Авиационная и ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
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
Статья научная
Обоснована актуальность содействия занятости выпускников учреждений профессионального образования самим учреждением профессионального образования. Представлена классификация служб, осуществляющих этот процесс, ее основные элементы.
Бесплатно
Кластерная форма организации лесопромышленных предприятий Красноярского края
Статья научная
Рассматривается кластерная форма организации лесопромышленных предприятий Красноярского края с учетом особенностей территориальной организации и условий, способствующих формированию устойчивых взаимосвязей предприятий в кластерной структуре.
Бесплатно
Комбинированный метод формирования мультиверсионного программного обеспечения
Статья научная
Комбинированный метод развит в рамках целеориентированного подхода к разработке программных средств и направлен на реализацию мультиверсионного программирования сложных систем управления космическим аппаратом « Гонец-M», к которому предъявляются повышенные требования по отказоустойчивости. Формирование состава версий модулей программного обеспечения поддерживает базовую схему N-вариантного программирования
Бесплатно
Комплексный подход к анализу динамического поведения спутников
Статья научная
В настоящее время в производстве коммерческих спутников отмечается тенденция сокращения сроков их подготовки к запуску, что приводит к тому, что работы по анализу динамического поведения спутников становятся рациональными и эффективными. Представлен комплексный подход к анализу динамического поведения спутников на основе экспериментальных данных и расчетного программного комплекса NASTRAN, позволяющего делать достаточно корректную оценку прогнозов уровней нагружения для конструкций космических аппаратов при проведении виброиспытаний.
Бесплатно
Комплексный технико-экономический анализ баллистических ракет подводных лодок (часть 1)
Статья научная
На основе материала из открытых источников проведен комплексный технико-экономический анализ развития баллистических ракет подводных лодок России и США.
Бесплатно
Комплексный технико-экономический анализ баллистических ракет подводных лодок (часть 2)
Статья научная
На материале открытых источников проведен комплексный технико-экономический анализ развития баллистических ракет подводных лодок России и США.
Бесплатно
Статья научная
Поставлена проблема создания криогенных исполнительных механизмов для трансформируемых космических конструкций. Отмечены основные вопросы, связанные с реализацией задачи создания описываемых устройств. Показана широкая область применения и востребованность высокоточных низкотемпературных механизмов. Отдельно отмечена востребованность в рассматриваемых изделиях отечественных проектов, таких как «Миллиметрон». Представлены прототипы, являющиеся основой для развития тематики, на их примере показана преемственность результатов, позволяющая сократить издержки при переходе к проектированию и производству опытных образцов изделий с новыми свойствами. В качестве первого этапа развития заявленной тематики предлагается переработка хорошо зарекомендовавшего себя и подходящего по ряду признаков двигателя, применявшегося ранее в изделиях со схожим назначением, но другого температурного диапазона. Сообщено о проведенных работах, вариантах исполнения опытных образцов, о первых испытаниях в среде жидкого азота, проверке работоспособности. В продолжение исследований в заявленном направлении сообщено о проведённых опытах, показывающих работоспособность опытных образцов в условиях жидкого гелия. Описана установка, представлена схема и последовательность испытаний в условиях жидкого гелия. Проведены сравнения электрических параметров образцов в разном исполнении. Оба образца показали перспективность принятых проектных и конструкторских решений. Поставлена задача и определены перспективы развития высокоточных низкотемпературных вакуумных линейных электромеханических приводов на ближайшее будущее. Сообщено о результатах проектирования и испытаниях опытных образцов при гелиевых температурах (4,2 К).
Бесплатно
Компьютерная автоматизация установки «мокрого сжигания» органических отходов для замкнутых экосистем
Статья научная
Создание долгосрочных исследовательских баз на Марсе и других планетах планируется еще с 1960-х годов. В космических миссиях важно уменьшение затрат времени и труда экипажа на жизнеобеспечение. Это позволит повысить научную и практическую содержательность миссии. Одним из процессов, необходимых для функционирования экипажа в замкнутом объеме, является физико-химическая переработка отходов в удобрения для выращивания растений, обеспечивающих экипаж кислородом, водой и едой. Одним из перспективных кандидатов на роль метода переработки органических отходов для длительных космических миссий является «мокрое сжигание» в перекиси водорода под действием переменного электрического тока. Метод относительно прост, компактен, экологически чист и эффективен. Сохранение азота в относительно легко доступных для дальнейшей переработки и вовлечения в круговоротные процессы формах является важным преимуществом. Рассматриваются особенности автоматизации работы оригинальной установки «мокрого сжигания» органических отходов при переходе от аналоговой к цифровой схеме управления процессом минерализации экзометаболитов человека применительно к замкнутым системам жизнеобеспечения. Целью работы являлось встраивание системы управления установкой «мокрого сжигания» в информационную систему экспериментальной модели биолого-технической системы жизнеобеспечения космического назначения для управления ею как единым целым. Программы мониторинга и управления написаны на языке Free Pascal и внутреннем языке микроконтроллера Arduino. Реализовано автоматическое управление оригинальной установкой «мокрого сжигания» органических отходов. Данные о протекании процесса сохраняются в режиме реального времени в форматах, удобных для дальнейшей математической обработки при наличии таких задач.
Бесплатно
Конструкция трансформируемой параболической антенны космического назначения
Статья научная
Одним из основных требований к параболическим антеннам является соблюдение требований по исполнению заданной кривизны формообразующей поверхности. В случае трансформируемых антенн, когда отражающая поверхность расправляется и натягивается при переводе из транспортировочного положения в рабочее, это требование обеспечивается высокой жесткостью конструкции. При низкой жесткости неизбежно взаимное геометрическое смещение интерфейсных точек крепления отражающего полотна к конструкции, что влечет к отклонениям формы отражающей поверхности от номинальной и ухудшает качество передаваемых или принимаемых антенной сигналов. Другим важнейшим аспектом проектирования космической техники является снижение конечной массы изделия. Наиболее характерной чертой проектирования различных систем космических аппаратов является поиск компромисса между снижением массы изделия и, как следствие, снижением жесткостных и прочностных характеристик конструкции. Предложен вариант конструкции трансформируемой параболической антенны. Основным силовым элементом является тонкостенный композитный тор, разделенный на несколько сегментов. Выбор данного типа конструкции обоснован двумя видами анализов: кинематическим анализом раскрытия из транспортировочного положения в рабочее положение и механическим анализом для подтверждения надежности по прочности. Проведен параметрический анализ геометрии конструкции, показаны оптимальные варианты. Проведен анализ потери устойчивости тонкостенного тора для разных случаев закрепления отражающего полотна. По результатам анализов были выбраны такие проектные характеристики конструкции, которые удовлетворяют всем критериям проведенных анализов. Для более глубокой оптимизации проектных параметров необходимо провести следующие инженерные анализы, не представленные в рамках данной статьи: - анализ надёжности раскрытия механических устройств; - модальный анализ; - анализ температурных деформаций и пр. Данная конструкция может быть применена в качестве силовой основы для параболических антенн космического назначения, теплозащитных экранов, радиационных экранов, зеркал кластерных орбитальных систем. Возможно развертывание солнечного паруса большой площади с использованием данной схемы раскрытия конструкции.
Бесплатно
Контейнер для транспортировки ядерной энергоустановки космического аппарата
Статья научная
Основным источником энергоснабжения искусственных спутников Земли и космических аппаратов (КА) в настоящее время являются солнечные батареи (СБ). Однако они являются источниками тока с нелинейным и нестационарным внутренним сопротивлением. Кроме того, их характеристики в значительной степени изменяются в процессе эксплуатации: при выходе из тени Земли СБ генерируют максимальную энергию, которая с прогревом батареи уменьшается, а со временем СБ деградируют от воздействия ионизирующего излучения космического пространства. При этом также существуют сложности раскрытия и обеспечения требуемой ориентации. Наиболее высокоэффективным и стабильным источником энергии могут служить ядерные энергетические установки (ЯЭУ). Однако при этом важнейшим условием их применения является обеспечение радиационной безопасности при хранении в заводских условиях и транспортировке, для чего применяется транспортировочный контейнер. Представлена оригинальная конструкция контейнера для ЯЭУ КА, важнейшим элементом которого является металлорезиновый амортизатор, представляющий собой металлокомпозит, состоящий из металлической спирали, впрессованной в резину. Его назначение заключается в уменьшении амплитуды вибраций, что предотвращает контейнер от повреждений при транспортировке. С целью повышения физико-механических и эксплуатационных характеристик амортизатора в резину предварительно вводили нанопорошок углерода.
Бесплатно
Концепция двойного использования космических аппаратов
Статья научная
Двойное использование (ДИ) космических аппаратов (КА) является эффективным способом получения дополнительного выходного эффекта от средств, ранее вложенных в создание КА, при минимальных затратах. Приведены принципы ДИ, концептуальная схема и формализация концепции ДИ КА.
Бесплатно
Статья научная
В статье предлагается концепция эксперимента по проведению летной апробации различных образцов фотоэлектрических преобразователей. Целью исследования является изучение поведения новых типов солнечных элементов в условиях космического пространства. Исследование будет выполняться методом тестирования образцов на борту космического аппарата. Проведение эксперимента будет осуществляться устройством, производящим сбор данных об электрических свойствах солнечных элементов. Полученная информация будет представлена в виде вольтамперной характеристики. В ходе эксперимента также будет проведено изучение ее зависимости от внешних параметров. В частности, будет исследована корреляция вольтамперной характеристики от значений температуры и освещенности солнечных элементов. Исходя из полученных данных, будет определен коэффициент полезного действия фотоэлектрических преобразователей. Также будет изучена их деградация в результате воздействия космического ионизирующего излучения. Перед авторами поставлена задача спроектировать и разработать экспериментальную установку, которая будет представлять собой модуль полезной нагрузки малого космического аппарата класса CubeSat. По результатам работы был выработан облик эксперимента по проведению летного тестирования, определены требования к модулю полезной нагрузки и предложен проект по его созданию. На данном этапе схемотехническая и программная реализация самого модуля находятся в стадии разработки. В ходе работы также были сформулированы основные требования, которые данный модуль предоставляет основным системам космического аппарата. Для выполнения миссии эксперимента планируется интегрировать модуль полезной нагрузки на платформу аппарата ReshUCube-2 форм-фактора 3U. Этот спутник будет оснащен оборудованием, обеспечивающим возможность проведения технологических экспериментов.
Бесплатно
