Авиационная и ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
Синтез системы управления ориентацией космического аппарата на высокоэллиптической орбите
Статья научная
Рассмотрены актуальные вопросы исследования системы управления ориентацией космического аппарата (КА) с учетом того, что антенный блок КА специального назначения имеет большие габаритные размеры. По результатам синтеза системы управления ориентацией КА на высокоэллиптической орбите принято решение устанавливать антенны на корпусе неподвижно, а панели батареи солнечной (БС) должны быть подвижны относительно корпуса КА. Предложено применять электромеханические исполнительные органы (ЭМИО) не имеющие скрытого кинетического момента, а в качестве исполнительных органов, создающих внешние моменты, использовать реактивные двигатели. Для разворота панелей БС относительно корпуса КА необходимо использовать два привода БС, разгрузку ЭМИО необходимо осуществлять с помощью электромагнитных устройств (ЭМУ). Ориентация на Солнце и на Землю будет осуществляться по информации с оптико-электронных приборов.
Бесплатно
Система посадки по сигналам псевдоспутников
Статья научная
Предложена и исследована методика применения локальной радионавигационной системы для обеспечения посадки воздушных судов, позволяющая подходить к решению вопросов топогеодезического обеспечения, гарантирующая их решение даже в условиях активного противодействия.
Бесплатно
Система управления и процессы двухобъемного пневмоамортизатора
Статья обзорная
Построена и исследована модель, описывающая рабочие процессы в двухобъемном пневмоамортизаторе и динамику амортизируемого объекта. Она позволяет провести анализ и выявить основные закономерности и особенности в работе как самих пневмоамортизаторов, так и управляемых клапанных устройств при различных режимах работы пневмоамортизатора.
Бесплатно
Система электропитания малого космического аппарата "Студенческий"
Статья научная
Изложены результаты проектирования системы электропитания малого космического аппарата «Студенческий».
Бесплатно
Системный подход к выбору целевой аппаратуры малых космических аппаратов
Статья научная
Предлагается использовать методы системного анализа при проектировании и комплектовании малых космических аппаратов. Показано, что перспективный малый космический аппарат может быть представлен как совокупность технических подсистем, которые характеризуются различными параметрами: показателя- ми назначения, показателями надежности (безотказности, долговечности, ремонтопригодности), показате- лями технологичности, показателями стандартизации и унификации. Применен системный подход к выбору рационального состава комплекса бортовых приборов целевого назначения. Обоснована актуальность косми- ческого мониторинга средствами бортовой научной аппаратуры малых космических аппаратов с целью полу- чения информативных источников геофизического назначения. Рассмотрены физические явления, связанные с сейсмической активностью и регистрируемые комплексом приборов малых космических аппаратов. Приве- дены результаты анализа литературных источников, содержащих предвестниковую информацию. Предло- жена методика выбора информативных спутниковых данных, получаемых бортовыми геофизическими прибо- рами, комплектация которых определяется требованиями к их составу и техническим характеристикам малых космических аппаратов. Проведено экспертное оценивание основных источников предвестниковой информации и программно реализован метод парных сравнений с учетом «порогового принципа», исходя из актуальности предвестника землетрясения, экономической обоснованности и реализуемости приборов. Получен значимый коэффициент конкордации, который свидетельствует о сильной связи между оценками экспертов. Приведены результаты расчета приоритетности показателей предвестниковой информации, исходя из обо- значенных критериев. Предложена визуализация результатов селекции предвестниковой информации. Обосно- вана применимость и оптимальный состав бортовой научной аппаратуры малых космических аппаратов для диагностики сейсмической активности. Определены перспективы развития космической системы мониторин- га предвестников землетрясений. Реализованный системный подход может быть использован при формиро- вании облика перспективных малых космических аппаратов различного назначения, в том числе для решения задач дистанционного зондирования Земли.
Бесплатно
Совершенствование методики определения кавитационной характеристики шнекоцентробежных насосов
Статья научная
Кавитация - это процесс нарушения сплошности потока жидкости в зоне пониженного давления, заклю- чающийся в образовании полостей, наполненных паром и выделившимися из жидкости газами. В области по- ниженных давлений возникают растягивающие напряжения, которые приводят к разрыву жидкости; обра- зуются полости - кавитационные каверны, которые заполняются газами и парами. Попадая в область высо- ких давлений, каверны «схлапываются», что вызывает местный гидравлический удар, который может при- вести к разрушению стенок каналов. Возникновение и развитие кавитации в жидкостях связано с наличием ядер кавитации. Технические жидкости всегда имеют ядра кавитации, представляющие собой нерастворен- ные газовые включения. Развитию кавитации также способствует количество свободных и растворенных газов, а также термодинамические свойства жидкостей и конструктивные особенности колеса. Кавитация приводит к трем основным отрицательным последствиям для гидравлических машин: к срыву режима работы, т. е. к резкому снижению основных параметров, эрозионному разрушению рабочего колеса и неустойчивой работе, вызванной низкочастотными автоколебаниями. Для того, чтобы определить кавитационную эффективность насоса, каждый шнекоцентробежный насос подвергается кавитационным испытаниям. Однако существующие методы определения антикавитационных свойств насосов не обладают достаточной точностью, а также превышают по длительности срок эксплуа- тации насоса в составе турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя. Предложен метод ускоренных кавитационных испытаний, позволяющий значительно сократить время ис- пытаний, а также увеличить точность определения кавитационной характеристики. Для этого предлагает- ся проводить испытания без поддержания расхода, с увеличенной скоростью снижения давления на входе в насос. Для снижения погрешности испытаний путем исключения человеческого фактора предложена сис- тема автоматической регистрации параметров. Установлено, что ускоренное снижение давления без поддержания расхода не влияет на точность опреде- ления кавитационной характеристики и вместе с тем сокращает работу насоса в условиях кавитации, умень- шая эрозию. Автоматизация значительно снижает трудоемкость проведения испытаний и увеличивает точность.
Бесплатно
Совершенствование системы терморегулирования космических аппаратов
Статья научная
Основными показателями качества космических аппаратов (КА) является их надежность и срок активного существования (САС) на орбите, и существенную роль в этом играет температурный режим внутри объема КА, где находятся приборы. Одна из позиций их стабильной работы заключается в создании определенного теплового режима в объеме конструкции, для чего служит система терморегулирования, при которой тепловой режим обеспечивается с помощью вентилятора, включающегося от термореле при заданной температуре. При этом циркулирующий в системе терморегулирования жидкий теплоноситель, например азот, осуществляет передачу тепла от «холодной» поверхности спутника, излучавшей избыток тепла в космическое пространство. При понижении температуры рабочего тела ниже заданной вентилятор выключается, что приводит (в отсутствие конвекции) к значительному увеличению теплового сопротивления между радиационной поверхностью и внутренним объемом поверхности корпуса, в результате, предотвращается дальнейшее снижение температуры. В результате совершенствования системы терморегулирования, наряду с совершенствованием других систем жизнеобеспечения, САС спутников к настоящему времени превышает 10 лет, а к 2016 году намечен САС до 15 лет.
Бесплатно
Совершенствование энергетических параметров центробежных насосов с полуоткрытым рабочим колесом
Краткое сообщение
На основе теоретического анализа обтекания каналов полуоткрытого рабочего колеса в боковой пазухе насоса и приведенных экспериментальных исследований получены данные по совершенствованию энергетических параметров центробежных насосов с полуоткрытым рабочим колесом.
Бесплатно
Солнечный тепловой ракетный двигатель с различными типами системы «концентратор-приемник»
Статья научная
Рассматривается солнечный тепловой ракетный двигатель (СТРкД) с высокотемпературной системой «концентратор-приемник» (КП) в качестве источника мощности. Обыкновенно рассматриваемый СТРкД с простым (одноступенчатым) равнотемпературным светоприемником-теплообменником, выполненным в виде абсолютно черного тела, требует высокой точности отражающей поверхности солнечного зеркального концентратора и обеспечения высокоточного продолжительного слежения за Солнцем на активных участках многовитковой траектории выведения. Снижение этих требований возможно при использовании системы КП с организацией неоднородного (ступенчатого) нагрева водорода в приемнике сфокусированного солнечного излучения, температура поверхности которого соответствует эпюре экспоненциального распределения плотности лучистого потока в фокальном световом пятне. Энергетическая эффективность такой системы выше по сравнению с равнотемпературной. Рассматриваются одноступенчатая, двухступенчатая и предельно-неравнотемпературная (многоступенчатая) системы КП. Приведены результаты моделирования СТРкД с рассмотренными системами КП в составе разгонного блока при выполнении задачи некомпланарного выведения полезного груза с низкой стартовой орбиты на геостационарную. Показано, что энергомассовая эффективность использования СТРкД в составе космического аппарата - разгонного блока - может более чем вдвое превышать возможности современных жидкостных средств выведения. Проведено сравнение баллистической эффективности использования СТРкД с различными системами КП как средства межорбитальной транспортировки. Показано, что эффективность солнечного разгонного блока растет с увеличением степени неоднородности нагрева водорода в системе КП и может быть на 30 % и более увеличена по сравнению с обыкновенно рассматриваемыми СТРкД. Выделены определяющие параметры системы КП - параметр точности концентратора и температура нагрева водорода в приемнике, проведена их совместная оптимизация по критерию максимума массы полезной нагрузки для рассматриваемых типов системы КП. Приведены рекомендации по выбору целесообразных значений выделенных параметров с учетом технологических ограничений. Определены габаритные показатели концентратора для равнотемпературного и ступенчатых приемников. Рассмотрены условия ориентации различных систем КП на Солнце. Показано, что требования к системе динамического слежения за Солнцем вполне могут быть обеспечены современными техническими средствами, особенно в случае неоднородного нагрева водорода в системе КП.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена комплексная методика компьютерного моделирования перспективных рефлекторов, основанная на механике деформированного твердого тела и радиофизике.
Бесплатно
Специализированная светодиодная сборка имитатора внеатмосферного солнечного излучения
Статья научная
Традиционные имитаторы солнечного излучения для термовакуумных испытаний космических аппаратов построены на основе газоразрядных ламп, которые в силу своих особенностей могут быть размещены только за пределами термовакуумной камеры. Альтернативные твердотельные источники - высокоэффективные светодиоды - могут быть размещены непосредственно в термовакуумной камере, что позволит значительно повысить световые и эксплуатационные характеристики имитаторов солнечного излучения. Одной из первоочередных и наиболее сложных задач при обеспечении соответствия световых характеристик имитатора солнечного излучения предъявляемым требованиям следует считать получение спектра, близкого к спектру Солнца внеатмосферных условий (AM0). В статье рассмотрены спектральные характеристики предложенной ранее модели комбинированного излучателя, состоящего из галогенных ламп и сборок высокоэффективных светодиодов различных длин волн. Предложена методика определения спектрального соответствия для имитаторов солнечного излучения AM0. Определены требования к светодиодным сборкам для применения в предложенном комбинированном излучателе. В экспериментальной части измерены спектральные характеристики образцов галогенных ламп и светодиодных сборок, по результатам измерений проведено моделирование комбинированного излучателя. При моделировании с образцом наиболее подходящей серийно производимой светодиодной сборки, на номинальном уровне мощности галогенных ламп достигнуто хорошее спектральное соответствие, которое со снижением мощности ламп значительно ухудшается. В то же время многие программы и методики термовакуумных испытаний требуют имитации солнечного излучения с различными уровнями энергетической освещенности. С учетом полученных результатов авторами разработана экспериментальная светодиодная сборка, предназначенная для применения в комбинированном излучателе. Моделирование с экспериментальной светодиодной сборкой показало лучшие результаты; требуемое спектральное соответствие сохраняется на различных уровнях световой мощности. Достигнутые характеристики разработанной светодиодной сборки не предельны и могут быть улучшены путем дальнейшей оптимизации.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен вопрос о недостаточности наземных статических испытаний на прочность корпусов негерметичных космических аппаратов (КА). Проведен анализ дополнительных испытаний конструкции КА на прочность методом кинематического возбуждения.
Бесплатно
Способ компенсации деформаций конструкции крупногабаритной антенны космического аппарата
Статья научная
Предложен способ компенсации деформаций конструкции крупногабаритной трансформируемой антенны космического аппарата с применением двухстепенного поворотного привода, расположенного в узле крепления несущей конструкции к рефлектору. Способ позволяет компенсировать деградацию радиотехнических характеристик антенны, вызванных деформациями конструкции антенны. В частности, компенсируется одна из её составляющих, а именно, смещение главного луча ДН относительно «номинального» положения в системе координат космического аппарата (положения, требуемого для полноценной работы антенны по целевому назначению). Проведено математическое моделирование, в результате которого подтверждена эффективность способа на примере антенны с офсетным рефлектором зонтичного типа диаметром 12 м. При моделировании космический аппарат располагался на геостационарной орбите при положении Солнца, соответствующем точке весеннего равноденствия. Компенсация деформаций проводилась в шестнадцати точках положения космического аппарата на орбите, в которых деформации конструкции антенны максимальны (расчетные точки). Расчётные точки принадлежат одному витку вращения космического аппарата на орбите. Исходными данными для расчетов послужили результаты температурного анализа конструкции антенны, выполненного НИИ ПММ при ТГУ в специализированном программном обеспечении ANSYS. В температурном анализе учтён только нагрев за счет прямого солнечного излучения. Рассмотрены основные вопросы реализации способа применительно к бортовой системе контроля эксплуатационных характеристик крупногабаритной трансформируемой антенны, а также возможные пути их решения
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена адаптивная фазированная антенная решетка с исходным равномерным амплитудным распределением и определена эффективность алгоритма ее адаптации с применением базиса в виде частичного экспоненциального ряда Фурье по сравнению с оптимальным алгоритмом.
Бесплатно
Статья научная
При проектировании ракетных двигателей решается задача обеспечения заданных основных конструктивных параметров. В связи с повышением требований к изделиям ракетно-космической техники, возрастают и требования к обеспечению энергетической эффективности всех входящих в него элементов. Как правило, задача повышения энергетических характеристик ракетного двигателя осуществляется увеличением давления в камере сгорания и частоты вращения вала турбонасосного агрегата. Увеличение частоты вращения вала турбонасосного агрегата требует обеспечения бескавитационного режима работы насоса с отсутствием кавитационного срыва. Данную проблему можно решить различными способами: конструктивным улучшением насоса или увеличением параметра давления на входе в насос. Однако слишком большое увеличение давления на входе невозможно, так как это приведет к увеличению толщины стенок топливных баков ракеты и соответствующему увеличению массы всей ракеты. Включение шнека хоть и не гарантирует бескавитационной работы при любом входном давлении, однако является наиболее предпочтительным способом. Геометрия проточиной части как шнекового преднасоса, так и лопаток насоса проектируется с учетом обеспечения бескавитационного режима работы. При проектировании, на этапе экспериментальной отработки режимов насоса, возможно применение методов вычислительной гидродинамики (Сomputational Fluid Dynamics, CFD). Данные методы применяются в различных областях общего машиностроения и хорошо себя зарекомендовали. Однако насос ракетного двигателя отличается высоким перепадом давлений при относительно малых габаритах. Возникает вопрос об адаптации методов CFD к моделированию кавитационных испытаний. Данная работа направлена на выведение функции, аппроксимирующей группу данных об испытании насоса турбонасосного агрегата с целью ее дальнейшей адаптации для методов CFD.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается проблема расчета зоны видимости поверхности Земли с космического аппарата, имеющего ориентируемую ось антенны с заданной диаграммой телесного угла наблюдения. Описана методика и алгоритм точного и оптимального расчета этой зоны для использования при графическом отображении на электронных картах.
Бесплатно
Сравнение методик расчета надежности функциональных систем самолетов государственной авиации
Статья обзорная
Выполнены сравнительные исследования расчетных значений показателей надежности систем самолетов. Показано, что традиционная методика расчета неадекватно оценивает изменения надежности по наработке. Использование методики расчета вероятности отказа через 1 час полета по альтернативной методике устраняет отмеченное несоответствие, свойственное традиционной методике
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается вопрос математического моделирования двухфазных замкнутых систем терморегулирования, работающих по прямому и обратному циклам. Такие системы отличаются большой производительностью за счет величины скрытой теплоты фазового перехода рабочего тела и являются перспективными в связи с существующими тенденциями увеличения габаритов и энерговооруженности космических аппаратов. Математическое моделирование таких систем позволит расчетным путем получать их характеристики при изменении определяющих параметров, оценивать эффективность различных конструктивных конфигураций и проводить их оптимизацию. Анализируются основные сложности при расчете и моделировании двухфазных систем терморегулирования. Приводятся расчетные схемы и описание принципа работы таких систем в составе космических аппаратов негерметичного исполнения. Рассматривается методика построения системы уравнений и расчетный алгоритм для получения характеристик таких систем. В качестве базовых используются уравнения для расчета течения с теплоотдачей. В системе уравнений выделяются тепловая и гидрогазодинамическая части. Рассматривается конкретизация уравнений по иерархическим уровням системы. При построении расчетного алгоритма используется деление уравнений на два типа: компонентные, описывающие процессы в одном элементе системы терморегулирования, и топологические, связывающие все элементы в замкнутую систему. Приводится система уравнений математической модели в сосредоточенных параметрах, использующая в расчетах средние интегральные параметры элементов. Представлены результаты расчета двухфазных систем терморегулирования, работающих по прямому и обратному циклам, и сравнение их эффективности. В качестве параметров, влияющих на характеристики двух систем, рассматривались поддерживаемая температура приборов и производительность. Результаты расчета позволили сделать выводы о преимуществах и недостатках применения систем терморегулирования, работающих по прямому и обратному циклам, в составе космического аппарата. Было установлено, что минимальные площади радиатора-излучателя (а значит, и минимальная масса их конструкции) будут наблюдаться для системы с обратным циклом, что обусловлено высокой температурой конденсации. Минимальное энергопотребление будет наблюдаться у системы с прямым циклом.
Бесплатно
Сравнение способов инициализации начальных точек на генетическом алгоритме оптимизации
Статья научная
Способ инициализации начальных точек для алгоритмов оптимизации является одним из главных параметров. Сегодня используются способы инициализации начальных точек, основанные на стохастических алгоритмах разброса точек. В генетическом алгоритме точки представляют собой булевые строки. Эти строки формируются по-разному: напрямую с помощью случайных последовательностей (с равномерным законом распределения) или с помощью случайных последовательностей (с равномерным законом распределения) в пространстве вещественных чисел, а потом преобразуют вещественные числа в булевые. Спроектированы шесть алгоритмов построения многомерных точек для алгоритмов глобальной оптимизации - булевых строк, основанные как на стохастических, так и на неслучайных алгоритмах разброса точек. В первых четырех способах инициализации булевых строк использовался случайный закон распределения, а в четвертом и пятом способе инициализации использовался неслучайный способ формирования начальных точек - ЛПt последовательность. Применялось большое количество повторных запусков алгоритмов оптимизации. Использовалась достаточно высокая точность вычислений. Исследования проводились на генетическом алгоритме глобальной оптимизации. Использовались функция Акли, функция Растригина, функция Шекеля, функция Гриванка и функция Розенброка. Исследования проводились с использованием трех алгоритмов разброса начальных точек: ЛПt последовательность, UDC последовательность, равномерный случайный разброс. В работе использовались лучшие параметры генетического алгоритма глобальной оптимизации. На выходе получены массивы математических ожиданий и среднеквадратических отклонений качества решения для разных функции и оптимизационных алгоритмов. Цель анализа способов инициализации начальных точек для генетического оптимизационного алгоритма заключалась в нахождении экстремума одновременно быстро, точно, дешево и надёжно. Способы инициализации сравнивались между собой по математическому ожиданию и среднеквадратическому отклонению. Под качеством решения понимается среднестатистическая ошибка нахождения экстремума. Выявлен лучший способ инициализации начальных точек для генетического алгоритма оптимизации на данных тестовых функциях. (Русскоязычная версия представлена по адресу https://vestnik.sibsau.ru/arhiv/)
Бесплатно
Статья научная
Предмет исследования включает динамические характеристики частотно-регулируемого асинхронного электропривода (АЭП) с модальным управлением. Тема исследования - получившая наибольшее распространение система «преобразователь частоты (ПЧ) с автономным инвертором напряжения (АИН) с широтно-импульсной модуляцией - асинхронный двигатель (АД)». Цель работы заключается в исследовании динамических свойств электропривода с модальным управлением, а также в рекомендациях к практическому использованию спроектированных систем управления. Метод исследования: для решения поставленных задач использовалась современная теория электропривода, теория автоматического управления, непрерывное преобразование Лапласа, метод передаточных функций и пространства состояний, метод стандартных полиномиальных уравнений. Экспериментальные исследования полученных теоретических результатов проведены методом математического моделирования во временной области с применением персональной электронно-вычислительной машины. В результате представлен анализ работы систем модального и подчиненного управлений асинхронным электродвигателем на примере конденсатного насоса. Дана оценка качества процессов регулирования координат путем анализа результатов имитационного моделирования системы в среде MatLab. Область применения результатов - системы частотно-регулируемого АЭП с большим количеством контролируемых выходных координат, например, роботизированные агрегаты и устройства, электромеханические системы космических аппаратов и др. Выполнен сравнительный анализ систем подчиненного и модального управлений. Установлено, что преимуществом применения модальных регуляторов в сравнении с аналогичными регуляторами, построенными на принципах подчиненного управления, является следующее: а) рассмотренная система частотного управления АЭП с модальным регулятором обладает примерно вдвое большим быстродействием в сравнении с аналогичными системами с подчиненным управлением; б) модальные регуляторы обладают большей помехоустойчивостью и менее чувствительны к изменениям внутренних параметров электродвигателя в сравнении с регуляторами, построенными по принципу подчиненного регулирования; в) жесткость механической характеристики замкнутой системы электропривода с модальным управлением значительно выше, чем в системе с подчиненным управлением.
Бесплатно
