Статьи журнала - Сибирский аэрокосмический журнал
Все статьи: 3183
Моделирование невесомости подвешенной на тросах системы балок изменением сил натяжения
Статья научная
Рассматривается проблема имитации невесомости систем балок, подвешенных на нерастяжимых тросах. Имитация невесомости означает обнуление или уменьшение какого-либо выбранного силового фактора (например, реакции опоры или момента в опоре или сочленении) и кинематического фактора (прогиба или угла поворота). Требуется подобрать усилия в тросах такими, чтобы сумма квадратов прогибов в точках упругой линии балки была минимальной. Задача формулируется как задача нелинейного программирования, осуществляется поиск минимума целевой функции с ограничениями в виде уравнений равновесия. В общем виде все выписанные для геометрически изменяемой системы уравнения линейно-зависимы. Из системы уравнений выбираются параметры, при которых векторы вводятся в базис, а оставшиеся параметры считаются свободными и являются координатами целевой функции. Задача свелась к задаче квадратичного программирования без ограничений. Частные производные по координатам дают систему линейных алгебраических уравнений, позволяющую определить координаты, принятые как свободные параметры, а затем вычислить и координаты, введенные в базис. Опорный план нелинейных задач оптимизации может иметь локальные минимумы. Показано, что при любом начальном базисе, оптимальный план единственный. Для вычисления прогибов балки применяется метод начальных параметров. В качестве начальных параметров рассматриваются прогиб, угол поворота, дополнительные углы поворота в шарнирных сочленениях, а также реакция и изгибающий момент. Континуальная задача переводится в дискретную ограничением количества точек, в которых вычисляются прогибы. Целевая функция имеет конечное число переменных. Определяется, какое количество выбранных точек на упругой линии балок является достаточным для обеспечения сходимости функций прогибов, углов поворота, изгибающих моментов и поперечных сил с целью приложения к практическим расчетам. Выполнена оптимизация прогибов балки, шарнирно закрепленной, подвешенной на двух тросах с проверкой решений, сменой базисных переменных и исследованием сходимости в зависимости от выбора количества точек, в которых вычисляются прогибы. Проанализировано деформирование систем двутавровых балок, соединенных шарнирами между собой, имеющими в условиях гравитации погонный вес. Для имитации невесомости системы подкрепляются тросами. Рассмотрены граничные условия: жесткое защемление; шарнирно-неподвижное опирание, скользящая заделка, свободный край. Модели систем трех балок при имитации невесомости в определенной степени эквиваленты. Вид граничного условия в большей мере влияет на первую балку. Силы натяжения тросов выравнивают деформированное и напряженное состояние в последующих балках. Любую из рассмотренных систем с представленными граничными условиями можно перевести в эквивалентную ей, изменив граничные силовые факторы, задав моменты или установив пружину с заданной жесткостью и корректировкой натяжения тросов.
Бесплатно
Моделирование нестационарного контакта в подшипнике качения
Статья научная
Рассмотрена задача нестационарного гидродинамического контакта ролика с упругим слоем с учетом прогиба поверхности, а также влияния давления на коэффициент вязкости. Зависимость вязкости от давления задана экспоненциальной функцией. В работе использовался итерационный метод численного решения уравнения Рейнольдса совместно с интегральным уравнением связи прогиба поверхности с давлением в смазочном слое. Показано, что вертикальное перемещение ролика вызывает дополнительное существенное возрастание давления в смазочном слое, пропорциональное вертикальной скорости. Коэффициент линейной зависимости несущей способности от вертикальной скорости назван коэффициентом демпфирования. В результате расчетов получены зависимости несущей способности и коэффициента демпфирования смазочного слоя от величины минимального зазора между роликом и пластиной. С использованием найденных функций изучен переходный процесс установления стационарного режима при резком изменении внешней нагрузки. Найдено характерное время установления и определены временные вариации пиковых значений давления. Исследовано влияние пьезокоэффициента вязкости на максимальные значения давления, достигаемые в процессе установления. Найдено критическое значение пьезокоэффициента, при котором эффект возрастания давления, обусловленный увеличением вязкости, компенсируется влиянием деформации упругой поверхности.
Бесплатно
Моделирование одночастотного метода определения вертикальной задержки сигнала в ионосфере
Статья научная
Предметом исследования является одночастотный метод определения вертикальной задержки сигнала в ионосфере. Целью работы является проверка метода на данных модели. Для проверки работоспособности предложенного одночастотного метода применялся метод имитационного моделирования. Рассмотрены существующие подходы для определения задержки сигнала в ионосфере. Существующие методы обладают недостатками, снижающими точность определения задержки сигнала в ионосфере. Двухчастотный кодовый метод содержит систематическую погрешность, вызванную трактами аппаратуры. Применение двухчастотного фазового метода требует разрешения фазовой неоднозначности. Стандартный одночастотный метод использует прямые измерения кодовой и фазовой псевдодальности и, соответственно, обладает недостатками кодового и фазового методов, описанных выше. Решением данной проблемы является переход от прямых измерений к использованию приращений соответствующих измерений. Данный подход реализован в одночастотном методе, использующем в своей основе приращения кодовых и фазовых измерений. Приведено подробное описание данного метода и результаты моделирования. По результатам моделирования подтверждена работоспособность метода на данных модели, а также сделан вывод о необходимости проведения экспериментальных исследований разработанного метода.
Бесплатно
Моделирование основных этапов формирования программы инновационного развития
Статья научная
Рассматриваются модели и алгоритмы оптимизации основных этапов инновационного процесса. Ключевые слова: инновационный процесс, моделирование, алгоритмы оптимизации.
Бесплатно
Моделирование отказоустойчивого элемента для аэрокосмических вычислительных комплексов
Статья научная
Моделируется отказоустойчивый КМОП-логический элемент - отказоустойчивый инвертор ОИ с резервированием на транзисторном уровне для высоконадёжных аэрокосмических применений. Такой элемент ранее использовался как функционально полный толерантный (ФПТЭ), однако при объединении четырёх входов возникает возможность парирования отказа одного любого транзистора в верхней (подключение шины «+» питания) или нижней частях схемы (подключение шины «ноль вольт»). Повышение вероятности безотказной работы становится возможным вследствие логического закона повторения. Для реализации элемента 2И-НЕ необходимо увеличение числа входов до восьми. Предлагаемое резервирование может быть использовано в радиационно стойкой аппаратуре аэрокосмических вычислительных комплексов. Выигрыш по сравнению с троированием (мажоритированием) на уровне элемента может в ряде случаев обеспечиваться за счёт исключения мажоритарного органа. С целью тестирования отказоустойчивых элементов на этапе производства и/или эксплуатации предлагается использовать раздельное управление питанием подложек транзисторов, причём после такого тестирования питание осуществляется от одного источника. Моделирование отказоустойчивого КМОП-логического элемента выполняется в системе схемотехнического моделирования NI Multisim 10 фирмы National Instruments Electronics Workbench Group и подтверждает работоспособность предложенных технических решений. Рассматривается статическое и динамическое моделирование, делается вывод о возможности тестирования таких элементов путём использования раздельного питания по подложкам резервированных транзисторов.
Бесплатно
Моделирование пластического течения между жесткими плитами, сближающимися с постоянным ускорением
Статья научная
Изучаются уравнения, описывающие медленные пластические течения материала. При этом материал на- ходится в плоском напряженном состоянии. Приведены уравнения, которые можно использовать для модели- рования медленных пластических течений материала, сжимаемого жесткими плитами, сближающимися с постоянным ускорением. В приведенных уравнениях мы пренебрегаем конвективными членами. Это позволят значительно упростить все вычисления. Для уравнений вычислена алгебра Ли точечных симметрий, допускае- мая этими уравнениями. Она имеет размерность восемь. Для этой алгебры построена оптимальная система одномерных подалгебр. Это позволяет привести вид всех различных инвариантных решений ранга два, т. е. таких решений, которые зависят только от двух независимых переменных. Для этого приведена таблица ком- мутаторов всех базисных операторов, а также таблица действия всех внутренних автоморфизмов. Одно из таких решений, которое моделирует медленные пластические течения материала, сжимаемого жесткими плитами, сближающимися с постоянным ускорением, и построено в статье. Самое популярное решение в пло- ской теории идеальной пластичности - это решение Прандтля, которое описывает сжатие пластического слоя жесткими плитами. При этом плиты сближаются с постоянной скоростью. Популярность решения объясняется его простотой, а также тем, что его можно использовать для описания различных технологи- ческих процессов. Аналог такого решения для плоского напряженного состояния построить не удается. Да и вообще с построением аналитических решений для плоского напряженного состояния большие проблемы. Это связано с тем, что уравнения, описывающие это состояние, достаточно сложные, даже несмотря на их линеаризацию. В одной из предыдущих работ одному из авторов этой статьи удалось построить решение, описывающее сжатие пластического слоя жесткими плитами, которые сближаются с постоянным ускоре- нием. В этой статье аналог такого решения построен и для плоского напряженного состояния. Авторы надеются, что построенное решение тоже удастся использовать для анализа реальных технологических процессов
Бесплатно
Статья научная
Рассчитаны энергии образования вакансий в интерметаллическом гидриде Mg 2NiH 4. Рассмотрен процесс диффузии водорода по вакансионному механизму в данном материале с целью оценки перспективности применения Mg 2Ni в качестве матрицы для хранения водорода. В ходе работы показано, что процесс наводороживания Mg2Ni будет сопровождаться формированием пассивирующая пленка гидрида, что обусловлено прочностью комплексов NiH 4 и высокими потенциальными барьерами перехода вакансии водорода между соседними никелям.
Бесплатно
Моделирование процесса индукционной пайки волноводных трактов из алюминиевых сплавов
Статья научная
Система волноводных трактов представляет собой сложную конструкцию из различных элементов с разнообразной геометрией. Одним из перспективных способов изготовления волноводов является индукционная пайка, основанная на методе индукционного нагрева. Индукционная пайка волноводных трактов обладает рядом технологических особенностей: относительно небольшая разница температуры плавления основного материла АД31 (695-663 0С) и припоя Св. АК12 (577-580 0С) при средней скорости индукционного нагрева 20-25 0С/сек; большое разнообразие типоразмеров элементов волноводных трактов представляет сложность при отработке и последующем воспроизведении технологических параметров процесса индукционной пайки; зоны максимального нагрева элементов волноводных трактов не совпадают с зонами пайки. Поэтому для решения задач управления процессом пайки волноводов необходимо провести моделирование данного процесса. В статье рассмотрена задача моделирования процесса нагрева волновода при индукционной пайке. Сформированы требования к модели. Модель строится на основе дифференциального уравнения теплопроводности. Сформированные требования к модели учитывают геометрические параметры волноводов, физические параметры материалов, начальные и граничные условия, а также неравномерное распределение плотности вихревого тока в волноводе. Предлагается для численного решения уравнения теплопроводности использовать метод конечных разностей. Показан процесс расчета температуры в узлах сетки. Решение осуществляется в два этапа. На первом этапе на промежуточном временном шаге проводится расчет температуры в узлах сетки по оси X, на втором этапе вычисляется температура в узлах сетки по оси Y. Численное решение разностных уравнений по оси X и Y осуществляется методом прогонки. Разработан алгоритм численного решения уравнения теплопроводности.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты работ по определению взлетной массы и тяги двигателей воздушного судна в процессе разбега по данным бортового самописца, фиксирующего воздушную скорость. Описаны математические методы, применяемые в процессе идентификации. Дана оценка точности этих методов.
Бесплатно
Статья научная
Приведен расчет температуры электролита и растворенной массы детали при электрохимической обработке с подвижным катодом.
Бесплатно
Краткое сообщение
Рассмотрены факторы, влияющие на разрушение металлических анодов в условиях высокотемпературного электролиза. Моделирование порообразования объективно отражает реально развивающиеся процессы разрушения никелевых сплавов при электролизе алюминия и позволяет их прогнозировать и регулировать.
Бесплатно
Статья научная
Представлено исследование тепломассобмена в микроканалах на основе нитевидных монокристаллов кремния теплообменных элементов для телекоммуникационных систем космической техники, модулей управления наземного базирования. Целью настоящей работы является разработка математических моделей и проведение численного моделирования тепломассопереноса для микроканального теплообменника гибридной системы тепловой защиты на основе монокристаллов кремния. Система тепловой защиты должна обеспечивать стабильную работу электронного оборудования в широком диапазоне температур окружающего воздуха (от -40 до +60 °С), а термостатирование должно находиться в пределах ±0,1 °С. При этом массогабаритные характеристики теплообменника соотнесены с размерами электронных компонентов. Предложен вариант теплообменника на основе матрицы из нитевидных кристаллов кремния, который позволяет создать развитую поверхность, обеспечивая высокий теплосъем до 100 Вт/см2. По разработанной технологии произведены опытные образцы. Разработана математическая модель, наиболее полно описывающая процессы тепломассопереноса в микроканальных теплообменниках, определены корректные граничные условия. Проведено численное моделирование процессов тепло- и массопереноса. Построены зависимости перепада давления, температуры от расхода охладителя, определены подходы для нахождения геометрических характеристик эффективного ребра на основе монокристаллов. Определены зависимости температур монокристаллического ребра от его высоты и пространственного расположения. Исследованы критические режимы работы системы. С целью оптимизации теплогидравлических характеристик предложены новые конструкции теплообменных элементов из монокристалла кремния для проведения дальнейших исследований.
Бесплатно
Моделирование распознавателей мультисинтаксических языков программирования мультиверсионных систем
Статья научная
Рассмотрено синтезированное абстрактное устройство распознавания мультисинтаксических языков программирования. Это устройство может быть использовано в качестве основы для разработки трансляторов языков программирования мультиверсионных программных систем.
Бесплатно
Моделирование реализации технологических процессов
Статья научная
Предлагается аналитико-оптимизационная процедура моделирования реализации технологических процессов на вычислительных сетях автоматизированных систем управления.
Бесплатно
Моделирование режима электронно-лучевой сварки тонкостенной конструкции из сплава АД31
Статья научная
В статье содержатся результаты, полученные авторами при исследовании возможности применения электронно-лучевой сварки (ЭЛС) для тонкостенных конструкций из алюминиевого сплава АД31. Сегодня ЭЛС подобных конструкций не используется вследствие отсутствия технологии. В настоящее время на производстве используются другие технологии соединения подобных конструкций, однако они имеют высокую себестоимость, причина которой объясняется высоким процентом брака. Предложенный авторами способ применения ЭЛС позволит существенно повысить качество соединения в тонкостенных конструкциях и воспроизводимость технологического режима сварки изделий. Авторы разработали технологическое решение представленной задачи, опираясь на многолетний опыт по использованию моделей тепловых процессов, сопровождаемых при электронно-лучевой сварке. В качестве предмета исследования предложено моделирование параметров электронно-лучевой сварки тонкостенных труб для волноводных трактов, изготавливаемых из алюминиевого сплава АД31. В статье приведены результаты математического моделирования технологических параметров при нагреве алюминиевого сплава источниками энергии, эквивалентными электронному пучку при ЭЛС. Анализ и оценка результатов моделирования проводилась с применением критерия оптимальности, разработанного авторами. В основе расчетов, выполненных авторами, применен функционал, использующий математические модели нагрева металла комплексным источником тепла, состоящим из подвижных мгновенных точечных и линейного источников энергии. В статье приведены результаты расчетов для пластины толщиной 0,12 см, которая соответствует опытным образцам, применяемых при изготовлении волноводных трактов. В результате путем изменения таких значений, как: ток пучка и скорость сварки, было получено распределение температуры на поверхности изделия в процессе ЭЛС, что показало, применимость моделирования для отработки нового технологического процесса.
Бесплатно
Краткое сообщение
Представлены результаты имитационного моделирования параллельной работы квазирезонансных преобразователей напряжения с коммутацией электронных ключей при нулевых значениях тока, работающих в цепи стабилизатора напряжения с общим контуром регулирования посредством частотно-импульсной модуляции.
Бесплатно
Моделирование рупорной решетки на основе учета распределения поля в плоскости раскрыва рупора
Статья научная
Предложен метод приблизительного моделирования рупорных антенн в области КВЧ-диапазона, когда прямое моделирование при помощи специализированных программных пакетов затруднено в связи с высокими требованиями к вычислительным мощностям ЭВМ. Предложенный метод базируется на восстановлении поля в дальней зоне по распределению поля в плоскости раскрыва рупора. Рупорная антенна, которая подвергалась исследованиям, представляет собой рупорную решетку, в состав которой входит пирамидальный рупор с размерами в раскрыве 12,4 х 12,4+0,01 мм и углом раскрытия 17°30’, а также четыре секторальных рупора шириной 3,8 ± 0,01 мм и углом раскрыва 17°30’. Толщина стенки рупора 1,1 + 0,1 мм, радиус сопряжения стенок 0,1 мм. Расстояние между осями боковых рупоров 17 ± 0,01 мм. Высокая точность расположения рупоров необходима для обеспечения электрических параметров и формирования разностной и суммарной диаграмм направленности. Возможны следующие режимы работы антенны с рупорной решеткой: одновременный прием-передача сигнала с различной поляризацией на разных частотах; передача сигнала с различной поляризацией на одной частоте; прием сигнала с различной поляризацией на одной частоте. Диаграмма направленности антенн в первую очередь характеризуется размерами раскрыва рупоров и их электрическими параметрами, а также частотными характеристиками передаваемых волн. В работе применяется анализ отдельных элементов рупорной решетки в программном пакете CST Microwve Studio и последующая обработка полученного распределения поля в точках рупорной решетки для восстановления поля в дальней зоне. Полученные результаты для одиночных элементов решетки хорошо согласуются с результатами прямого моделирования.
Бесплатно
Моделирование систем с существенными нелинейностями ми с помощью параллельного программирования
Статья научная
Предлагается новый подход к созданию EDA-систем, предназначенных для моделирования схем, содержащих элементы, функционирование которых связано с резким изменением параметров и при математическом описании приводит к существенному возрастанию производных фазовых переменных, что при традиционном моделировании ведет к срыву вычислительного процесса.
Бесплатно
Статья научная
Предложен новый подход к моделированию систем, содержащих несколько элементов, функционирование которых связано с резким изменением параметров и при математическом описании приводит к существенному возрастанию производных фазовых переменных, что при традиционном моделировании ведет к срыву вычислительного процесса.
Бесплатно
Моделирование систем управления машин дорожно-строительного комплекса
Статья научная
Рассмотрена разработка системы адаптивного автоматического управления уплотняющим рабочим органом. Предлагается алгоритм программного управления рабочим органом асфальтоукладчика. Представлены схемы Simulink-моделей основных элементов подсистемы уплотняющего оборудования асфальтоукладчика. Приводится реализация алгоритма управления на основе программной системы MATLAB&Simulink и результаты моделирования.
Бесплатно
