Авиационная и ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
Оценка эффективности оптимизации экспериментальной отработки космических аппаратов навигации и связи
Статья научная
Предложен метод оценки эффективности оптимизации отработочных и производственных испытаний космических аппаратов навигации и связи, необходимых для обеспечения их работоспособности, надежности и длительного ресурса при снижении затрат на средства и времени на экспериментальную отработку и контроль штатных изделий.
Бесплатно
Оценка эффективности профиля аксиальных тепловых труб малых космических аппаратов
Статья научная
Предложена методика выбора наилучших конструктивных параметров и показателей эффективности компонентов системы терморегулирования малых космических аппаратов в условиях производственных и финансовых ограничений. На основании анализа статистического материала по профилям аксиальных тепловых труб предлагается методика определения геометрических параметров профиля эффективной тепловой трубы для любых условий эксплуатации.
Бесплатно
Статья научная
Представлен подход к решению задачи проектирования космического аппарата для очистки орбиты от космического мусора (космического сборщика мусора - КСМ), корпус которого выполнен в виде цилиндрической сетчатой анизогридной оболочки. Задачей проектирования является выбор оптимальных параметров анизогридного корпуса КСМ (форма и площадь сечения ребер, количество кольцевых и спиральных ребер, характеристика материала и др.), обеспечивающих необходимую прочность и устойчивость конструкции при минимальной массе. В процессе проектирования проведен параметрический анализ анизогридного корпуса космического сборщика мусора. Варьируя количество и угол наклона однонаправленных спиральных ребер, найдена оптимальная конструктивная схема, отвечающая заданным коэффициентам запаса прочности и устойчивости. Параметрический анализ корпуса КСМ включает в себя моделирование основных весовых и прочностных параметров: определение напряженно-деформированного состояния конструкции, значений собственных частот корпуса, определение запаса потери устойчивости от продольной силы, определение массы корпуса. Анализ несущей способности анизогридного корпуса космического сборщика мусора проводился с помощью метода конечных элементов с использованием программного пакета MSC Nastran. Конечно-элементная модель сетчатой оболочки была создана из двухузловых пространственных BEAM конечных элементов. Диск, прикрепленный к торцевой части оболочки, моделировался с помощью RIGID конечного элемента. Размер балочного конечного элемента для всех моделей оболочек был одинаковым и равным 10 мм. При проведении параметрического анализа были рассмотрены три варианта сетчатой композитной структуры с различным количеством и углом наклона однонаправленных спиральных ребер. По результатам параметрического анализа корпуса КСМ были определены его геометрические размеры и минимизирована масса конструкции космического аппарата в целом.
Бесплатно
Параметрический анализ прочности сопла ракетного двигателя на твердом топливе
Статья научная
В работе представлен подход к решению задачи проектирования сопла ракетного двигателя на твёрдом топливе (РДТТ) с использованием конструктивной особенности в виде вставной пластины из углепластика. Задачей проектирования является выбор оптимальных параметров формы и толщины пластины, обеспечивающей требуемую несущую способность при минимальной массе. В процессе проектирования проведен параметрический анализ сопла РДТТ со вставной пластиной из углепластика. Варьируя толщиной пластины, подобрана оптимальная конструктивная схема, отвечающая заданным коэффициентам запаса прочности и устойчивости. Параметрический анализ вставной пластины из композиционного материала включает в себя моделирование её основных весовых и прочностных параметров: анализ напряженно-деформированного состояния конструкции, значений собственных частот, определение запаса потери устойчивости, определение массы сопла РДТТ. Анализ несущей способности сопла РДТТ со вставной пластиной из композиционного материала проводился с помощью метода конечных элементов с использованием программного пакета SolidWorks Simulation. При проведении параметрического анализа были рассмотрены два варианта сопла двигателя РДТТ: со вставной пластиной и без неё. По результатам параметрического анализа сопла РДТТ были определены его геометрические размеры и минимизирована масса конструкции.
Бесплатно
Параметры камер ракетных двигателей, полученных методом выборочного лазерного сплавления
Статья научная
При проектировании и отработке ракетного двигателя малой тяги (РДМТ) одной из важнейших задач является обеспечение качества материалов, что, в свою очередь, влияет на надежность изделия. В настоящее время активно развиваются аддитивные технологии изготовления деталей из металлов. Это направление актуально для изделий ракетно-космической техники с целью уменьшение массы и повышения надежности изделий. В статье представлены результаты исследований химического состава и механических характеристик материала камеры-демонстратора ракетного двигателя малой тяги, изготовленной методом выборочного лазерного сплавления из металлического порошка. Исследовались свойства изделий из порошка металла марки Инконель 718. Были изготовлены образцы, у которых исследовались химические, механические и структурные характеристики материала. По результатам испытаний напечатаны два образца РДМТ. Камеры РДМТ испытывались на вибронагрузки, прочность и герметичность. Была отмечена повышенная пористость и шероховатость исследуемого материала камеры двигателя. При анализе ряда параметров технологии выборочного лазерного сплавления, проведен экспериментальный подбор параметров печати и выявлены наиболее значимые факторы, влияющие на качество печати (шероховатость и пористость поверхности). По результатам проведенных работ выделены четыре группы управляемых параметров печати, влияющих на свойства получаемого материала. Также в работе приведены рекомендации по режимам и характеристикам печати для получения наиболее качественных деталей.
Бесплатно
Паровые турбины на низкокипящем рабочем теле
Статья научная
Освещается система парогенераторной установки с органическим рабочим телом. Рассматривается алгоритм расчета паровых турбин на низкокипящих рабочих телах с учетом изменения показателя адиабаты в зависимости от давления и температуры в зоне перегретого пара.
Бесплатно
Статья научная
Рассчитано несколько новых перспективных оптических телескопов длязагородной астрономической обсерватории СибГАУ для наблюдений переменных звезд, астероидов и комет, а также геостационарных объектов и космического мусора, которые проводятся в университете.
Бесплатно
Перспективные унифицированные платформы малого класса
Статья научная
Рассмотрены результаты разработки перспективных платформ малого класса, а также малые космические аппараты (МКА), создаваемые на их базе. Целью работы является создание серии унифицированных платформ, в полной мере отвечающих мировым тенденциям развития космической техники и современным техническим требованиям. Унифицированные платформы предназначены для дальнейшей установки и адаптации на них полезной нагрузки и обеспечения её всеми условиями для штатного функционирования и выполнения поставленных перед МКА задач. Проектирование МКА на базе перспективных унифицированных платформ, обладающих определённой степенью универсальности, в состав которых входит неизменная базовая конструкция и отработанная аппаратура бортовых обеспечивающих систем, ведет к сокращению времени разработки и снижению стоимости изготовления и запуска МКА. Серия базовых унифицированных платформ разрабатывается АО «ИСС» совместно с ООО «НПЦ «МКА» и включает в себя три унифицированные платформы: НТ-50, НТ-100 и НТ-400. Каждая из платформ семейства НТ отличается высокими техническими характеристиками и новыми конструктивно-компоновочными решениями. Серия перспективных негерметичных платформ предназначена для создания на их базе новейших МКА различного целевого назначения, таких как МКА связи, ДЗЗ, научно-экспериментальные и технологические МКА. Бортовые системы платформ построены на приборах и оборудовании, произведенных в Российской Федерации. МКА на базе платформ семейства НТ смогут выводиться на низкую круговую орбиту функционирования как одиночным запуском (в том числе и попутным), так и групповым запуском в составе блока из нескольких МКА.
Бесплатно
Статья научная
Изменение низковольтного уровня напряжения выходной шины питания нагрузки (27-28 В) в системе электропитания (СЭП) космического аппарата (КА) на высоковольтный (100 В) позволило существенно уменьшить массу КА в связи со снижением массы кабелей и энергопреобразующей аппаратуры (ЭПА). Однако возник ряд проблем, связанных со сложностью согласования возросших уровней напряжений источников энергии и нагрузки с учетом обеспечения необходимого уровня надежности СЭП. Поэтому выбор структуры СЭП и способов схемотехнической реализации ЭПА является актуальной и первоочередной задачей, стоящей перед разработчиками. На сегодняшний день в области разработки и создания высоковольтных СЭП КА перспективным направлением считается их проектирование на основе объединённых модулей ЭПА, в частности, на основе модулей зарядно-разрядных устройств (ЗРУ) аккумуляторных батарей (АБ). В статье проведен расчет и сопоставительный анализ структур СЭП КА с подключением модуля ЗРУ к шине солнечной батареи (БС) и выходной шине питания нагрузки. В ходе анализа полученных результатов установлено, что оба варианта реализации СЭП могут быть оптимальны в зависимости от заданной циклограммы нагрузки КА и предъявляемых к СЭП требованиям по удельным энергетическим, габаритно-массовым и иным характеристикам. Окончательный выбор структуры СЭП должен проводиться при условии учета удельной мощности ЭПА и последующего расчета габаритно-массовых характеристик альтернативных вариантов СЭП. Проведено имитационное моделирование двух вариантов реализации модуля ЗРУ АБ: двухтактного преобразователя c одним дросселем и преобразователя Вейнберга с магнитосвязанным дросселем и дополнительным силовым диодом. Установлено, что оба исследованных варианта могут быть использованы при разработке и создании модуля ЗРУ высоковольтной СЭП КА. Однако проектирование ЗРУ на основе преобразователя Вейнберга позволяет значительно уменьшить номиналы используемых дросселей и выходных конденсаторов при условии обеспечения требуемых уровней пульсаций выходных напряжений.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время в системах ориентации и стабилизации космических аппаратов широко применяются электромеханические исполнительные органы (ЭМИО). Электромеханический исполнительный орган обладает высокой точностью ориентации и не требует для своего функционирования рабочего тела. Рассмотрены современные электромеханические исполнительные органы систем ориентации космических аппаратов отечественного и зарубежного производства и приведены их основные характеристики. По итогам обзора выявлено, что электромеханические исполнительные органы как отечественного, так и зарубежного производства выполнены примерно по одной схеме, а именно, на основе двигателей-маховиков на шарикоподшипниковых опорах, и их технические и ресурсные характеристики сопоставимы. В настоящее время в космической отрасли наблюдаются две четко выраженные тенденции: тенденция к повышению массогабаритных характеристик космических аппаратов, вызванная увеличением объема целевой аппаратуры, и тенденция роста срока активного существования космических аппаратов. Повышение массогабаритных характеристик космического аппарата (КА) приводит к тому, что возникает необходимость увеличения управляющего момента электромеханического исполнительного органа. Управляющий момент может быть повышен путем увеличения массы или габаритов электромеханического исполнительного органа или путем повышения скорости вращения двигателя-маховика, входящего в его состав. Исходя из специфики космической техники, а именно, из-за ограничения её массогабаритных характеристик, наиболее целесообразным способом повышения управляющего момента ЭМИО является повышение скорости вращения его двигателя-маховика. Срок активного существования (САС) космического аппарата может быть увеличен за счет увеличения срока функционирования комплектующих изделий и узлов космического аппарата, в том числе и электромеханического исполнительного органа, и за счет резервирования наиболее критичных узлов КА. Предпочтительным при этом является повышение САС за счет увеличения срока активного существования комплектующих КА. Проведен краткий анализ возможных причин выхода из строя существующих электромеханических исполнительных органов при эксплуатации при повышении скорости вращения двигателя-маховика и определена наиболее вероятная причина выхода из строя - разрушение шарикоподшипниковой опоры электромеханического исполнительного органа из-за перегрузок, действующих на неё. Рассмотрены вопросы надежности и долговечности шарикоподшипниковой опоры, проблемы определения указанных характеристик шарикоподшипника. Рассмотрен возможный способ модификации данной опоры. Определены основные факторы, ограничивающие применение шарикоподшипниковой опоры в электромеханических исполнительных органах. Приведена классификация существующих опор электромеханических исполнительных органов и способов бесконтактной подвески тел, применяемых в современной технике. Проведен сравнительный анализ газовых и магнитных опор. Рассмотрены преимущества и недостатки газовых опор. Рассмотрены магнитные опоры различных типов, проведен их сравнительный анализ, определена практическая возможность их применения с удовлетворительными массогабаритными характеристиками. Поставлена задача создания пассивной магнитной опоры на основе высококоэрцитивных постоянных магнитов.
Бесплатно
Перспективы применения комбинированного накопителя электроэнергии космического применения
Статья научная
Комбинированные системы накопления электроэнергии находят широкое применение в составе возобновляемых источников в промышленности, транспортной инфраструктуре, космической технике и других отраслях. Обусловлена подобная тенденция их более высокой надежностью и эффективностью, нежели чем у блоков питания из однотипных элементов, что, в частности, можно наблюдать на примере устройств космического назначения, где к элементам питания предъявляются повышенные требования к диапазону рабочих температур, а также к входным и выходным характеристикам. В статье описывается разработка структуры портативного комбинированного накопителя электроэнергии на основе блока суперконденсаторов и аккумуляторов с системой контроля заряда и разряда, с масштабируемым (в зависимости от применяемых комплектующих) спектром входных характеристик и широким диапазоном рабочих температур. Представлена математическая модель комбинированного накопителя, разработанная в среде Simulink, позволяющая оценивать возможности работы предлагаемой структуры, анализируя различные режимы работы схемы. Подобное устройство может применяться в условиях крайне низких зарядных токов. Например, в случае затенения или неоптимальной пространственной ориентации солнечных панелей, литий-ионные аккумуляторы большой емкости не могут корректно заряжаться. Также к преимуществам комбинированных структур накопления электроэнергии можно отнести работоспособность в широком диапазоне температур, обеспеченную способностью суперконденсаторов сохранять заряд даже при низких температурах. В статье проиллюстрирован облик печатного узла в виде 3D-модели, полученной при проектировании схемы устройства в САПР Altium Designer 17, прилагаются результаты исследований и тестирования на работоспособность физически реализованного комбинированного накопителя электроэнергии, подтверждающие его рабочие характеристики на примере одного из составных модулей прототипа спутниковой платформы CubeSat, приводятся рекомендации по возможному применению подобных устройств и освещаются перспективы применения комбинированных накопителей в исполнительных элементах крупногабаритных трансформируемых конструкций.
Бесплатно
Перспективы развития зарядно-разрядных устройств систем электропитания космических аппаратов
Статья научная
Система электропитания (СЭП) предназначена для обеспечения бесперебойного автономного электроснабжения бортовой аппаратуры во всех режимах и на всех этапах в течение срока активного существования космического аппарата (КА). Масса СЭП составляет существенную долю массы КА и улучшение удельных энергетических характеристик СЭП приводит к возникновению синергетического эффекта, когда одновременно увеличиваются доступные для полезной нагрузки ресурсы массы и энергопотребления, что повышает эффективность КА в целом. В статье рассмотрена эволюция структурных и схемотехнических решений СЭП КА, её энергопреобразующей аппаратуры и влияние этих изменений на энергомассовые характеристики СЭП. Показано, что значительное влияние на энергомассовые характеристики СЭП оказывают структурные и схемотехнические решения зарядных и разрядных устройств энергопреобразующей аппаратуры и выбор величины напряжения аккумуляторной батареи (АБ). Развитие элементной базы, создание программируемых цифровых устройств, способных функционировать в условиях воздействия факторов космического пространства, и появление современных схемотехнических и управленческих решений для импульсных преобразователей в последнее десятилетие, открывают новые возможности по совершенствованию СЭП КА. В статье в качестве зарядно-разрядного устройства СЭП рассмотрен импульсный преобразователь напряжения (ИПН) с новой стратегией модуляции, обладающий способностью к реверсу потока энергии и возможностью работы в понижающе-повышающем режиме с высоким КПД. Его применение в качестве единого зарядно-разрядного устройства (ЗРУ) позволяет обеспечить значительное улучшение характеристик ЗРУ и СЭП в целом, таких, как КПД, энергомассовые, надёжностные и ряда других. Способность ИПН к реверсу потока энергии и возможность работы в понижающеповышающем режиме открывает возможность отказаться от применения АБ с напряжением, ниже напряжения на основном выходе СЭП, и перейти на использование АБ со средним разрядным с напряжением, близким к напряжению на основном выходе СЭП. Такое структурное и схемотехническое решение ЗРУ и АБ позволит поднять КПД ЗРУ до 99 % и дополнительно улучшить энергомассовые характеристики СЭП.
Бесплатно
Статья научная
Для двигателей S10 тягой 10 Н и S400 тягой 420 Н, разработанных в EADS Astrium, построены матрицы планирования для построения регрессионных моделей удельного импульса тяги. Результаты экспериментов обработаны с помощью специально разработанного программного обеспечения по приведенной методике обработки. Построены адекватные регрессионные модели удельного импульса тяги для данных двигателей. Проведен анализ построенных регрессионных моделей в графическом виде. Сделан вывод о влиянии горючего на регрессионные модели с увеличением тяги двигателя. Разработано и апробировано специальное программное обеспечение для планирования эксперимента и статистической обработки результатов.
Бесплатно
Планирование системы технического обслуживания
Статья научная
Рассматривается определение параметров системы технического обслуживания в зависимости от вида и назначения объекта, основной принцип назначения сроков технического обслуживания, решение задач оптимизации системы технического обслуживания по графу состояний технического объекта, использование экономико-математических критериев для определения продолжительности работы объекта между отказами.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено конструктивное исполнение и логика раскрытия крупногабаритной трансформируемой антенны. Выявлена необходимость компенсации весовой составляющей при сборке и испытаниях конструкции. Учитывая логику движения элементов силовой спицы, сделан вывод о применении следящей системы для компенсации весовой составляющей. Проведен анализ имеющегося оборудования и систем управления. Выбран производитель автоматизированного оборудования, удовлетворяющего поставленным задачам управления и контроля. Сделан вывод о проектировании системы компенсации весовой составляющей на основе сервоприводов, контроллеров и сенсоров, объединенных платформой автоматизации, управляемой специальным программным обеспечением. Разработана структура платформы автоматизации, соответствующая принятому технологическому процессу проведения испытаний. Определены принципы взаимодействия подсистем системы компенсации весовой составляющей для приёма, обработки и контроля параметров процесса испытаний. Сделан вывод о том, что предложенная система может быть интегрирована в перспективную систему автоматизации и управления технологическим процессом проведения испытаний раскрытия крупногабаритных антенн космических аппаратов.
Бесплатно
Пневматический упругий элемент дифференциального типа
Статья научная
Предлагается устройство демпфирования колебаний объектов с улучшенными параметрами демпфирования. Для исследования демпфирования колебаний предложенного устройства построена и исследована модель, описывающая термогазодинамические процессы в объемах пневматического упругого элемента при различных режимах работы и динамику амортизируемого объекта, которая позволяет провести анализ и выявить основные закономерности и особенности в работе пневматического упругого элемента, получить его упругодемпфи-рующую характеристику.
Бесплатно
Повышение долговечности приборов космических аппаратов
Статья научная
Требования к долговечности бортовых приборов определяются особенностями их работы в составе мощных телекоммуникационных космических аппаратов (КА). Срок активного существования космических аппаратов - до 15 лет, мощность - до 15 кВт, десятки транспондеров в С-, Ku-, Ka- и L-диапазонах частот приводят к необходимости разработки и наземной экспериментальной отработки (НЭО) большого количества теплонагруженных приборов КА. Для сужения температурного диапазона работы бортовых приборов очень важно принять правильную концепцию проектного облика системы терморегулирования (СТР) КА. Приведен пример основных положений концепции СТР теплонагруженного КА. Для повышения долговечности бортовых приборов КА необходимо обеспечить качественную кондуктивную связь приборов с приборными панелями или обшивками приборных панелей КА, на которые они установлены. Тепловые анализы для бортовых приборов необходимо выполнять при различных режимах работы оборудования, например, методом конечных элементов, реализованном в приложении COSMOS для программы SolidWorks. Для обеспечения длительного срока работы электрорадиоизделий бортовых приборов теплонагруженных КА необходимо обеспечить коэффициент токовой нагрузки 30…50 %. Рассмотрены «горячий» и «холодный» расчетные случаи температуры посадочных мест бортовых приборов, при этом температура электрорадиоизделий составила от -10 до +40 °С. Надежность напрямую связана с долговечностью бортовых приборов, которая, в свою очередь, зависит от протекающих в конструкциях термопрочностных процессов. Дан анализ теоретических исследований. Результаты теоретических исследований термопрочностных процессов бортовых приборов подтверждены результатами НЭО и положительными результатами эксплуатации мощных телекоммуникационных космических аппаратов «Экспресс-АМ5» и «Экспресс-АМ6». Приведены результаты прецизионных измерений в термовакуумных условиях типичной платы бортового прибора разработки и производства АО «ИСС» в диапазоне температур от -100 до +100 °С.
Бесплатно
Статья научная
На сегодняшний день проблемы, связанные с безопасностью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), стоят достаточно остро. Как правило, когда речь идет о коммерческих малогабаритных БПЛА, то для управления ими используются беспроводные каналы связи. Чаще всего организация связи реализуется на частоте 2,4 ГГц с применением протокола Wi-Fi. Такой БПЛА достаточно легко обнаружить, проанализировав радиочастотный диапазон или канальный уровень передачи данных, при этом не нужно обладать специализированным оборудованием и использовать открытое программное обеспечение. Обнаруженный БПЛА становится целью для проведения атак. Если известно, что БПЛА работает как беспроводная точка доступа, то все атаки, характерные для Wi-Fi, становятся актуальными для БПЛА. В данном исследовании предлагается для повышения устойчивости БПЛА к атакам в качестве первой линии защиты использовать технологию создания ложных информационных полей. Данная технология позволит скрыть легитимный БПЛА за множеством поддельных. Целью является создание поддельных точек доступа с характеристиками реальных и эмуляция передачи данных по каналам, на которых данные точки доступа развернуты. Кроме возможности скрыть легитимный БПЛА, данная технология позволяет вводить противника в заблуждение и заставлять думать, что на него надвигается ни один БПЛА, а группа. При попытке атаки ложных целей, противник себя скомпрометирует и может быть обнаружен. Таким образом, можно использовать БПЛА как приманку. В результате экспериментального исследования были выявлены каналы, на которых создание поддельных точек доступа наиболее эффективно. Используя небольшие вычислительные мощности и необходимую антенну, можно добиться высоких результатов. В данной статье продемонстрирована эффективность создания девяти поддельных точек доступа. Также проведено сравнение с реальным трафиком беспроводной сети. Можно сказать, что эмулированная активность является достаточно приближенной к реальной.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены особенности насосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) при подаче жидко- го водорода. На основе визуальных исследований и измерений параметров потока в проточной части полуоткры- того рабочего колеса насоса малой быстроходности изложены преимущества для подачи жидкого водорода.
Бесплатно
Повышение надежности СВЧ-каналов модулей активной фазированной антенной решетки
Статья научная
В настоящее время в мире ведутся активные работы по исследованию структуры приёмопередающего мо- дуля активной фазированной антенной решетки (АФАР), а также его составных элементов. Увеличение мощ- ностей АФАР при общей тенденции уменьшения массогабаритных характеристик требует внедрения новых конструктивно-технологических решений, направленных на стабильную работу устройств. От выбора схемы многоканального модуля и АФАР в целом существенно зависят их показатели надежно- сти, следовательно, и эксплуатационные расходы, которые возможно оптимизировать на этапе проектиро- вания и тем самым минимизировать стоимость эксплуатации всей системы. Рассмотрено влияние схемных решений модулей и надежности их функциональных узлов на надежностные характеристики АФАР. Показано, что надежностные характеристики АФАР тем хуже, чем больше СВЧ-каналов в модуле, из чего следует, что очевидным путем улучшения надежностных характеристик АФАР является переход к одноканальным модулям. Приводятся расчетные величины среднего времени нара- ботки на отказ АФАР при различных сценариях отказов элементов, входящих в модули.
Бесплатно
