокусировки. Проведен анализ значимости различных факторов на формирование геометрии проплавления.
Бесплатно
Статья научная
Приводятся результаты основных теоретических расчётов и некоторых экспериментов по локальному подогреву низкотемпературной плазмой сверхзвукового потока газов внешним индуктором при ионизации газов в керамическом коническом сопле, осуществляемой посредством мощного высокочастотного электромагнитного поля. В основе численных расчётов лежат положения электромагнитной теории поля на основе уравнений Максвелла, Навье - Стокса для газодинамики, Саха - Эггерта для ионов и электронов, которые дают возможность рассчитать основные параметры индуктора и необходимую удельную мощность для подогрева низкотемпературной плазмой сверхзвуковых многокомпонентных газовых потоков. Использована модель безвихревого (ламинарного) сверхзвукового стационарного потока газов и проведено математическое моделирование его движения в коническом сопле с целью возможного использования эффекта дополнительного подогрева газового потока низкотемпературной плазмой для увеличения эффективности работы жидкостного ракетного двигателя. Установлено, что, для осуществления эффективного подогрева газового потока низкотемпературной плазмой в расчётном диаметре, требуется проводимость газов не менее σs ≥ 200 1/Ω·м для исходной температуры Та = 2528 - 2674 оК и частоты f = 27,12 МГц, что неосуществимо даже при наличии высокой концентрации примесей на основе щелочных металлов. Поэтому был разработан специальный прибор - ионизатор для камеры сгорания. Использование ионизатора позволяет достигнуть указанной проводимости для давления в камере сгорания 15 МПа. Расчёты показывают на возможность эффективного подогрева низкотемпературной плазмой сверхзвукового потока газов в начальном объёме конического сопла, который прилегает к критическому сечению жидкостного ракетного двигателя. Это позволит в дальнейшем значительно увеличить его удельный импульс и тягу на старте у поверхности Земли вследствие увеличения скорости потока газов в расчётном сечении. Также определено, что пристеночная область конического сопла обладает значительным градиентом температуры в радиальном направлении, тогда как вдоль оси симметрии конического сопла рост температуры имеет линейную зависимость. Результаты численного моделирования качественно согласуются с проведёнными экспериментами в кварцевом реакторе, охлаждаемом водой, что позволяло использовать разнообразные газовые и газо-жидкостные смеси для выбора топлива с оптимальным составом компонентов. Приводятся предварительные данные, полученные на рабочем стенде с тепловой мощностью кварцевого реактора, не превышавшей 4 кВт.
Бесплатно
Краткое сообщение
Описан алгоритм формирования правой части и матрицы Якоби дифференциальных уравнений химической кинетики. Численное моделирование цикла цезия в верхней атмосфере проведено посредством L-устойчивого метода второго порядка с контролем точности вычислений. Приведены результаты расчетов.
Бесплатно
Численные исследования непараметрических алгоритмов принятия решений
Статья научная
Обсуждается задача построения моделей дискретно-непрерывных организационных процессов, имеющих трубчатую структуру. Дается краткая характеристика постановки задачи принятия решений в условиях непараметрической неопределенности. Приведены результаты исследования непараметрических алгоритмов принятия решений методом статистического моделирования.
Бесплатно
Численные оценки предельных отклонений траекторий летательных аппаратов в атмосфере
Статья научная
Основная задача статьи - описать гарантированные методы решения систем дифференциальных уравнений с учетом управляющих воздействий и их применение к задачам оценки предельных отклонений летательных аппаратов. Постановка задач оценки предельных отклонений обусловлена практическими потребностями оценки надежности сложных нелинейных управляемых систем, выполняющих свои функции в условиях возмущений. Примером такой системы является летательный аппарат: самолет, ракета, космический корабль. Среди задач оценки предельных отклонений следует отметить исследование движения самолета на этапе автоматического захода на посадку, где определяется, возможно ли нарушение ограничений, наложенных на кинематические параметры самолета, в момент касания взлетно-посадочной полосы. К таким задачам относится также оценка возможности потери устойчивости движения летательного аппарата на заданном интервале времени. Наибольшие сложности при решении такой задачи возникают в том случае, когда условия полета не являются стационарными, например, при рассмотрении участка спуска в атмосферу орбитальной ступени космического корабля. В этом случае отсутствуют сами критерии потери устойчивости, если не ограничиваться простейшим случаем линейной системы, для которой могут быть использованы условия Рауса-Гурвица. Упрощенным критерием потери устойчивости может служить некоторое пороговое или критическое значение одного из параметров движения самолета, например, угла атаки или угла скольжения. В подобных задачах важную роль играют множества достижимости - совокупности концов всех траекторий управляемой системы, начинающихся в начальный момент времени в точках начального множества. Эти множества применяются в задачах гарантированного или минимаксного оценивания решений динамических систем, если действующие на систему внешние возмущения и ошибки наблюдения заключены в определенных пределах (стеснены ограничениями). Анализ работ, выполняющих оценки множеств достижимости, свидетельствует о том, что получить надежную оценку множеств достижимости управляемых систем в условиях неопределенности, если в правые части этих систем управляющие воздействия входят произвольным образом, а не только как аддитивный член, удается не всегда. Поэтому возможности применения гарантированных методов, основанных на символьном представлении решений, для оценки множеств достижимости будут полезными специалистам в управлении. Представлены результаты применения численных методов, основанных на построении символьных формул решений и оценивании всех возможных ее значений
Бесплатно
Статья научная
Поставлена и решена задача оптимизации процесса приведения к заданным нормативам параметров массоинерционной асимметрии летающей модели конической формы в процессе балансировки в динамическом режиме. Балансировка проводится в составе сборного ротора на низкочастотном динамическом вертикальном балансировочном стенде с газовыми опорами. В качестве критерия оптимизации принято достижение минимального смещения центра масс с геометрической оси модели при одновременном обеспечении заданного норматива по углу отклонения продольной главной центральной оси инерции относительно той же оси. В данной работе используется инженерная модель, созданная на основе уточнённой математической модели балансировки конического тела вращения, единственная плоскость коррекции которого конструктивно расположена вблизи торца конуса, на значительном расстоянии от центра масс тела. Эта инженерная модель описывает все этапы процесса приведения параметров массоинерционной асимметрии к значениям, не превышающим заданных предельно допустимых значений. Представлен алгоритм балансировки, легко реализуемый на современных компьютерах. Приведён числовой пример балансировки. Инженерная модель позволяет исключить промежуточные шаги балансировки, сократив число шагов балансировки, как правило, до одного шага, а также сократив время проведения балансировочного эксперимента. За один шаг балансировки инженерная модель позволяет либо привести параметры массоинерционной асимметрии летающей модели к заданным нормативам, либо диагностировать невозможность для конкретной конструкции летающей модели обеспечить достижение заданных нормативов. Расчётный алгоритм и способ балансировки экспериментально опробованы на вновь спроектированном вертикальном динамическом балансировочном стенде с коническими газостатическими подшипниками.
Бесплатно
Численный анализ влияния дефектов на долговечность рабочих лопаток турбомашин
Статья научная
Целью исследования является численный анализ влияния повреждений и дефектов различного вида и уровня на усталостную долговечность лопаток и рабочих колес осевых и радиальных турбомашин. В области турбинных технологий особое значение имеет повышение долговечности и надежности лопаток турбомашин, особенно в условиях наличия эксплуатационных дефектов и расстройки параметров. Дефекты, такие как трещины, забоины, погнутости, коррозия, неоднородность материала и др., могут значительно снижать срок службы компонентов, вызывая опасность аварийных ситуаций и увеличивая эксплуатационные расходы. В статье представлен численный анализ влияния расстройки параметров, связанных с дефектами турбинных лопаток, на их долговечность. Исследование включает разработку математических моделей на основе метода конечных элементов (МКЭ) для оценки влияния повреждений на прочностные характеристики рабочих лопаток турбомашин. Методология исследования основана на применении МКЭ с использованием современных программных коммерческих комплексов и авторских программ, а также алгоритмов машинного обучения. Результаты анализа показали, что усталостная долговечность рабочего колеса существенно различается в зависимости от местоположения и ориентации трещин и повреждений. Полученные результаты могут быть использованы при разработке методик диагностики и прогнозирования ресурса турбомашин, а также для оптимизации их конструкции с целью повышения эксплуатационной надежности. Проведенные исследования демонстрируют возможность повышения долговечности рабочих лопаток за счет целенаправленного изменения их геометрических параметров.
Бесплатно
Статья научная
При разработке новых конструкций двигателей внутреннего сгорания (ДВС), модернизации существующих ДВС, топливных систем и систем зажигания существенную помощь оказывает применение динамометрических тормозных устройств. Подобные устройства возможно использовать также при индивидуальной настройке серийных ДВС. Известны множество типов и конструкций подобных устройств, включая механические, электрические и гидродинамические варианты. Если в конструкции тормозных устройств предусмотрен элемент, измеряющий крутящий момент двигателя, то подобные тормозные устройства называются динамометрами. Большинство динамометров имеют значительные размеры и массу и предназначены для испытаний, обкатки и настройки двигателей с максимальной мощностью не менее 80 л. с. и рабочими оборотами не более 5000 в минуту. Известны также динамометрические стенды для спортивных высокооборотных двигателей, которые отбирают энергию от колеса транспортного средства. Применение динамометров с вращающимися элементами, имеющими большой момент инерции, приводит к высоким погрешностям при настройке. Для поршневых двигателей беспилотных летательных аппаратов с относительно небольшой мощностью 5–60 л. с. и диапазоном рабочих оборотов 4000–10000 в минуту наиболее перспективным является применение гидродинамических тормозных устройств испытательных и обкаточных стендов. По сравнению с другими устройствами, они характеризуются меньшими габаритами, стоимостью и широким диапазоном поглощаемой мощности. В работе выполнено проектирование жидкостного динамометра для испытаний и настройки двигателя внутреннего сгорания беспилотного летательного аппарата с мощностью до 100 л. с. Были подобраны оптимальные геометрические параметры гидродинамического тормоза. Смоделирована трехмерная твердотельная модель жидкостного динамометра. Проведен численный гидродинамический анализ с неподвижным статором и подвижным ротором, полностью заполненным рабочей жидкостью.
Бесплатно
Численный расчет включений фазовых состояний в задачах наблюдения за движением самолета
Статья научная
Описывается применение гарантированных методов, позволяющих вычислять границы фазовых состояний управляемых объектов. Рассматриваются в модельной постановке следующие задачи: задача наблюдения за накопившимися боковыми отклонениями движения самолета, а также задача вычисления включения области достижимости при движении самолета на горизонтальной плоскости. В основе нахождения включений лежит способ построения символьных формул решений и оценивания всех возможных ее значений. Приводятся результаты расчетов.
Бесплатно
Статья научная
Электроэрозионная и электрохимическая обработки металлов используются в производстве деталей авиационной и ракетной техники, особенно электроэрозионная. В металлургии применяется разновидность электроэрозионной обработки - электроконтактная. В работе исследуется комбинированный способ обработки металлов, включающий электроконтактный и электрохимический методы с использованием вибрации электрода-инструмента. С помощью этого метода осуществляются копировально-прошивочные операции при изготовлении деталей из металлов труднообрабатываемых механическим способом. Особенностью вышеупомянутого способа электрообработки является формирование шероховатости поверхности обрабатываемого металла за счёт анодного растворения и процесса электроэрозии. Боковая поверхность обрабатываемой заготовки формируется за счёт электрохимических процессов. Торцевая поверхность образуется за счёт электроконтактной обработки. На основании литературных данных для импульсной электрохимической обработки и экспериментов получены выражения для расчёта параметра шероховатости боковой поверхности. Формула учитывает время анодного растворения за один период колебания катода-инструмента, напряжение на электродах и концентрацию электролита. Расчёт параметра шероховатости торцевой поверхности производится аналогично выражению для электроэрозионной обработки, только вместо длительности электрического импульса используется длительность касания электродов. Проведённые опыты подтвердили правильность используемых выражений и позволили получить зависимость коэффициента от частоты вибрации катода-инструмента.
Бесплатно
Широкополосное радиопросвечивание растительных покровов земной поверхности
Статья научная
Описываются результаты экспериментов по радиопросвечиванию лесной растительности широкополосными импульсными сигналами. Отмечаются существенные отличия в изменениях спектров сигналов при взаимодействии с разными типами лесов.
Бесплатно
Шумоподобные сигналы при дистанционном управлении радиостанцией по каналам дальней связи
Статья научная
Проанализированы пути разрешения проблемы нехватки пропускной способности в радиосетях декаметрового диапазона, в том числе и военного назначения. Разработан алгоритм функционирования адаптивных систем радиосвязи с одновременной передачей в одном канале информационных сообщений и команд управления режимами работы радиостанции, а также методика оценки параметров шумоподобных сигналов, используемых дляпереноса команд управления.
Бесплатно
Эволюции эвристик для синтеза селекции в генетическом алгоритме
Статья научная
Предлагается метод автоматического проектирования операторов селекции для генетического алгоритма, основанный на подходе Evolution of Heuristics (EoH), который объединяет возможности больших языковых моделей (LLM) и эволюционного поиска. Проектирование селекции проводилось на трех задачах псевдобулевой оптимизации, а тестирование на 17 функциях из набора IOHprofiler. Проводились два эксперимента с явным знанием о типе решаемой задачи и без него. В качестве языковой модели использовалась DeepSeek-Coder-V2, которая была локально развернута с помощью фреймворка Ollama. Качество спроектированных эвристик определялось на основании сравнения с результатами стандартной ранговой селекции. Проведено сравнение качества полученных решений с классическими схемами селекции (турнирной, пропорциональной, ранговой), а также с методом FunSearch, ранее применявшимся для генерации новых реализаций ранговой селекции. Сравнение различных эвристик проводилось по множеству запусков на каждой из 17 задач с помощью непараметрического статистического теста Манна – Уитни. Было показано, что автоматически спроектированные эвристики обладают уникальными свойствами, причем отсутствие информации о типе и структуре решаемой задачи привело к большему разнообразию сгенерированных решений. А именно в одном из запусков спроектированный код без информации о типе задачи выбирает особей, чья приспособленность отличается от максимальной менее чем на половину расстояния от максимальной приспособленности до медианной. Иными словами, это вариант турнирной селекции с адаптивным размером турнира, основанным на распределении качества. Наличие информации о типе решаемой задачи приводило к тому, что языковая модель генерировала типовые известные решения, в частности варианты простой турнирной селекции. Предложенный подход может быть применен и для других задач автоматического проектирования алгоритмов целиком или в виде компонентов алгоритмов.
Бесплатно
Эволюционные алгоритмы поддержки принятия решений при управлении сложными системами
Статья научная
Подводятся итоги 10 лет работы красноярской школы по моделированию и оптимизации сложных систем эволюционными алгоритмами
Бесплатно
Эволюционный алгоритм с механизмом снижения размерности на основе автоэнкодеров
Статья научная
Многие современные прикладные задачи оптимизации формулируются как модели «чёрного ящика», для которых характерно отсутствие аналитической информации о целевой функции и её свойствах. Эволюционные алгоритмы стали популярным инструментом для решения подобных задач, однако их эффективность существенно снижается в задачах высокой размерности со сложной топологией пространства поиска. Вместе с тем, для эффективной работы такие алгоритмы требуют генерацию большого числа пробных решений, что может быть недостижимо в приложениях с дорогостоящей оценкой целевой функции. Для преодоления этих ограничений в работе представлен новый подход к эволюционной оптимизации. Его ядром является адаптивная процедура снижения размерности на основе автоэнкодера, который динамически обучается на основе данных популяций, полученных в ходе оптимизации. Стратегия основана на параллельной работе двух алгоритмов оптимизации: один исследует исходное пространство, а другой – латентное пространство, строящееся автоэнкодером как компактное нелинейное отображение текущей популяции. Такой подход позволяет алгоритму гибко подстраиваться под структуру конкретной задачи. Проведён анализ эффективности предложенного метода на наборе эталонных задач, исследованы сходимость алгоритма на разных стадиях эволюционного процесса и зависимость от выбора размерности сжатого пространства. Полученные результаты обработаны с помощью статистического критерия Манна – Уитни – Уилкоксона. В качестве метода оптимизации субпопуляций использован алгоритм L-SRTDE. В результате численных экспериментов было установлено, что предложенный алгоритм стимулирует более эффективное исследование пространства поиска на начальных этапах оптимизации, но в среднем незначительно уступает в эффективности базовому алгоритму.
Бесплатно
