Авиационная и ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
Разработка тепловой панели малого космического аппарата навигационного обеспечения
Статья научная
Для уточнения траектории движения космического аппарата по заданной орбите учитывается параметр немоделируемого ускорения. На сегодняшний день при проектировании и изготовлении космического аппарата для обеспечения требований технического задания к предельно допустимым значениям немоделируемых ускорений при работе бортовой аппаратуры, необходим учет воздействия несимметричных тепловых потоков с панелей космического аппарата на отклонение его центра масс от заданной орбиты. В данной статье рассмотрена проблема влияния ассиметричных тепловых потоков с поверхностей космического аппарата, исходящих с панелей ±Z, +У (детерминированной и недетерминированной составляющей) на величину уровня немоделируемых ускорений, что существенно влияет на траекторию движения космического аппарата. Для обеспечения требований к системе терморегулирования в части обеспечения эффективного отвода тепла от приборов бортовой аппаратуры и распределения его по поверхности панели установки приборов необходимо значительно улучшить технические характеристики процессов теплопередачи и теплопроводности в космическом аппарате. Проведен анализ действующей системы терморегулирования в современных спутниках и выявлены её недостатки. Предложен конструктивный вариант создания энергоемкой тепловой панели, которая позволяет эффективнее отводить тепло от приборов и распределять его по панели. Спроектированная тепловая панель представляет собой плоскую герметичную панель единой сложной конструкции из алюминиевого сплава, изготовленную методом аддитивных технологий. Размеры тепловой панели ограничены конструктивными размерами рабочей зоны 3D-принтеров. На сегодняшний момент основные размеры доходят до 600-800 мм. Увеличение рабочей площади в дальнейшем даст возможность монтажа крупногабаритной радиоэлектронной аппаратуры. Представлена двухмерная математическая модель для расчета процессов теплообмена в спроектированной тепловой панели. Для расчета вводятся удельные средние величины, характеризующие эффективные сечения для паровых каналов и фитиля в продольном и поперечном направлениях, физические параметры (пористость фитиля и степень его насыщенности жидкостью).
Бесплатно
Статья научная
Приведен алгоритм определения неисправностей систем летательных аппаратов с применением вероятностного метода распознавания.
Бесплатно
Статья научная
Предложена организация отработки на мини- и микро-КА бортовой системы управления, построенной на новых принципах, которые позволят легко реконфигурировать данную систему, значительно уменьшить размеры и массу системы управления, а в последующем применять удачные решения в проектировании больших космических аппаратов (КА), а также перейти на новый уровень в проектировании бортовых систем КА.
Бесплатно
Распределенная энерготепловая модель никель-водородной аккумуляторной батареи 40НВ-70
Статья научная
Рассмотрен способ построения динамической модели никель-водородной аккумуляторной батареи. Обсуждаются особенности моделирования, связанные с совместным использованием пакетов COMSOL Multiphysics и Simulink. Представлены результаты расчета типичного режима функционирования аккумуляторной батареи в составе космического аппарата.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены перспективы применения аэродинамического управления для поддержания формации наноспутников класса CubeSat. Целью данной работы является оценка границ применения активного аэродинамического контроля для стабилизации относительного движения двух аппаратов CubeSat 3U на солнечно-синхронной орбите высотой 570 км. Проведен обзор теоретических сведений об аэродинамических силах, действующих на искусственные спутники Земли, в рамках которого рассмотрены модели верхней атмосферы Земли. Рассмотрены аспекты построения дифференциальной силы лобового сопротивления для наноспутников в качестве исполнительного механизма активного управления. Для исследования орбитального движения спутников под действием аэродинамического управления с помощью программы General Mission Analysis Tool смоделирован групповой полет двух космических аппаратов с учетом факторов, вызывающих возмущения орбит. По результатам экспериментов изучена динамика межспутникового расстояния и сделан вывод о возможности применения аэродинамической дифференциальной силы для стабилизации относительного движения.
Бесплатно
Расчет гидродинамических параметров рабочей решетки центробежного насоса
Статья научная
С учетом конструктивных особенностей проточной части рабочей решетки центробежного насоса проанализировано обтекание профилей лопаток потока вязкой жидкости. Выполнен гидродинамический расчет параметров рабочей решетки.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены возможности обнаружения малоразмерных пожаров с геостационарной орбиты (ГСО) с использованием оптических систем, работающих в ИК-диапазоне. Согласно статистике 93 % всех лесных пожаров возникает в 10-километровой пригородной зоне, а значит, по вине местного населения. Сильные пожары от удара молнии случаются крайне редко, примерно в 2 % случаев, поскольку грозы, как правило, сопровождаются дождем. Поэтому представляется крайне важным осуществлять постоянное наблюдение именно южных районов края, где проживает подавляющее количество населения. С помощью специальной оптимизирующей программы CODE V был численно исследован оптический широкоугольный телескоп. Использование светосильной оптической системы f/1,5 позволило на ПЗС-матрице размером 8k×8k получить пространственное разрешение до 200 м на пиксель с ГСО. Оптическая система представляет собой систему прямого фокуса с трехлинзовым корректором в сходящемся пучке. Все поверхности линз и главное зеркало имеют асферические поверхности. Приведены конструктивные параметры и графики качества изображения. Существует возможность вести практически непрерывный мониторинг больших участков земной поверхности на предмет поиска пожаров малого размера - 1-2 га (если разместить рассчитанную оптическую систему на геостационарной орбите).
Бесплатно
Расчет пульсаций давления в отводе шнекоцентробежного насоса акустико-вихревым методом
Статья научная
Большое значение в настоящее время отводится исследованию проблемы повышения надёжности и ресурса жидкостных ракетных двигателей. В этой связи ключевой задачей является снижение гидродинамической вибрации шнекоцентробежных насосов, которая вызвана пульсациями давления в проточной части насоса. Вследствие шаговой неравномерности потока на выходе рабочего колеса возникают пульсации давления на частоте следования рабочих лопаток и её гармониках. Эти колебания вызывают динамические нагрузки на элементы корпуса насоса, вызывая его вибрацию, поэтому расчет амплитуд пульсаций давления в шнекоцентробежном насосе на ранней стадии проектирования является актуальной задачей. В определении пульсаций давления, генерируемых трехмерным вихревым течением в шнекоцентробежном насосе, необходимо принимать во внимание их двойственную природу. Неоднородное распределение параметров потока на выходе центробежного колеса генерирует акустические возмущения, которые распространяются со скоростью звука в рабочей жидкости. Одновременно присутствуют вихревые возмущения, которые конвектируются основным течением. Вихревые колебания параметров основного течения называют «псевдозвуком» или вихревой модой. Амплитуда колебаний вихревой моды может быть определена расчетом нестационарного потока с использованием модели несжимаемой жидкости. Однако эта модель неприменима для акустических колебаний, распространяющихся в напорной магистрали. Рассматривается трехмерный акустико-вихревой метод расчёта пульсаций давления, который обеспечивает возможность определения амплитуды акустической моды. Приведен вывод акустико-вихревых уравнений и пример расчёта амплитуды пульсаций давления на выходе шнекоцентробежного насоса жидкостного ракетного двигателя. Показано, что амплитуда пульсаций давления на первой гармонике частоты следования рабочих лопаток изменяется в зависимости от расхода через насос. Применение в расчете граничного условия в форме акустического импеданса для длинной трубы приводит к занижению амплитуды по сравнению с известными экспериментальными величинами.
Бесплатно
Расчет характеристик теплообмена оребренной стенки
Статья научная
Надежность и ресурс радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов повышается при обеспечении оптимального температурного режима. Системы терморегулирования поддерживают заданный температурный режим и отвод теплоты от бортовой аппаратуры в окружающее пространство. Ребристые теплообменники являются важным элементом конструкции систем терморегулирования, позволяющим интенсифицировать процесс теплопередачи. Расчет характеристик ребристых теплообменников необходимо проводить с учетом их параметров и физических свойств теплоносителя. В качестве теплоносителя рассмотрена органическая жидкость ЛЗ-ТК-2, имеющая очень низкую температуру замерзания и другие полезные эксплуатационные характеристики. В работе с помощью критериальных уравнений рассчитаны зависимости локального коэффициента теплоотдачи теплоносителя ЛЗ-ТК-2 от температуры стенки. На основе численного решения двумерной задачи теплопроводности определены температурные поля в оребренных стенках различной конфигурации. Проведены расчеты коэффициента теплопередачи оребренной стенки теплообменника в двух модельных приближениях, определена погрешность применения упрощенного приближения, не учитывающего температурную зависимость локального коэффициента теплоотдачи. (Русскоязычная версия представлена по адресу https://vestnik.sibsau.ru/articles/?id=677)
Бесплатно
Расчет энергетических параметров высокооборотного насосного агрегата
Статья научная
Широкий спектр применения центробежных насосов в составе энергетических установок летательных аппаратов (ЛА) обуславливает высокий уровень требований, предъявляемых к их энергетическим параметрам. Оптимизация последних, в свою очередь, во многом зависит от более точных расчетов составляющих конструктивных элементов и вклада различного вида гидравлических потерь в проточной части насосного агрегата.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена упрощенная модель проникания плазменных образований, формируемых при работе стационарных плазменных двигателей, в негерметичные отсеки космического аппарата. Данная модель позволяет учесть процессы переноса ионов от двигателя к вентиляционному отверстию, проникание плазмы в отсек полезной нагрузки и движение плазмы внутри отсека к блокам бортовой аппаратуры. Представлены результаты экспериментов, подтверждающих адекватность предложенной модели.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено распространение ударных воздействий по конструкции космического аппарата, проведены расчеты этих воздействий методом конечно-элементного моделирования.
Бесплатно
Расчёт параметров и характеристик вращающегося лунного реактивного пенетратора
Статья научная
Целью работы является определение параметров внутренней баллистики реактивного двигателя твёрдого топлива, установленного на реактивном пенетраторе, входящем в грунт с высокой скоростью вращения вокруг собственной оси. Методы исследования: для определения величины давления в камере вращающегося двигателя обычно используют известные уравнения баланса прихода и расхода газа, что и в случае невращающегося реактивного двигателя твёрдого топлива. Отличие внутренней баллистики вращающегося реактивного двигателя твердого топлива состоит в том, что влияние вращения на рабочий процесс учитывается коэффициентом расхода газов из камеры вращающегося двигателя, изменением скорости эрозионного горения твёрдого топлива при вращении реактивного двигателя твёрдого топлива, коэффициентом тепловых потерь.
Бесплатно
Статья научная
Зеркальные антенные системы (АС) с раскрываемыми рефлекторами являются важной частью телекоммуникационных космических аппаратов (КА), обеспечивая прием и передачу информации в заданной зоне [1-4]. Конструкция рефлектора должна обеспечивать жесткость, заданный уровень радиотехнических характеристик (РТХ) и погрешность наведения оси диаграммы направленности (ДН) АС. Подтверждение соответствия характеристик проводится в рамках наземной экспериментальной отработки (НЭО), одним из этапов которой являются испытания на воздействие термоупругих деформаций - одной из категорий ошибки погрешности наведения ДН. Проблема проведения данного вида испытаний заключается в следующих аспектах, приводящих к отсутствию гарантированного достижения критериев положительной оценки результатов: - значительная разность теплофизического поведения наполнителя и матрицы углепластикового композиционного материала (УКМ) и его резко выраженная анизотропность приводят к увеличению разброса напряженно-деформируемых состояний слоев и возникновению внутренних напряжений, вносящих неопределенность в поведение конструкции в условиях тепловых воздействий; - реализация в процессе испытаний карты тепловых полей на габаритном объекте практически невозможна в связи с большой неравномерностью температур в объеме термокамеры, при этом измерения деформированной поверхности рефлектора выполнимы в весьма ограниченном объеме, недостаточном для обеспечения заданной достоверности изменения геометрических параметров; - продолжительность испытаний составляет около 50 дней со значительными затратами в части эксплуатации камеры с огромным энергопотреблением и расходом рабочего тела (жидкого азота) и изготовления дорогостоящего оборудования для создания тепловых режимов. Эффективным методом решения проблем проведения термодеформационных испытаний является применение перспективной технологии «цифрового двойника», целью которой является замена реального объекта испытаний программным аналогом, верифицированным в части соответствия характеристик свойствам физического объекта. В статье приведена блок-схема технологии, представлены критерии сходимости и методика корреляции прогнозных и измеренных случаев термодеформаций. Приведены результаты оценки влияния деформированных состояний рефлектора на РТХ АС, которые подтвердили их соответствие заданным требованиям и успешно квалифицировали применение «цифрового двойника» при реальных испытаниях. Успешная апробация технологии «цифрового двойника» проведена в 2019 г. в АО «РЕШЕТНЁВ» при испытаниях рефлектора АС с контурной ДН телекоммуникационного КА «Экспресс-АМУ7», принятого в штатную эксплуатацию в 2021 г. Впервые в российской космической отрасли успешно квалифицированы испытания с применением технологии «цифрового двойника» отечественного рефлектора высокочастотной космической АС с параметрами на уровне импортных аналогов. Квалификация технологии обеспечит конкуренцию отечественных высокотехнологичных разработок и позволит решить задачи импортозамещения и повышения доли российской составляющей на мировом рынке космической телекоммуникации.
Бесплатно
Регулирование энергетических характеристик топлив на основе нитрата аммония
Статья научная
Проведен термодинамический анализ энергетических возможностей смесевых твердых топлив. Особое внимание уделено поиску путей повышения баллистической эффективности твердого топлива на основе нитрата аммония и установлению реальных пределов, которые может обеспечить химия высокоэнергетических компонентов. Экспериментально показано влияние каталитических добавок на способность к самостоятельному горению топлива на основе нитрата аммония при атмосферном давлении и возможность увеличения скорости горения топлива.
Бесплатно
Режимы работы двухобъемного пневмоамортизатора с повышенным демпфированием
Статья научная
Проведен анализ процессов, обуславливающих диссипацию энергии в двухобъемных пневмоамортизаторах полуактивного типа. Показано, что путем управления процессами перетекания газа между объемами двухкамерного ПА можно существенно улучшить его демпфирующие свойства по сравнению с пассивными ПА. Приведены предельные значения коэффициента поглощения энергии колебаний (до 0,75...0,85) при различных режимах коммутации электроклапана пневмоамортизатора.
Бесплатно
Результаты мониторинга радиационной обстановки на средней круговой орбите
Статья научная
В данной статье описаны методы и средства измерений ионизирующего излучения космического пространства (ИИКП), проводимых с помощью экспериментального комплекса контроля дозы (ЭККД), расположенного на экспериментальном космическом аппарате (ЭКА) «Скиф-Д», который был выведен на орбиту Н=8070 км и наклонением 90°. Произведен сравнительный анализ результатов расчётов и экспериментальных данных, полученных в ходе летной эксплуатации за один год исследования. Следует отметить, что данная орбита для российских производителей КА с точки зрения воздействия факторов космического пространства (ФКП) является малоизученной. Основная идея измерений ЭККД заключается в создании различных условий массовой защиты для каждого из девяти модулей регистрации интегральной накопленной дозы (МРИНД). При освоении нового типа орбиты для эксплуатации КА, актуальной является задача обеспечения стойкости бортовой аппаратуры и КА в целом к воздействию факторов ионизирующего излучения космического пространства, характерных на данной орбите. Для этого необходимо экспериментальное подтверждение или уточнение на базе полученных натурных данных расчётной радиационной модели воздействия. Основной задачей, которая решается в статье, является проведение мониторинга уровней интегральной накопленной дозы за различными массовыми защитами при воздействии ионизирующего излучения космического пространства на орбите с H=8070 км и сравнение результатов экспериментальных данных с расчётными оценками, проведенными по ОСТ134-1044-2007 изм. 1 (2017 г.). Практическая значимость заключается в том, что экспериментальные результаты подтвердили расчётную модель. Получено экспериментальное подтверждение больших радиационных нагрузок в диапазоне типовых защит для ЭКБ 0,5-3 г/см², круговой орбиты с H=8070 км по сравнению с орбитами ГСО и H=1500 км. Модернизированные датчики МРИНД получили летную квалификацию и подтвердили свою эффективность в части выполнения задач мониторинга факторов ионизирующего излучения космического пространства.
Бесплатно
Статья научная
С целью повышения надежности и качества вновь создаваемых систем ориентации и стабилизации космических аппаратов требуется проведение их всесторонней наземной экспериментальной отработки как в процессе проектирования, так и в процессе производства. При этом эффективность наземной экспериментальной отработки системы ориентации напрямую зависит от точности воссоздания среды её функционирования, что, в свою очередь, требует высокой точности воспроизведения внешних воздействий на чувствительные элементы отрабатываемой системы. Рассматривается вопрос обеспечения точности задания входных воздействий на чувствительные элементы системы ориентации и стабилизации при проведении динамических испытаний на комплексе моделирующих стендов с применением трехосного имитатора движения, построенного на базе трехстепенного карданова подвеса. Приведена процедура расчета и алгоритм формирования управляющих воздействий на трехосный имитатор движения при имитации вектора абсолютной угловой скорости на измерительные каналы прибора, предназначенного для измерения угловой скорости корпуса космического аппарата. Приведены основные преимущества имитатора движения, обусловленные его специфическим конструктивным исполнением. Представлены основные кинематические соотношения и методика выставки трехосного имитатора движения относительно меридиана, позволяющая учитывать влияние угловой скорости вращения Земли на чувствительные оси прибора в процессе формирования управляющего воздействия на имитатор движения, тем самым повышая точность имитации воспроизводимой величины. Решена актуальная задача, которая, с одной стороны, позволяет повысить качество процесса измерения выходных характеристик прибора, а с другой - повысить эффективность наземной экспериментальной отработки системы ориентации и стабилизации. Методом математического моделирования проведена оценка влияния погрешности, вносимой трехосным имитатором движения в процесс измерения динамических характеристик системы ориентации и стабилизации в режиме успокоения. Показано, что расчетные кинематические соотношения и разработанные алгоритмы управления с достаточной точностью воспроизводят имитацию углового движения КА. Погрешность воспроизведения скорости углового вращения в установившемся режиме не превышает 0,1 ′/с.
Бесплатно
Решение задачи моделирования систем технического обслуживания летательных аппаратов
Статья научная
Представлено краткое описание марковской модели нерезервированных агрегатов и систем летательных аппаратов с регламентным техническим обслуживанием, рассмотрены особенности ее численного решения.
Бесплатно
Статья научная
Предложена методика оказания помощи экипажу воздушного судна при выходе из аварийной ситуации в полете с использованием вероятностного метода.
Бесплатно
