@vestnik-sibsau Сибирский аэрокосмический журнал

Авиационная и ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал

Публикации в рубрике (630): Авиационная и ракетно-космическая техника

Моделирование взаимодействия звеньев волновых зубчатых передач

Лукин Р.С., Усаков В.И., Вавилов Д.В., Иптышев А.А.

Статья научная

Рассмотрено моделирование контактного взаимодействия зубьев волновой зубчатой передачи с коротким гибким колесом. Показано влияние рабочей нагрузки на характер контактного взаимодействия зубьев.

Бесплатно

Моделирование движения спутника в топоцентрической системе координат

Границкий Лев Васильевич, Рублева Татьяна Васильевна, Фрейдман Александр Леонидович

Статья научная

Рассмотрена задача определения координатно-временной зависимости местоположения искусственных спутников Земли относительно топоцентрической системы координат. Проведен обзор и анализ факторов, влияющих на погрешность определения координат.

Бесплатно

Моделирование деформирования плоских авиационных конструкций, армированных двумя семействами криволинейных волокон

Немировский Юрий Владимирович, Федорова Наталья Александровна

Статья научная

Проанализированы свойства общей системы разрешающих уравнений плоской задачи упругости для среды, армированной двумя семействами волокон, расположенных в направлениях произвольных изогональных траекторий. Предлагаемая методика позволяет исследовать краевые задачи для семейств равнонапряженных и нерастяжимых волокон с различными упругими свойствами и получать зависимости решений от выбора граничных интенсивностей армирования, формы контура, внешней нагрузки, условий равнонапряженности.

Бесплатно

Моделирование и верификация параметров рабочего процесса в газогенераторах наддува топливных баков жидкостных ракетных двигательных установок

Шелудько М.Л., Назаров В.П., Зенюк К.О., Назарова Л.П.

Статья научная

Основными требованиями, предъявляемыми к газогенераторам жидкостных ракетных двигательных установок (ЖРДУ), являются высокая стабильность работы, простота управления рабочим процессом, а также высокая работоспособность генераторного газа. Особо сложная задача - обеспечение устойчивости рабочего процесса. Кроме вероятности возникновения поперечных колебаний во внутрикамерном объеме, из-за наличия присоединенных к реакционной камере дополнительных объемов различной конфигурации и протяженности могут возникать акустические колебания сложных продольных мод. Большая часть существующих методик испытаний газогенератора носит критериально-эмпирический характер и основана на обработке экспериментальных результатов, что не всегда обеспечивает требуемую точность расчета динамических и тепловых характеристик. Необходимость экспериментально-теоретического уточнения расчетных методик термодинамических процессов газогенераторов является актуальной задачей, которая позволит существенно снизить материальные и временные затраты на эскизное проектирование, испытания и доводку современных образцов двигателей и энергосиловых установок летательных аппаратов. Поэтому расчет и анализ газогенератора жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) является важным этапом при проектировании и разработке современных образцов двигателей. При помощи метода конечных элементов программного пакета SOLID WORKS, построена модель двухзонного газогенератора наддува топливных баков ЖРДУ. Проведено исследование по моделированию рабочего процесса в газогенераторе, построена визуализация термодинамических процессов в изделии, получены числовые характеристики. Рассмотрена методика автономных стендовых (огневых) испытаний газогенераторов наддува топливных баков, методика верификации численных методов.

Бесплатно

Моделирование и параметрическая оптимизация светооптической схемы имитатора солнца для тепловой отработки негерметичных космических аппаратов

Крат Светлана Александровна, Филатов Антон Александрович, Двирный Валерий Васильевич, Христич Валерий Васильевич, Шатров Александр Константинович

Статья научная

Рассмотрены вопросы повышения требований к наземной тепловой отработке космических аппаратов (КА) в части имитации солнечного излучения в связи с выпуском негерметичных КА нового поколения. Поставленные задачи решены за счет создания эффективной системы излучения, построенной на базе современных серийно выпускаемых ламп солнечного спектра. Рассмотрено построение модели светооптической схемы имитатора Солнца в программном пакете Zemax c последующей ее параметрической оптимизацией.

Бесплатно

Моделирование отказоустойчивого элемента для аэрокосмических вычислительных комплексов

Тюрин С.Ф.

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 процесса разбега тяжелого транспортного самолета с целью определения взлетной массы и тяги двигателей по данным бортового самописца

Пожиленков В.А.

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

Моделирование процессов тепломассопереноса в микроканальных теплообменниках систем управления космической техники

Коновалов Д.А., Кожухов Н.Н., Дроздов И.Г.

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 устройства защитного отключения сетей постоянного тока

Мизрах Енис Аврумович, Штабель Николай Владимирович, Копылов Евгений Алексеевич

Статья научная

Проводится моделирование предложенной авторами схемы устройства защитного отключения сетей постоянного тока, отличающегося использованием датчика тока утечки на основе эффекта Холла, обладающего высокой точностью и позволяющего осуществить гальваническую развязку информационных цепей от силовых. Рассмотренная схема отличается использованием микроконтроллера, имеющего аналого-цифровой преобразователь, а также встроенную аналоговую часть в виде нескольких компараторов, что позволяет применять различные способы обработки сигналов. Рассматриваются варианты схемы с цифровой и аналоговой обработкой сигналов датчиков тока утечки и тока нагрузки. Моделирование произведено в пакете Simulink путем определения передаточных функций датчиков тока, а также основных звеньев цепи обработки сигналов. Для определения быстродействия рассмотренных схем обработки сигналов на вход системы подается сигнал, имитирующий скачок тока утечки или нагрузки, превышающий уставку срабатывания устройства. Выходным сигналом системы является сигнал отключения, подаваемый на размыкающий ключ. Измеряя время, прошедшее от момента пересечения током уставки до появления сигнала размыкания цепи, можно определить быстродействие схемы. Рассматривая задержки элементов системы, можно определить вклад каждого из них в общее быстродействие. Произведен анализ быстродействия каждой из схем и вклад каждого из компонентов в общее быстродействие устройства. Также производится анализ функциональных возможностей обработки сигнала каждой из схем, таких как фильтрация помех и корректировка нелинейности характеристик датчиков тока. Анализируются достоинства и недостатки рассмотренных схем, их пригодность для защиты людей и оборудования от поражения электрическим током в бытовых условиях и на производстве, в соответствии с общими требованиями, установленными в государственных стандартах для устройств защитного отключения малых и больших токов нагрузки. Рассмотренное устройство может применяться в цепях постоянного тока электропитания энергосистем космических аппаратов для исключения возникновения аварийных ситуаций. Приведены рекомендации по дальнейшему улучшению предложенной схемы с целью достижения более высокого быстродействия, что обеспечит универсальность применения предложенного устройства. Определены требования по быстродействию к размыкающему устройству и даны рекомендации по его реализации.

Бесплатно

Моделирование химического взаимодействия продуктов сгорания с воздухом за срезом сопел двигателей самолета

Турчинович А.О.

Статья научная

Одним из важных этапов эксплуатации самолетов является гонка двигателей - проверка работоспособности силовых установок летательных аппаратов на специально оборудованных газоотбойниками площадках. Продолжительность данного этапа зависит от двигателей, установленных на самолетах, и может достигать 30 минут, как, например, для рассматриваемого в статье самолета Ан-12. При этом загрязняющие вещества, образующиеся в результате сгорания топлива, оседают на территории места для опробования двигателей и наносят значительный урон окружающей среде. Целью настоящего исследования является разработка модели для анализа поведения струй выхлопных газов при столкновении с газоотбойником и анализа возможных химических реакций продуктов сгорания топлива с кислородом воздуха. Качественный и количественный результат получен путем математического моделирования процесса опробования двигателей. В качестве геометрической модели принята двумерная модель самолета в плане и места для гонки. Кинематическая модель описывает максимальный режим рассматриваемого процесса, характеризующегося полным сгоранием топлива. Построены возможные химические реакции выхлопных газов с кислородом воздуха. Численная реализация данной задачи осуществлена с применением программного продукта Ansys Fluent. Результаты расчета показывают, что выхлопные газы при достижении газоотбойника претерпевают изменение траектории (рассеивание) и потерю скорости. При этом массовые доли продуктов сгорания топлива достигают своего максимального значения на срезе сопла, а массовые доли веществ, образующихся в ходе реакций с кислородом воздуха, - на границе струй с окружающей средой. Протекание реакций способствует увеличению области распространения загрязняющих веществ, полученных в результате окисления, по сравнению с веществами на срезе сопла. Результаты анализа указанных процессов позволяют провести дальнейшее исследование, направленное на уменьшение загрязнения территорий для гонки двигателей. В последующем они могут быть применены на аэродромах, снабженных площадками для гонки двигателей, с целью снижения концентраций загрязнения на приаэродромных территориях.

Бесплатно

Моделирование энергетических характеристик электродинамических тросовых систем

Лукьяненко Михаил Васильевич, Лукьяненко Максим Михайлович

Статья научная

Рассмотрены вопросы математического моделирования электродинамических тросовых систем. Разработана математическая модель электродинамической тросовой системы, позволяющая определить зависимость характеристик системы от положения на орбите и параметров троса, а также область наиболее эффективного использования системы в качестве источника электроэнергии космического аппарата.

Бесплатно

Модель влагопоглощения материалов, применяемых при производстве антенн космических аппаратов

Башков И.В., Ермолаев Р.А., Кузнецов А.Б., Михеев А.Е., Гирн А.В.

Статья научная

Рассмотрены процессы, протекающие при нахождении полиимидных пленок и углепластика в воздушной среде с различной влажностью. В космических аппаратах (КА) часто применяются различные полимерные материалы, в том числе полиимидные пленки и углепластики. Рефлекторы антенн из композиционных материалов для обеспечения требуемых радиотехнических характеристик покрывают тонким отражающим слоем металла, обычно алюминия. Для исключения возможной коррозии напыленного слоя на данных материалах необходимо знать количество влаги, содержащейся в объеме материала. При влагопоглощении полиимидными пленками и углепластиками происходит диффузия молекул воды, содержащихся в атмосфере, в объем материала. Для определения количества и кинетики сорбции влаги, содержащейся в окружающем воздухе, использована математическая модель, описанная Фиком. На основе уравнения Фика и условий, возникающих при построении модели для тонких полимерных материалов, получено уравнение для расчета динамики влагопоглощения полимерными материалами. По полученной модели влагопоглощения можно определить коэффициенты диффузии материалов путем термогравиметрического анализа и сопоставления полученных результатов с данной моделью. Получение и отбор материалов с пониженным значением влагопоглощения - это перспективное направление в материаловедении применительно к ракетно-космической сфере. Материалы с малым количеством поглощенной влаги позволяют производить КА с более длительным сроком активного существования и необходимы для перспективных аппаратов, в особенности с криогенным оборудованием.

Бесплатно

Модель надежности космического аппарата

Максимов Ю.В., Патраев В.Е., Тололо В.А.

Статья научная

Предложена модель для проектной оценки надежности космического аппарата.

Бесплатно

Модель течения в рабочем колесе центробежного насоса

Назаров В.П., Черненко В.В., Черненко Д.В.

Статья научная

В соответствии с результатами анализа особенностей зарубежной технологии проектирования и создания изделий авиационноосмической техники прослеживается сертификационная направленность всех видов работ, начиная с этапа эскизного проектирования, что предъявляет особо высокие требования к качеству расчётных методик, алгоритмов и программного обеспечения, использующихся при расчётных проработках проекта. Без опережающего уровня отечественных разработок в области моделирования гидродинамических процессов в системах летательных аппаратов (ЛА) в ближайшее десятилетие станет невозможным конкурировать с зарубежными разработчиками авиационных и ракетно-космических систем. В соответствии с современными теоретическими и экспериментальными исследованиями картина течения в проточной части лопастной машины представляет собой сложную суперпозицию основного и вторичного течения. В статье рассмотрена методика расчета течения жидкости в межлопаточном канале центробежного рабочего колеса с конечным числом лопаток, построение энергетических характеристик рабочего колеса и его оптимизация по числу лопаток. Расчет состоит из двух частей: во-первых, определение теоретического напора с учетом влияния конечного числа лопаток на основе анализа силового взаимодействия, и, во-вторых, определение гидравлических потерь в рабочем колесе интегрированием напряжений трения по ограничивающим поверхностям. Результаты обеих частей используются для оптимизации числа лопаток в рабочем колесе насоса. Аналитическим путем получены уравнение для напора в точке и коэффициент влияния конечного числа лопаток. С учетом закона трения получили выражение для потери напора. Изложенная методика расчета пространственного пограничного слоя является достаточно простой и наглядной и дает приближенные результаты, позволяющие производить оценку искомых величин. Однако существует необходимость в дальнейшей проработке метода для приведения его к виду, позволяющему рассчитывать трехмерное течение рабочего тела в канале произвольной формы. На основе результатов теоретических исследований был разработан алгоритм и программа расчета, позволяющая рассчитывать локальные значения. Результаты проведённого расчета теоретического напора в рабочем колесе могут быть использованы для уточненного расчета центробежного насоса.

Бесплатно

Модель управления температурой при выращивании кремния

Саханский Сергей Павлович, Баркин Сергей Михайлович

Статья обзорная

Предложена математическая модель формирования задания температуры на установке выращивания монокристаллов кремния по способу Чохральского, которая позволяет автоматизировать процесс его ввода в микропроцессорную систему управления установкой

Бесплатно

Модернизация систем подачи топлива жидкостных ракетных двигателей разгонных блоков на основе инновационных технических решений

Пиунов В.Ю., Назаров В.П., Константинов Р.И., Морозов В.И., Гайнутдинов А.В.

Статья научная

Для доставки космических аппаратов на орбиту со сложной высокой заданной точностью используются специальные автономные ускорители движения. Состав ускорителей ускорения включает в себя: «Устойчивые жидкостные ракетные двигатели» (LRE), которые должны обладать высокой надежностью и длительным сроком службы при многократном запуске в космическом пространстве. В статье отмечается целесообразность совершенствования проектирования и повышения энергоэффективности ПБ путем модернизации систем управления топливными двигателями на основе инновационных технических решений. Рассмотрены ряд конструктивных решений, направленных на улучшение характеристик антикавитационных характеристик и двигателей с винтовым центробежным насосом (ТРА). Новая конструкция входа в насос, в которой размещается дополнительный бустерный винт, который обеспечивает повышение давления жидкости до того, как был разработан основной шнековый насос. Дается перспективная гидравлическая схема движения утечек в замкнутом контуре с использованием винтового насоса на валу турбины. Для повышения эффективности системы винтовых насосов используются конфузоры и диффузоры, в которых реализуется энергия, получаемая жидкостью во время работы импеллера. Теоретический расчет перепада давления жидкости, удерживаемой импеллером. Показано, что эти инновационные технические предложения могут уменьшить массогабаритные параметры насосов. Приводится схема устройства для командного давления автоматического управления и регулировки двигателя, стабильного и независимого от давления с возможными колебаниями компонентов потока в напорных линиях. В общих чертах было обосновано, как настроить гидравлическую систему этого устройства, позволяющую с высокой точностью отрегулировать значение команды давления. Модернизация подачи топлива на основе инновационных технических решений КБ «Химмаш» обеспечивает основу для развития современных ускорителей.

Бесплатно

Модуль мультиплексного канала информационного обмена

Щербаков С.А., Игнатовский В.В., Филонова С.Ю.

Статья научная

Статья посвящена вопросам работы с интерфейсом мультиплексного канала обмена информацией, описанным в ГОСТ Р 52070-2003 и зарубежном стандарте MIL-STD-1553B. Во введении рассматриваются абоненты интерфейса, функционирующие в составе системы обмена информацией, и актуальные модули, выполняющие функции оконечных устройств в бортовой аппаратуре космических аппаратов. Далее внимание уделено модулю, активно использующемуся в настоящее время. Указываются его основные недостатки и проблемы использования в космической аппаратуре, приводится структурная схема устройства. Представлены текущие разработки, проводимые в НПЦ «Полюс», связанные с реализацией интерфейса мультиплексного канала обмена и с модулями оконечных устройств: на базе СБИС Н1582ВЖ2 и Н1582ВЖ3В. Приводятся недостатки модуля, основанного на СБИС Н1582ВЖ2, в дальнейшем устраненные в модуле на базе СБИС Н1582ВЖ3В. Рассмотрены их структурно-функциональные схемы, кратко описан принцип работы модуля с Н1582ВЖ2 и более подробно рассказано о функционировании модуля с Н1582ВЖ3В. Показаны временные диаграммы логики работы модуля обмена и циклограммы режима записи во внешние устройства и чтения из внешних устройств по параллельному интерфейсу, подробно описаны указанные циклограммы. Приведена фотография модуля мультиплексного канала с СБИС Н1582ВЖ3В. Представлены результаты тестирования разработанного модуля на базе СБИС Н1582ВЖ3В на соответствие ГОСТ Р 52070-2003. Рассказывается о проверке на соответствие логическому протоколу интерфейса, а также приведены данные проверки электрических параметров сигналов, в частности, входных и выходных. Описана и представлена в виде диаграмм реакция модуля на некоторые команды управления. Приведены осциллограммы электрических сигналов, а их подробные характеристики собраны в таблицы. В заключение приводится представленное в виде таблицы сравнение модулей, упомянутых ранее. В качестве вывода авторы рассуждают о возможном применении разработанного модуля в бортовой аппаратуре космических аппаратов.

Бесплатно