Авиационная и ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
Исследование сопротивления связи экранирующих материалов
Статья научная
Триаксиальным методом исследуется зависимость сопротивления связи экранирующих материалов от частоты сигнала в диапазоне 0,1-100МГц. Исследования проводятся с использованием триаксиальной измерительной системы, изготовленной в Научно-образовательном центре «Космические системы и технологии» Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева.
Бесплатно
Исследование статической устойчивости модельной ракеты
Статья научная
Актуальность. При конструировании летающих моделей ракет одной из сложных задач является обеспечение статической устойчивости ракеты в полете на заданной траектории. Под статической устойчивостью понимается способность модели возвращаться в положение равновесия, нарушенное внешними силами (ветром, асимметрией модели и т. д.). При этом модель должна быть стабилизирована по углу между продольной осью модели и направлением полета (вектора скорости), т. е. сохранять нулевой угол атаки. Условием обеспечения статической устойчивости модели ракеты является расположение её центра тяжести впереди центра давления. В этом случае при появлении угла атаки отличного от нуля аэродинамические силы создадут стабилизирующий момент, который возвратит модель к нулевому углу атаки. Целью исследования является разработка и сравнение методов определения положения центра давления ракеты и определение её статической устойчивости. Рассмотрены упрощенный метод, аналитический расчет, графический способ и различные практические подходы, которые могут использоваться в ракетном моделировании. В качестве методов исследования были использованы аналитический подход, графический метод и конечно-элементное моделирование в программе SolidWorks Flow Simulation. Кроме того, был рассмотрен ряд приближенных методов расчета. В исследовании проведен анализ возможностей рассмотренных методов определения статической устойчивости модельной ракеты и погрешность их применения. Для подтверждения результатов расчёта был проведен компьютерный эксперимент в виде продувки конечно-элементной модели ракеты с помощью программы SolidWorks Flow Simulation. Результаты компьютерного моделирования подтвердили надежность предложенных методов определения статической устойчивости модельной ракеты. Результаты исследования. Упрощенные методы определения статической устойчивости ракеты являются наиболее простыми и надежными при проектировании модельных ракет. Его целесообразно применять для запусков демонстрационных ракет при допустимой погрешности расцентровки 15 % и более. Аналитические методы целесообразны для проектирования спортивных моделей ракет с высокими лётными требованиями, например, для международных соревнований. Заключение. Предлагаемая в работе методика обеспечения статической устойчивости модельной ракеты позволяет упростить процесс проектирования как демонстрационных, так и спортивных моделей ракет для проведения надежных показательных запусков.
Бесплатно
Статья научная
Исследованы возможные топологии нагрузочных устройств, имеющих в своём составе непрерывный регу- лирующий элемент и импульсный преобразователь. При разработке и испытаниях систем электропитания космических аппаратов возникает потребность в устройствах, имитирующих различные электрические характеристики полезной нагрузки. Эта задача решается с использованием специализированных нагрузочных устройств, которые позволяют обеспечивать требуемую точность воспроизведения статических и динами- ческих характеристик имитируемой нагрузки. Кроме того, существует возможность посредством нагрузоч- ных устройств производить рекуперацию избыточной электроэнергии в питающую сеть переменного или постоянного тока, что, в свою очередь, позволяет повысить качество испытаний систем электропитания. Разработка устройства, позволяющего одновременно обеспечивать и заданную точность воспроизведения электрических характеристик полезной нагрузки, и рекуперацию избыточной электроэнергии, сопряжена с рядом технических сложностей, которые могут быть решены путём использования нагрузочного устройст- ва, которое имеет в своём составе два управляемых стабилизатора: быстродействующий непрерывный регу- лятор и импульсный преобразователь, ограничивающий рассеиваемую мощность непрерывного регулятора и позволяющий обеспечить рекуперацию в питающую сеть. Рассмотрены различные свойства топологий нагрузочных устройств с двойным регулированием, выделены наиболее перспективные топологии для использования в качестве нагрузочных устройств для испытания систем электропитания космических аппаратов. Разработано математическое описание нагрузочного уст- ройства, используемого в составе испытательного комплекса, проведён анализ адмиттансно-частотных характеристик и качества подавления пульсаций для различных топологий. Рассмотрены аспекты работы нагрузочных устройств, связанные с режимом наведения помех по входному току, определены параметры, определяющие полосу наводимых частот различных топологий при равных условиях, определены условия воз- можности наведения помех заданной величины в четырёх топологиях.
Бесплатно
Исследование траектории вывода полезного груза ракетой-носителем тяжёлого класса
Статья научная
С увеличением веса и сложности полезного груза, который необходимо вывести на орбиту, возрастает актуальность рационального выбора траектории для обеспечения максимальной эффективности и минимальных затрат на доставку полезного груза на заданную орбиту. Рациональный выбор траектории ракеты-носителя тяжелого класса имеет ряд важных практических применений. Во-первых, он позволяет увеличить грузоподъемность ракеты-носителя и сократить затраты на доставку полезного груза на целевую орбиту. Это особенно важно в условиях развития космической индустрии, когда все больше компаний и организаций проявляют интерес к запуску собственных спутников и других космических аппаратов в условиях жесткой экономической конкуренции. Выбор рациональной траектории вывода на орбиту полезного груза позволит значительно снизить стоимость запусков и сделать их доступными для более широкого круга потенциальных заказчиков. Во-торых, выбор параметров траектории ракеты-носителя имеет важное значение для обеспечения безопасности и минимизации рисков при запусках космических аппаратов. Благодаря рациональному выбору траектории возможно уменьшение неблагоприятных воздействий на окружающую среду и исключение возможности аварийных ситуаций, связанных с потерей контроля над полетом ракеты-носителя. Рациональный выбор параметров траектории ракеты-носителя является сложной задачей, требующей комплексного исследования и учета различных факторов, таких как аэродинамические параметры атмосферы, масса и характеристики полезного груза (космического аппарата), параметры работы двигателя, характеристики целевой орбиты, особенности запуска ракеты- носителя и многих других факторов. Более тщательное и системное изучение влияния этих параметров позволит значительно улучшить эффективность и надежность выведения космических аппаратов на орбиту. Таким образом, выбор рациональных параметров траектории ракеты-носителя является актуальной и важной темой для научного исследования. Повышение грузоподъемности ракеты, снижение затрат на доставку космического аппарата на заданную орбиту и обеспечение безопасности запусков - это задачи, зависящие от выбранной формы и параметров траектории ракеты. Цель исследования - выбор рациональных параметров траектории ракеты-носителя тяжелого класса при выводе полезного груза. Основной задачей является определение параметров траектории полета, которые позволят достичь максимальной эффективности и точности доставки полезного груза на заданную орбиту. Для достижения цели исследования требуется анализ различных факторов влияния на параметры вывода космического аппарата, таких как конструктивные и аэродинамические характеристики ракеты, влияние аэродинамических факторов и гравитационного поля Земли на траекто- 68 SHAPE \* MERGEFORMAT рию полета. С учетом этих факторов проведены численные расчеты на базе системы дифференциальных уравнений движения с помощью компьютерной программы, созданной в программном пакете MAPLE. На основе расчетов проведено моделирование формы и параметров траектории полета ракеты-носителя. В ходе исследования проведен выбор рациональных параметров траектории ракеты-носителя тяжелого класса. Расчеты проводились с помощью численного моделирования параметров траекторий вывода полезного груза, сделан анализ полученных траекторий. В качестве основного критерия рационального выбора траектории была обозначена минимизация времени полета ракеты, что позволяет увеличить эффективность запуска и сэкономить энергоресурсы. В качестве дополнительных критериев приняты увеличение массы полезного груза и минимизация расхода топлива. Предлагаемый в работе порядок выбора рациональных параметров траектории ракетыносителя тяжелого класса позволит улучшить точность доставки и надежность запусков космических аппаратов на этапе баллистического анализа при проектировании ракет. Результаты исследования имеют практическую значимость для разработки будущих миссий ракет-носителей тяжелого класса и повышения эффективности космических запусков.
Бесплатно
Исследование унифицированного силового модуля на основе комбинированного преобразователя напряжения
Статья научная
В настоящее время имеется устойчивая тенденция снижения массогабаритных показателей космических аппаратов и, как следствие, систем электропитания, которые являются одними из основных служебных систем. Именно поэтому актуальна разработка и применение в системах электропитания силовых модулей с высокими характеристиками (массогабаритными, энергетическими и т. п.). Рассматривается построение модульной системы электропитания космического аппарата, обеспечивающей стабильные выходные параметры на время его функционирования как в стационарных, так и в аварийных режимах работы. Особое внимание уделяется исследованию нелинейности динамических характеристик комбинированного преобразователя напряжения, на основе которого может быть выполнен подобный модуль. Суть данного исследования сводится к нахождению допустимых областей изменения параметров компонентов схемы, обеспечивающих устойчивый одноцикловый режим работы устройства, а также граничных точек бифуркации, являющихся точками перехода из одноцикловых к многоцикловым режимам. При этом получена верифицируемая математическая модель комбинированного преобразователя, основанная на коммутационно-разрывных функциях и учитывающая такие нелинейные параметры, как емкости входного и выходного фильтров, а также индуктивность накопительного дросселя. Приводятся результаты как математического моделирования, так и экспериментального исследования комбинированного преобразователя, в частности, бифуркационные диаграммы выходных параметров, зависимости коэффициента пульсации от тока нагрузки и коэффициента усиления звена обратной связи, осциллограммы выходного напряжения. Расчеты проверены на макете подобного устройства, даны рекомендации по практическому применению комбинированного преобразователя в реальной системе электропитания.
Бесплатно
Статья научная
Развитие и совершенствование ракетно-космической техники в значительной степени обусловлено применением производственных технологий, обеспечивающих изготовление изделий с высокими характеристиками надежности и энергетической эффективности при одновременном снижении показателей материалоемкости и уменьшении длительности производственного цикла. К таким прогрессивным технологиям следует отнести аддитивные технологии, физическая сущность которых заключается в получении деталей методом послойного плавления материала на основе компьютерной 3D-модели изделия в камере специального 3D-принтера, оснащенного лазерным устройством. Применение аддитивных технологий в ракетном двигателестроении требует проведения большого объема научно-исследовательских и экспериментальных работ для подтверждения соответствия нормативным критериям и правилам, установленным в отрасли, а также обязательной сертификации на государственном уровне. В соответствии с программой приоритетных научно-исследовательских работ, в СибГУ им. М. Ф. Решетнева совместно с индустриальным партнером ООО «Полихром» проводится комплекс экспериментальных работ по апробации и отработке режимов 3D-печати образца камеры-демонстратора ракетного двигателя малой тяги (РДМТ). Разработана конструкция РДМТ, работающего на экологически безопасных газообразных компонентах топлива, адаптированная для 3D-печати на принтере ASTRA 420. Рассмотрены параметры и характеристики принтера. Приведена последовательность экспериментальных работ по подбору режимов печати корпуса камеры и смесительной головки. Установлена принципиальная возможность корректировки режимов лазерного плавления материала и формообразования детали. Представлены основные технологические этапы послепечатной обработки деталей камеры РДМТ. Дано описание оборудования для термообработки и электрохимического полирования деталей. Изложена последовательность исследования структуры материала, приведены результаты металлографического и рентгенографического анализа внутреннего состояния металла. Показано значение стендовых испытаний ракетных двигателей при разработке инновационных конструктивных решений и внедрении инновационных технологий производства. Представлено описание и состав систем испытательного стенда СибГУ им. М. Ф. Решетнева. Результаты стендовых огневых испытаний свидетельствуют о принципиальной возможности изготовления РДМТ методом аддитивных технологий селективного лазерного плавления из жаростойких легированных сплавов.
Бесплатно
Исследование характеристик электрических полей от электростатических разрядов
Статья научная
Представлены результаты экспериментального определения характеристик электрических полей от источника ЭСР на диэлектрических материалах космического аппарата. С этой целью были рассмотрены различные виды воздействий, вызванных ЭСР, такие как электромагнитные помехи, помехи, вызванные емкостными связями, и прямая токовая инжекция в корпус бортовой аппаратуры. Каждый из рассмотренных факторов ЭСР имеет свои физические основы, вызванные взаимодействием диэлектрических материалов космических аппаратов с магнитосферной плазмой. Для обеспечения необходимых уровней воздействия авторы использовали специализированый генератор с газоразрядным устройством. Это устройство может быть оснащено различными типами антенн-излучателей, которые соответствуют всем видам воздействия ЭСР, рассмотренным в данной работе. Генератор также обеспечивает необходимые характеристики первичного разряда, такие как временной фронт, амплитуда, длительность и частота разрядного импульса. С помощью рабочего места, оснащенного регистрирующими устройствами, а также средствами позиционирования для обеспечения проведения измерений в сферической системе координат, авторами были получены обширные статистические данные о флуктуациях электрического поля, вызванных протеканием электростатического разряда. Из результатов работы следует, что наибольшие изменения электрического поля вызваны протеканием токовой инжекции. Полученные характеристики электрических полей от ЭСР могут быть полезны в обеспечении излучательной электромагнитной совместимости космических аппаратов ввиду их потенциального влияния на работоспособность бортовой аппаратуры.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены вопросы эрозионного воздействия струй стационарных плазменных двигателей (СПД) на ра-диоотражающее сетеполотно крупногабаритных антенн (КГА ) космических аппаратов (КА). Предложен подход теоретической оценки ресурса радиоотражающего сетеполотна КГ А на базе параметра «относительной глубины эрозии покрытия». Описаны эксперименты по определению коэффициента распыления золотого покрытия радиоотражающего сетеполотна КГ А и деградации коэффициента отражения в зависимости от величины относительной глубины эрозии покрытия.
Бесплатно
Исследование эффективности использования цифровой обработки в спутниковых системах связи
Статья научная
Рассматриваются перспективы использования цифровой обработки сигналов в системах спутниковой свя- зи. Показано, что цифровая обработка позволяет повысить энергетический потенциал радиолиний и увели- чить общую пропускную способность спутниковых систем связи за счет внедрения новых типов сигнально- кодовых конструкций, асинхронного метода коммутации пакетов и регенерации сигналов на борту космиче- ского аппарата. Кроме того, применение цифровой обработки перспективно для организации связи в сложной радиоэлектронной обстановке. Предложен новый вид сигналов, позволяющий повысить помехозащищенность радиоканала.
Бесплатно
Исследования гибридной технологии бесконтактного акустического контроля
Статья обзорная
Приведены результаты экспериментального исследования по бесконтактно-акустическому контролю изделий. Предложен прогрессивный способ возбуждения ультразвуковых колебаний в материалах. Описаны конструктивные особенности электромагнитно-акустического преобразователя для радиационно-акустического контроля.
Бесплатно
Статья научная
Выполнен обобщенный анализ ключевого генератора высокой частоты, который позволяет оценить энергетические показатели генератора в широком диапазоне частот и параметров схемы.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время, как в России, так и за рубежом, перспективным направлением в развитии авиации и вооружения является создание высокоскоростных летательных аппаратов. Увеличение скоростных характеристик вновь разрабатываемых образцов предъявляет новые требования к испытательному стендовому оборудованию, в том числе к ракетно-рельсовым трекам. Растут требования как к средствам разгона, так и к средствам торможения, обеспечивающим сохранность испытуемой материальной части. Предлагаемая работа посвящена методу гидродинамического торможения, применяемого при высокоскоростных динамических испытаниях на ракетно-рельсовом треке в ФКП «ГкНИПАС имени Л. К. Сафронова». Приводится описание тормозных устройств, представлены зависимости, определяющие расчетные значения развиваемой ими тормозной силы. Описаны способы управления интенсивностью торможения, повышающие его эффективность и безопасность, а также расширяющие допустимый скоростной диапазон применения гидродинамических тормозных устройств. Представлена методика повышения эффективности функционирования тормозных устройств за счет применения специальной формы профиля его рабочей части. Для сравнительной оценки параметров эффективности торможения при использовании тормозных устройств со специальным и треугольным профилями приведены соответствующие примеры обеспечиваемых ими режимов торможения. Профиль рабочей части гидродинамического тормозного устройства, рассчитанный по предлагаемой методике, обеспечивает более эффективное и безопасное торможение, чем применяемый ранее профиль треугольной формы, за счет поддержания постоянной по величине останавливающей силы в широком скоростном диапазоне.
Бесплатно
К вопросу прогнозирования технического состояния жидкостных ракетных двигателей малой тяги
Статья научная
В стремительно развивающейся ракетно-космической отрасли создаются космические аппараты, снабжённые жидкостными ракетными двигателями малых тяг. К данному типу ракетных двигателей предъявляются высокие требования по надёжности, эффективности и экономичности использования топлива. Для обеспечения мониторинга характеристик космических аппаратов используют систему функциональной диагностики, в состав которой входят средства телеметрии и аналитической обработки данных. Телеметрия выполняет функции получения и передачи информации. Обработка информации выполняется в вычислительных центрах, находящихся на космическом аппарате и Земле. Наиболее перспективным вычислительным инструментом, способным проводить прогнозирование временных рядов и классифицировать большой объём взаимосвязанных данных, считают искусственную нейронную сеть. В связи с этим предметом исследований в работе являются способы обработки данных с применением искусственной нейронной сети. Цель работы заключается в разработке метода прогнозирования технического состояния жидкостных ракетных двигателей малых тяг с использованием искусственной нейронной сети. Во введении обосновывается актуальность исследований по использованию нейросети в системе функциональной диагностики жидкостных ракетных двигателей малых тяг для космических аппаратов. В основной части проводится анализ множества телеметрических данных ракетного двигателя и определена их весомость при прогнозе основных диагностических параметров. В качестве диагностических параметров предложено использовать тягу, удельный импульс и температуру конструкции. Исследованы прогностические возможности нейросети и разработана принципиальная схема метода прогнозирования технического состояния жидкостного ракетного двигателя малой тяги. В разработанном методе на первом этапе нейросеть выполняет аппроксимацию функции и экстраполяцию временного ряда данных телеметрических данных, на втором - определяет вероятный класс технического состояния двигателя. В выводах намечен план дальнейших экспериментальных исследований в данной области и даются рекомендации по разработке и совершенствованию алгоритмов функционирования искусственных нейронных сетей в составе системы функциональной диагностики космического аппарата. В силу обобщённого характера методических схем, результаты работы могут применяться к любому типу ракетных двигателей и использоваться на всех предприятиях ракетно-космической отрасли соответствующего профиля.
Бесплатно
Статья научная
Обеспечение высокой надежности уникальных высокоответственных изделий является актуальной задачей, стоящей перед аэрокосмической отраслью. Для достижения высоких показателей надежности на этапе проектирования, необходимо обеспечить базовое свойство изделия - его прочность - с высокой вероятностью неразрушения. Высокая вероятность неразрушения обеспечивается, в том числе введением в расчеты на прочность коэффициентов - безопасности, а также нормируемых значений запаса прочности. Необходимость в этих коэффициентах обусловлена разбросом значений внешних нагружающих факторов: величин сил, комбинаций сил и их сочетаний, характером действий, местом приложения и тому подобными условиями. Требуемая величина коэффициента безопасности определяется заданной вероятностью превышения запаса прочности установленной величины. Целью данной работы является определение математической зависимости между внешними факторами разброса и коэффициентом безопасности, внутренними факторами разброса и запасом прочности, совокупностью этих факторов и вероятностью неразрушения конструкций. В рамках данной работы, значения внутренних и внешних факторов, которые влияют на прочность и вероятность неразрушения изделия и имеют границы разброса своих величин, при помощи инструментов теории вероятностей, были характеризованы как случайные величины, значения которых определяются плотностью распределения, математическим ожиданием и дисперсией. В ходе работы была обнаружена высокая степень зависимости прочности изделия от разброса его геометрических характеристик и определены инструменты для определения совокупного разброса значений основных прочностных характеристик изделия с заданной вероятностью неразрушения. Практическая значимость итогов данной работы может быть достигнута в аэрокосмической отрасли, в частности, на этапе проектирования уникальных высокоответственных изделий.
Бесплатно
Статья научная
Рост емкостей электрических источников питания, использование электродвигателей в системах подачи компонентов ракетного топлива у иностранных компаний, ограничения по мощности классических систем подачи топлива - все эти условия задают тренд на изучение возможности внедрения электрических приводов для систем питания ракетного двигателя. Исследование посвящено анализу возможности использования электродвигателей в качестве привода для основных и вспомогательных насосов жидкостных ракетных двигателей. Перспективные разработки в области аккумуляторных батарей дают основания для проведения математического обоснования использования данного технического решения с целью модернизации систем питания как уже имеющихся ракетных двигателей, так и образцов, находящихся на стадии разработки. В статье представлен подбор патентов на современные технологии создания аккумуляторных батарей высокой емкости, проведен анализ использования технологии применения электродвигателей на международном рынке доставки полезных грузов на орбиты, дано обоснование перспективности данного направления развития ракетных двигателей. Изучена статистика причин отказов разгонных блоков и их корреляция с агрегатами, замена которых возможна на более надежные системы с использованием электродвигателей. Определены преимущества и недостатки систем питания с использование электроприводов. Данное исследование позволяет сделать вывод о том, что использование электродвигателей в системах питания ракетных двигателей является перспективным решением, которое повышает эффективность двигательной установки, производительность и надежность.
Бесплатно
К проблеме выбора структуры автоматизированной системы управления летательными аппаратами
Статья научная
Рассмотрена постановка задачи, а также этапы и процедуры формирования структуры автоматизированной системы управления летательными аппаратами. Рациональный вариант структуры системы выбран с использованием оптимизационных и имитационных моделей.
Бесплатно
К расчету напряженно-деформированного состояния переходных ферменных отсеков летательных аппаратов
Статья научная
Предлагается подход к расчету пространственных шарнирно-стержневых систем с жесткими элементами типа переходных отсеков, заключающийся в приложении принципа возможных перемещений в сочетании с методом конечных элементов. Рассматриваются этапы расчета конструкций от формулировки краевой задачи и компьютерного моделирования до анализа напряженно-деформированного состояния. Рассмотрены вопросы точности и достоверности решений.
Бесплатно
К расчету эксплуатационных параметров центробежных насосов малой быстроходности
Статья научная
Рассматриваются особенности расчета эксплуатационных параметров центробежных насосов малой быстроходности при работе на различных рабочих жидкостях в широком диапазоне изменения вязкости. Приводятся зависимости для пересчета параметров насосов, полученных при модельных испытаниях на эксплуатационные параметры.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен расчет радиолиний «НКА - анализатор спектра» и «генератор помех - анализатор спектра» для их калибровки с целью испытания навигационной аппаратуры потребителя спутниковых радионавигационных систем на помехоустойчивость.
Бесплатно
