Авиационная и ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
Определение характеристик цифровых регуляторов импульсных преобразователей напряжения
Статья научная
Развитие космического приборостроения идет по пути цифровизации. В частности, энергопреобразующая аппаратура космических аппаратов модернизируется путем внедрения цифровых систем автоматического управления взамен аналоговых. Это приводит к повышению эффективности системы электропитания, но в то же время возникает необходимость в создании способов определения их характеристик, которые позволят с высокой степенью точности подтвердить соответствие изготовленного прибора заданным при проектировании требованиям технического задания. В статье описаны особенности функционирования и предложен способ определения характеристик цифрового канала управления импульсным преобразователем напряжения. Предложенный подход представляет собой инструментарий для проверки правильности реализации как аппаратных частей канала управления, так и самого регулятора, представляющего собой программный код, реализованный на цифровых управляющих устройствах. Метод основан на определении степени соответствия откликов на типовые внешние воздействия аппаратно реализованного канала управления и его модели. На основе передаточных функций цифровых фильтров с бесконечной импульсной характеристикой и конечной импульсной характеристикой, с использованием типовых встроенных моделей, в пакете имитационного моделирования Matlab Simulink смоделирован канал управления импульсным преобразователем напряжения, соответствующий испытываемому аппаратно-реализованному устройству. Описаны основные принципы построения программной архитектуры обеспечения эксперимента. Разработана структурная схема испытательного комплекса, включающая источники внешнего воздействия, сам канал управления и средство управления проведением испытаний (в данном случае персональный компьютер). Приведен пример применения такой методики для верификации параметров разработанного пропорционально-интегрального дифференциального регулятора. Экспериментально показана работоспособность и точность предложенного способа определения характеристик канала управления по реакции на последовательность прямоугольных импульсов и путем построения логарифмической амплитудно-фазовой частотной характеристики. Применение такого метода верификации в условиях производства позволит обеспечить полную проверку отдельных цифровых управляющих устройств энергопреобразующей аппаратуры с замкнутыми обратными связями еще на этапе разработки приборов, что позволит исключить ошибки в реализации регуляторов в контурах управления.
Бесплатно
Статья научная
Предложен способ измерения ширины плотности распределения энергии в поперечном сечении электронного пучка, учитывающий форму кривой распределения. Способ основан на вычислении энтропии распределения. Рассмотрен метод расчета ширины распределения по зондовым характеристикам.
Бесплатно
Оптимальное управление разведением спицы трансформируемого рефлектора при наличии возмущений
Статья научная
Одним из перспективных видов космических аппаратов являются крупногабаритные трансформируемые рефлекторы. Такие аппараты доставляются на заданною орбиту в сложенном виде, а затем разворачиваются до рабочего состояния. Большая апертура позволяет значительно расширить возможности антенны. При этом возникают задачи плавного и надёжного раскрытия, настройки формы радиоотражающего сетеполотна, регулировка орбитального положения. Ввиду того что процесс раскрытия занимает длительное время, учёт возмущающих воздействий является важной проблемой. Наличие радиации, большого перепада температур, солнечного ветра оказывает влияние на всю систему и, главным образом, на диаграмму направленности. Также необходимо плавно раскрыть элементы конструкции, так как с увеличением диаметра радиоотражающей поверхности возрастают моменты инерции антенны, что приводит к длительным колебаниям. В данной работе рассмотрен процесс разведения спицы рефлектора при наличии возмущений и ошибок измерений. Решение задачи представлено с использованием теоремы разделения. Для оценивания параметров системы при наличии шумов измерений применен фильтр Калмана. Показана его работоспособность при различных значениях интенсивности шума. В качестве внешних возмущений и шумов измерений выбран случайный процесс типа белого шума. Задача управления решается при использовании алгоритма оптимального управления по иерархии целевых критериев. Показана возможность минимизации энергетических затрат путем интервального включения измерительных датчиков. Представлены результаты численного моделирования.
Бесплатно
Оптимизация наборадиагностических параметров
Статья научная
Проведена оптимизация выбора перечня параметров диагностирования авиационной техники, базирующаяся на анализе таблиц состояний.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлена оптимизация расположения интерфейсных точек приборной панели космического аппарата (КА) с помощью модального анализа, а также проведен квазистатический расчет исследуемой панели, подтверждающий эффективность предложенных изменений конструкции панели. Приборная панель представляет собой трехслойную сотовую конструкцию, состоящую из двух алюминиевых пластин и сотового заполнителя. Сотовые панели обладают рядом достоинств: небольшая масса конструкции, высокая жесткость, удельная прочность. С помощью конечно-элементного моделирования определен диапазон собственных частот и форм колебаний приборной панели, что позволило определить оптимальное расположение точек крепления панели к корпусу КА для увеличения нижней границы диапазона собственных частот и повышения её несущей способности.
Бесплатно
Оптимизация структуры и параметров энергодвигательных систем большой энерговооруженности
Статья научная
Энергодвигательные системы космических аппаратов (КА) оказывают существенное влияние на возможность и эффективность решения целевых задач. В последние годы наблюдается тенденция к увеличению энерговооруженности КА. Это связано с существенным повышением энергопотребления целевых систем. Кроме того, широкое применение для выведения КА и коррекции его орбиты получили электроракетные двигательные установки, которые в процессе работы потребляют значительную электрическую мощность. Для создания КА с высокой энерговооруженностью возможно использование энергодвигательных систем с различными структурами, в том числе на базе ядерных энергетических установок (ЯЭУ). Помимо хорошо известных ЯЭУ на основе термоэмиссионных преобразователей, интерес представляют ЯЭУ с газотурбинным преобразователем энергии. Данный тип энергоустановок обладает значительно большим КПД преобразования тепловой энергии в электрическую. В связи с наличием большого числа альтернативных вариантов энергетических установок, двигательных установок и накопителей электрической энергии возникла необходимость определения областей рационального использования различных структур энергодвигательных систем. Предложена методика расчета и получены области рационального использования энергодвигательных систем различного типа. В процессе исследований установлено, что при высоких значениях затрат характеристической скорости, высокой периодичности маневрирования и большой мощности целевой системы целесообразно применение ЯЭУ на базе газотурбинного преобразователя. Для ЯЭУ с газотурбинным преобразователем предложена математическая модель, которая позволяет оценить основные проектные параметры и провести оптимизацию по интересующему критерию. На основе полученной математической модели установлено, что требуемый диапазон температур на теплообменнике-холодильнике практически не изменяется с увеличением подводимой мощности. Кроме того, установлено, что КПД цикла в большей степени зависит от температуры на входе в турбину и температуры на входе в компрессор.
Бесплатно
Оптические измерительные системы и лазерные технологии для промышленных применений
Статья обзорная
Представлены результаты работ Конструкторско-технологического института научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наук (КТИ НП СО РАН) по разработке, созданию и поставке новейших измерительных и лазерных технологий и систем для решения проблем безопасности в ядерной энергетике, на железнодорожном транспорте, в нефтедобывающей промышленности и в других отраслях. Приводятся технические характеристики ряда созданных приборов и систем.
Бесплатно
Статья научная
Обобщен опыт создания тепловых труб всех типов в научно-производственном объединении имени С.А. Лавочкина. Описаны удачные технические решения в создании контурных тепловых труб, нашедшие широкое применение в космической отрасли.
Бесплатно
Организация учета светового давления на поверхность космического аппарата
Статья научная
Описывается необходимость учета действующего на поверхность космического аппарата (КА) давления солнечного света и теплового излучения Земли. Рассматривается необходимость более точного определения характерной площади КА и её применение. Описывается технология расчета характерной площади современных КА, создание модели поверхности КА и формирование на её основе исходных данных. Оценивается возможность ускорения вычислительного процесса и варианты развития технологии расчета.
Бесплатно
Основные виды избыточности, применяемые в бортовом программном обеспечении для надежного
Статья обзорная
Рассматриваются основные виды избыточности, применяемые при проектировании программного обеспечения, их применение и реализация в бортовом программном обеспечении спутников связи и навигации для повышения надежности функционирования вычислительной системы в целом, ее устойчивости при обнаружении ошибок и методы их предупреждения
Бесплатно
Статья научная
В настоящей работе рассмотрены проблемные вопросы обеспечения стойкости бортовой аппаратуры космических аппаратов к воздействию ионизирующего излучения космического пространства (ИИ КП), существенно ограничивающего срок активного существования космического аппарата. В работе описывается методология обеспечения радиационной стойкости, разработанная специалистами АО «ИСС». Результатом проделанной работы является обеспечение гарантированного выполнения целевой функции космическими аппаратами (КА) с длительными сроками активного существования (САС) 15 и более лет. Среди комплекса факторов космического пространства (ФКП), воздействующих на КА, ионизирующее излучение космического пространства является основным фактором, ограничивающим САС. Воздействие энергетических частиц ИИ КП вызывает деградацию электронной компонентной базы (ЭКБ), которая приводит к сбоям и отказам бортовой аппаратуры (БА) и деградации ее функциональных поверхностей. Обеспечение радиационной стойкости КА является сложной комплексной задачей, одним из этапов которой является определение радиационной стойкости компонентов, комплектующих бортовую аппаратуру. В результате накопленного опыта по проведению радиационных испытаний и анализа их результатов специалистами АО «ИСС» была разработана методология, позволяющая гарантированно обеспечить радиационную стойкость КА в условиях сжатых сроков производства и оптимизированных затрат.
Бесплатно
Статья научная
Описываются цели и задачи наземной отработки бортовых комплексов управления космических аппаратов связи и навигации. Описаны подходы к построению испытательного стенда, принципы автоматизации испытаний. Дается оценка преимуществ и недостатков предложенных решений, а также перспективы развития испытательного стенда для перспективных космических аппаратов (КА).
Бесплатно
Статья научная
Предлагаются основные параметры и характеристики единой информационной системы обеспечения сопровождения и технической эксплуатации летательных аппаратов в условиях эксплуатации как по назначенному ресурсу, так и по состоянию.
Бесплатно
Основы эксплуатации планера без межремонтного ресурса
Статья научная
Рассмотрены вопросы, связанные с переходом на перспективные методы эксплуатации летательных аппаратов по состоянию. Особое внимание уделено обеспечению в новых условиях технического обслуживания и ремонта наиболее трудоемкого элемента летательного аппарата - планера.
Бесплатно
Особенности анализа надежности функциональных систем самолетов гражданской авиации
Статья научная
Рассматриваются методические вопросы анализа надежности, связанные с процедурами определения вероятности отказа и вероятности отказа на 1 ч полета по статистическим материалам установившегося процесса эксплуатации.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время с целью повышения выводимой массы широко применяется довыведение спутников на геостационарную орбиту собственной двигательной подсистемой. Так, только АО «ИСС» применило такую схему для нескольких космических аппаратов (КА) собственной разработки - «Экспресс-АМ5», «Экспресс-АМ6», «Экспресс-80», «Экспресс-103». Вместе с тем, можно отметить некоторое разнообразие подходов к осуществлению данной операции. В частности, довыведение указанных выше КА осуществлялось с помощью бортовой двигательной подсистемы на базе плазменных двигателей СПД-100. Операция осуществлялась одним или двумя двигателями. Применение двух двигателей КА «Экспресс-80», «Экспресс-103» было обусловлено стремлением уложиться по времени в разумную величину не более полугода при значительном увеличении выводимой массы. Однако и длительность довыведения порядка 150 суток, которая имела место при довыведении данных КА, также чрезмерно велика. Очевидно, что ее можно уменьшить при прочих равных условиях только увеличением располагаемой тяги двигателей. Этого можно достичь как увеличением тяги отдельных агрегатов, так и увеличением количества одновременно используемых двигателей. Поэтому для новых КА «Экспресс-АМУ3», «Экспресс-АМУ7» (размерностью аналогичных КА «Экспресс-80», «Экспресс-103»), для которых также предполагался парный запуск, были использованы оба этих способа. Для довыведения были применены два двигателя СПД-100В и дополнительно - двигатель типа СПД-140Д. Суммарная тяга связки двигателей позволяла рассчитывать на существенное снижение длительности довыведения по сравнению с КА «Экспресс-80», «Экспресс-103». Двигатель СПД-140 разработки АО ОКБ «Факел» был применен в России впервые. Для его питания в АО «НПЦ Полюс» был специально создан прибор управления и преобразования СПУ-140Д. Использование связки из трех двигателей позволило существенно уменьшить длительность операции довыведения на геостационарную орбиту.
Бесплатно
Статья научная
Разработка высокоскоростных летательных аппаратов баллистического типа со скоростью, превышающей 1000 м/с, в настоящее время является приоритетной задачей за рубежом и в России. Эффективность таких новых изделий подтверждается трековыми испытаниями со скоростью их применения. Испытательные полигоны с рельсовыми трассами существуют практически во всех странах, например в США их более 15: двухрельсовые, монорельсовые и различные их комбинации, различающиеся длиной, шириной рельсовой пары, рельсами и конструкцией самого трека, включая герметичную оболочку над рельсовой дорожкой для заполнения ее более легкой средой. Самый длинный трек США Holloman AFB, расположенный в New Mexico, длиной 15536 м. Располагают трековыми полигонами с различной длиной и своим особенным исполнением Англия, Франция, Германия, Канада, Италия, Япония, Индия, Китай, Корея, Турция и другие страны, включая Африканский континент. Высокоскоростные полигонные испытания в России проводятся на экспериментальной установке «Ракетный рельсовый трек 2500», размещенной на территории ФКП «ГкНИПАС имени Л. К. Сафронова». Экспериментальная установка состоит из рельсового пути, размещенного на специальном основании, обеспечивающем необходимый вертикальный профиль пути с участками подъема и прямолинейного горизонтального движения, а также технологический участок снижения для торможения подвижного технологического оборудования. Испытуемое изделие размещается на ракетной трековой каретке, движущейся по рельсам на опорах скольжения. Для придания ускорения трековой каретке используются ракетные двигатели твердого топлива, тяга которых выбирается на основе баллистических расчетов для достижения требуемой скорости испытания. Длина трека играет важную роль для достижения предельных скоростей разгона подвижного трекового снаряжения. Огромное аэродинамическое сопротивление, пропорциональное квадрату скорости движения каретки при испытаниях на высоких скоростях приводит к необходимости уменьшать мидель и массу подвижной установки. Увеличение тяги двигателей приводит к росту массы и стоимости трекового снаряжения, а также к необходимости увеличения запаса прочности опор скольжения. Однако прирост скорости испытаний можно достичь при замене воздушной среды газами, обладающими существенно меньшей плотностью, например гелием. Трековые испытания новых летательных аппаратов или их элементов хотя и дешевле летных испытаний, однако достаточно дороги. В этой связи работа по теоретической оценке замены среды из окружающего воздуха на гелий, а также на смеси гелия с воздухом при разной его концентрации в крытой галерее на трековой рельсовой дорожке является новой, актуальной и практически полезной задачей. В работе выполнено численное моделирование задачи сверхзвукового обтекания потоком смеси гелия с воздухом при различном их объемном соотношении. Получены численные значения аэродинамического сопротивления при скорости движения 44 SHAPE \* MERGEFORMAT каретки равной 830 м/с. Приведены результаты численных расчетов динамики движения 3D-модели монорельсового трекового снаряжения, которые планируются для использования при проведении натурных огневых экспериментов.
Бесплатно
Особенности задания функции демпфирования в конечно-элементных моделях космических аппаратов
Статья научная
Динамический анализ конструкций космических аппаратов занимает ключевое место в процессе их разработки. Так, например, изделия космической техники подвергаются воздействию различных нагрузок, в том числе динамических, от ракеты-носителя при выведении на орбиту. Определение параметров демпфирования является важной составляющей в анализе отклика конструкции на внешнее воздействие. В связи с этим важно знать демпфирующие свойства рассматриваемой конструкции. В статье приведены выкладки из источников, посвященных разработке космической техники и содержащих сведения о демпфировании в конструкциях. Целью работы является повышение точности расчетов с применением конечно-элементных моделей. В работе продемонстрированы результаты поиска способа (формы) задания функции демпфирования в среде Femap, который обеспечивал бы корректные уровни частотного отклика конструкции на прикладываемое воздействие. Расчётный эксперимент проводился на основе конечно-элементной модели консольной балки. Для анализа частотного отклика использовалась таблица частот, полученная на этапе модального анализа. Из приведенного спектра собственных частот для исследования была выбрана одна частота. Для неё впоследствии демпфирование задавалось несколькими способами, чтобы выявить тот, который позволил получить наиболее корректное значение отклика на рассматриваемой частоте.
Бесплатно
Статья научная
В процессе испытания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) прямое измерение тяги осуществляется с помощью силоизмерительных устройств (СИУ). Целью работы было на основе существующих данных из теории огневых испытаний и устройств испытательных стендов выделить особенности конструкций СИУ и предложить вариант по улучшению работы данной стендовой системы. В работе рассмотрены основные принципиальные силовые схемы СИУ на примере силоизмерительных систем действующих огневых испытательных стендов ЖРД, а также рассмотрены особенности работ по подготовке системы силоизмерения к испытанию. Рассмотрены типы отработанных в практике градуировочных систем, их достоинства и недостатки, составляющие погрешности градуировки. Предложен вариант модернизации СИУ, в частности, внедрение в градуировочную систему в качестве силозадающего элемента электромеханического привода на базе планетарного ролико-винтового механизма (ПРВМ). Приведена возможная общая концептуальная схема работы силового привода в составе градуировочной системы СИУ. Рассмотрены достоинства и недостатки, прогнозируемые эффекты внедрения. Более детальный анализ данного предложения может послужить поводом для модернизации конструкции того или иного конкретного действующего СИУ на огневом стенде испытания ЖРД или же явиться рабочим вариантом при проектировании нового СИУ.
Бесплатно
Особенности испытаний агрегатов с низкой частотой резонанса на механические воздействия
Статья научная
Рассматривается проблема квалификации агрегатов и узлов космических аппаратов на стойкость к механическим воздействиям. Для агрегатов, имеющих элементы с низкой собственной частотой, предлагается подход, дополняющий автономные испытания динамическим анализом с учетом способа их интеграции в конструкцию космического аппарата. Результат динамического анализа подтверждается испытанием агрегатов, в данном случае компенсатора объема в активной системе терморегулирования, в составе макета космического аппарата для динамических испытаний, а содержание программы автономных испытаний такого агрегата устанавливается на основании данного подхода.
Бесплатно
