Статьи журнала - Сибирский аэрокосмический журнал
Все статьи: 3250
Моделирование инфраструктуры диверсификации экономики моногорода
Статья научная
Рассматривается понятие инфраструктуры диверсификации экономики моногорода и даются ее сравнительные характеристики по моногородам субъектов Федерации Сибирского федерального округа. Целью работы является выявление элементов и построение модели инфраструктуры диверсификации экономики моногорода, призванной привлечь частного инвестора. В процессе исследования применены как общенаучные методы системного анализа и синтеза, так и анализ множеств на основе диаграммы Эйлера-Венна и моделирования взаимодействий между отдельными элементами инфраструктуры диверсификации экономики моногорода. В результате проведенного исследования выделен конечный реципиент влияния социальной инфраструктуры - население города. Предложено различать виды инфраструктуры по степени опосредованности их влияния на конечного реципиента, а также охарактеризовано и систематизировано представление об элементах инфраструктуры диверсификации в инвестор-ориентированной модели инфраструктуры диверсификации экономики моногорода. Результаты исследования позволят сформировать комплексное, системное представление об элементном составе инфраструктуры, создаваемой для реализации комплексных инвестиционных планов модернизации моногорода, включающих как институциональные, так и инвестиционные проекты; определить взаимосвязи и взаимозависимость элементов инфраструктуры диверсификации; определить зону интересов частных инвесторов и инструменты финансирования проектов диверсификации моногорода; оценить усилия органов государственного и местного самоуправления по формированию инвестиционно привлекательной среды в моногороде. Для оценки эффективности инфраструктурных инвестиций в проекты комплексного инвестиционного плана модернизации моногорода предложен показатель, отражающий отношение объема привлеченных частных инвестиций в проекты диверсификации экономики моногорода в расчете на рубль вложенных средств в инфраструктурные проекты. Итоги данного исследования позволяют сделать вывод о ключевой проблеме во взаимодействии базовых финансовых институтов диверсификации - Фонда развития промышленности и Внешэкономбанка, создающих «замкнутый круг» ответственности, при котором одна сторона не финансирует программу, пока вторая не сделает того же. Решение данной проблемы позволит скоординировать действия базовых институтов диверсификации экономики моногорода и обеспечить эффективность ее диверсификации.
Бесплатно
Статья научная
Композитные оболочки вращения сетчатого типа используются в производстве ракетно-космической техники в качестве силовых элементов конструкций разнообразного назначения, в том числе корпусов космических аппаратов. Высокие удельные значения механических характеристик композитов позволяют изготавливать конструкции с высокой степенью весового совершенства. Композитная сетчатая конструкция имеет форму цилиндрической или конической оболочки круглого сечения и состоит из системы спиральных и кольцевых ребер, проходящих по серединам участков между узлами пересечения спиральных ребер. Дискретная структура сетчатой оболочки относительно проста и может быть изготовлена методом непрерывной намотки композитных волокон, который весьма технологичен, хорошо отработан и поэтому в настоящее время широко распространен. Характерным примером анизогридных цилиндрических и конических оболочек является адаптер космических аппаратов для вывода на орбиту спутников системы ГЛОНАСС, различные варианты которых производятся в цехах АО «Решетнёв». Оболочки различаются по габаритным параметрам (диаметрам и длинам) и несущей способности, но структурно однотипны, что позволяет выработать универсальную и в максимальной степени автоматизированную процедуру моделирования и расчета. Это предельно важно для композитных элементов ракетно-космической техники, которые обладают многочисленными варьируемыми параметрами. Оптимальное сочетание этих параметров определяется в процессе выполнения комплексного численного эксперимента. Рассматриваемый в работе композитный сетчатый адаптер, предназначенный для вывода на орбиту спутников системы «Марафон», отличается от ранее применяемых оболочечных конструкций формой поперечного сечения. В основной части адаптера это сечение представляет собой правильный восьмиугольник. Используется разработанный ранее алгоритм моделирования анизогридной конструкции с системой спиральных и кольцевых ребер, сформированных однонаправленными углепластиковыми волокнами. Численное исследование устойчивости, жесткости и напряженно-деформированного состояния конструкции выполнено в среде интегрированного пакета конечно-элементных программ при варьировании основных параметров формирования ее сетчатой структуры.
Бесплатно
Статья научная
Современные образцы авиационного артиллерийского оружия (ААО) представляют собой импульсные тепловые машины, преобразующие энергию порохового заряда в энергию сильно сжатых и нагретых пороховых газов (далее - газы), совершающих при своем расширении работу по сообщению снаряду кинетической энергии. В контекстах артиллерийской науки, ААО и боеприпасы структурируются в виде системы, которая вступает во взаимодействие с источниками нагрева и окружающей средой, последовательно совершая термодинамические циклы. Основным элементом, наиболее интенсивно подвергающимся теплофизическим нагрузкам и оказывающим значительное влияние на боевые качества и стоимость ААО, является малокалиберный артиллерийский ствол (далее - ствол). Вследствие этого проблема определения температурного поля ствола является одной из центральных проблем проектирования ААО и оптимизации режимов стрельбы. Успешное решение этой проблемы во многом зависит от точности моделирования процессов теплоотдачи к каналу и от внешней стенки ствола при выстреле. Вместе с тем адекватный синтез и расчет соотношений, описывающих явление конвекции, сопровождающее выстрел, затруднены, что связано с наличием фазовых превращений в состоянии газов, одновременным присутствием в областях решений сверхзвуковых и дозвуковых зон, существованием ламинарных, турбулентных течений и других нелинейных образований. Целью работы поставлена разработка относительно простой и приемлемой для инженерной практики математической модели теплообмена внутри и окрестностях ствола при околостенных течениях теплоносителей (далее - модель). Достижение цели работы осуществляется сосредоточенным выбором критериальных уравнений аппарата термодинамического подобия, соответствующих геометрическим и физическим условиям однозначности процессов нагружения ствола. Введение функций, учитывающих зависимость теплофизических свойств газов от температуры, позволило повысить точность определения параметров теплоотдачи при выстреле на 19 % в сравнении с известными результатами. Разработанная модель может быть использована при проведении прикладных расчетов, связанных с определением теплового состояния ствола. Специализация объекта исследования не исключает возможности доработки модели в целях математического представления тепловых эффектов в термонапряженных конструкциях сложной формы.
Бесплатно
Моделирование линейчатого пространства дуальной эллиптической плоскостью
Статья научная
Сделано обобщение известного принципа перенесения геометрии связки прямых и плоскостей на линейчатое пространство. Обоснована возможность построения проективной геометрии линейчатого пространства на основе конструктивного и метрического соответствия его эллиптических плоскостных моделей.
Бесплатно
Моделирование метано-водородного пламени на примере вихревой горелки
Статья научная
Статья посвящена разработке математической модели и расчету метановодородного пламени, формируемого вихревым горелочным устройством. Выбрасываемые в атмосферу продукты сгорания углеводородных топлив, используемых в энергетических и транспортных установках, являются основным источником парниковых газов, приводящих к повышению температуры окружающей среды, что ведет к глобальному изменению климата на Земле. В связи с этим в последнее время в мире уделяется большое внимание вопросу снижения выбросов углекислого газа авиационными газотурбинными двигателями и промышленными газотурбинными установками. Использование метано-водородного топлива позволяет в разы снизить эмиссию СО2 в атмосферу, однако при этом существенно меняются режимы горения, происходит возрастание температуры во фронте пламени и увеличение скорости его распространения, что увеличивает выбросы NOx и может привести к прогару элементов установки. Поэтому при разработке горелочных устройств и камер сгорания необходимо детальное исследование различных режимов горения метано-водородных пламен. В последние годы для решения задач горения широко используются методы вычислительной гидродинамики. Однако в настоящее время математические модели горения метано-водородного топлива применительно к вихревым пламенам, реализуемым в камерах сгорания, недостаточно верифицированы. Для оптимизации конструкции и режимов работы горелочных устройств необходимо выполнение комплексного математического моделирования процессов аэродинамики, тепломассообмена и горения. В статье описаны модели этих процессов, обоснованные и выбранные на базе результатов предыдущих исследований авторов для различных типов пламен. Представлена математическая модель для расчета закрученных метано-водородных пламен, основанная на использовании вихреразрешающей LES модели для описания турбулентности, FGM модели горения с кинетическим механизмом реагирования, предложенным в Институте химической кинетики и горения СО РАН, дискретно-ординатной модели радиационного переноса. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными, полученными немецким центром аэрокосмических исследований и технологий (DLR), показало, что выбранные математические модели процессов турбулентной аэродинамики, тепломассообмена и химического реагирования, а также алгоритмы расчета позволяют с достаточной для инженерной практики точностью моделировать горение метано-водородных смесей в закрученных потоках, формируемых вихревыми горелочными устройствами, широко используемыми в камерах сгорания газотурбинных установок. Вычислительные затраты, необходимые для проведения подобных расчетов, являются относительно приемлемыми при использовании доступных кластерных систем.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается численное моделирование процесса профилирования мелкомодульных зубчатых передач с заданными показателями качества, пластическим деформированием. Проведено сравнение численного и натурного экспериментов. Представлены рекомендации для выбора технологического оборудования, выполнение которых необходимо для достижения точности профилирования.
Бесплатно
Статья научная
Предложен и реализован методический подход к оценке ресурса деталей машин при ударно-циклическом нагружении, основанный на совместном использовании корректированной линейной гипотезы накопления усталостных повреждений и методов схематизации нестационарных нерегулярных процессов нагружения, получаемых вычислительным моделированием методом конечных элементов.
Бесплатно
Моделирование неадамаровского квантового блуждания для решеток высших размерностей
Статья научная
Методом компьютерного моделирования исследованы асимптотические свойства вероятности возвращения в модели квантового случайного блуждания на решетках разных размерностей. Результаты численных экспериментов позволяют сформулировать гипотезы локализации на двумерной решетке для модели неадамаровского блуждания с различными эволюционными матрицами.
Бесплатно
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
