Авиационная и ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
Статья научная
Электрическое проектирование разъемных соединении аппаратуры и систем КА является слоэюным и ответ-ственным проектно-конструкторским этапом разработки КА. Для эффективного решения этой задачи необходимо применять специализированное программное обеспечение, гарантирующее сквозное проектирование, начиная с разработки электрических схем систем КА и заканчивая разработкой Км на изготовление кабелей.
Бесплатно
Статья научная
Представлена методология, позволяющая качественно проводить комплекс электротермовакуумных испытаний с применением источников инфракрасного излучения для поддержания граничных квалификационных температур космических аппаратов (КА). Проведенные испытания показали эффективность использования имитаторов теплового потока раздельного нагрева.
Бесплатно
Статья научная
На сегодняшний день можно выделить ряд перспективных многоразовых ракет-носителей «Крыло СВ» - многоразовая крылатая ступень ракеты-носителя легкого класса; «Байкал-Ангара» многоразовый ускоритель первой ступени ракеты-носителя Ангара; «Союз-7» - многоразовая двухступенчатая ракета-носитель среднего класса, летно-конструкторские испытания «Союза-7» планируются на 2025 г. Для поддержания эксплуатационных характеристик летательных аппратов необходимо разработать систему технического обслуживания, обеспечивающую заданную надежность агрегатов летательных аппаратов. Целью данной работы является разработка модели выявления неисправностей в процессе проведения технического обслуживания агрегатов и систем летательных аппаратов. В рамках данной работы разработан алгоритм, в основе которого заложен метод статистических испытаний, позволяющий при небольших затратах машинного времени более детально проанализировать процесс технического обслуживания с учетом длительности выполнения отдельных операций и их эффективности. Данные о длительности и эффективности отдельных операций могут быть получены в процессе специальных испытаний аппаратуры путем хронометража и анализа результатов обслуживания. Для моделирования необходимо иметь следующие исходные данные: закон распределения продолжительности отдельных операций; эффективность выявления неисправностей при проведении отдельных операций. В алгоритме реализуется два вида технического обслуживания: полное и сокращенное. Сокращенное обслуживание предусматривает проведение операций, наиболее эффективных с точки зрения количества устраняемых неисправностей: регулировок, подстроек, поиска неисправных элементов. Разработанная модель позволяет исследовать возможность сокращения времени простоя на обслуживании без существенного снижения качества технического обслуживания, а именно: оценить эффективность технического обслуживания при проведении его по полной и сокращенной схеме; оценить эффективность технического обслуживания при проведении обслуживания в ограниченное время; обосновать наиболее целесообразные пути повышения качества обслуживания при условии, что время простоя на техническом обслуживании ограничено, и прогнозировать вероятность выявления неисправностей в процессе проведения технического обслуживания. Практическая значимость итогов данной работы может быть достигнута в аэрокосмической отрасли, в частности, на этапе проектирования (испытаний и эксплуатации) системы технического обслуживания для многоразовых элементов ракет-носителей.
Бесплатно
Разработка полезной нагрузки спутника Cyclops формата Cubesat
Статья научная
На протяжении последних десятилетий увеличивается количество запускаемых спутников формата CubeSat. Данные спутники обладают рядом преимуществ: малый срок разработки, невысокая стоимость, возможность модификаций для определенных научных задач и тестирование технических решений и новых разработок. В данной статье излагается описание полезных нагрузок малого космического аппарата: спутника формата CubeSat 3U CYCLOPS, созданного в Балтийском государственном техническом университете «ВОЕНМЕХ» имени Д. Ф. Устинова в рамках выигранного гранта по программе Space-Pi. Цель исследования - создание, тестирование и изучение работы модулей полезных нагрузок аппарата, построенных с применением коммерчески доступных компонентов, в условиях космического полета. В тексте описана структура взаимодействия полезной нагрузки и платформы «ОрбиКрафт-Про 3U» от компании ООО «Спутникс». Рассматривается процесс создания платы управления нагрузками. Описано программное обеспечение системы управления мехатронного и многостепенного исполнительного модулей с применением логирования и коррекцией ошибок. Помимо вышеперечисленных модулей, была разработана и система управления полезными нагрузками, позволяющая осуществлять серию экспериментов при нахождении малого космического аппарата на орбите. В статье объясняется принцип работы взаимодействия космического аппарата с землей через специальное программное обеспечение Houston сontrol сenter application и Houston Telnet. В результатах описаны проведенные тестирования для механических узлов космического аппарата. Приведены примеры полученных пакетов телеметрии с борта аппарата. В статье также отображены дальнейшие планы проекта и перспективы применения разработанной аппаратуры для внедрения в крупногабаритные космические системы и комплексы. Также в рамках этого проекта студентам и школьникам удалось получить инженерный опыт разработки устройств, предназначенных для работы в условия космического пространства.
Бесплатно
Разработка стенда проведения гидродинамических испытаний малорасходного центробежного насоса
Статья научная
Современные центробежные насосы широко применяются в различных отраслях промышленности, включая энергетику, водоснабжение, нефтегазовый сектор и химическое производство. Эффективность и надежность функционирования систем и устройств находятся в прямой корреляции с качеством их проектирования, изготовления и проведения испытаний. Проведение испытаний позволяет оценить основные эксплуатационные характеристики насоса, такие как подача, напор, мощность, КПД, а также выявить возможные дефекты конструкции или сборки. В данной работе представлен стенд, который был разработан и создан специально для проведения гидродинамических испытаний проточных частей элементов малорасходных центробежных насосов. Для проведения таких испытаний необходимо специализированное оборудование – испытательный стенд, который должен обеспечивать точное измерение параметров, безопасность работы и соответствие нормативным требованиям. Проектирование стенда включает в себя выбор измерительной аппаратуры, разработку системы управления, проектирование пневмогидравлической схемы и обеспечение необходимых режимов тестирования. В данном стенде применяются высокоточные измерительные устройства и комплексы, которые позволяют достичь минимальной погрешности измерений, необходимой для проверки и подтверждения корректности разработанной методики расчёта и анализа гидродинамических параметров проточных элементов турбонасосных агрегатов, предназначенных для использования в перспективных жидкостных ракетных двигателях и малорасходных насосах в составе систем терморегулирования космических аппаратов. В процессе работы были использованы передовые технологии: параметры обрабатывались с помощью промышленного контроллера, который создавал временные диаграммы и автоматически регистрировал результаты. Исследование параметров насоса производится в среде пониженного давления.
Бесплатно
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
Создание двигательных установок космических аппаратов с высокими показателями энергетической эффективности и минимальными массогабаритными параметрами является актуальной научно-технической задачей отечественного ракетного двигателестроения. При этом выдвигаются требования оптимизации стоимости и времени проектирования, опытно-конструкторской отработки и изготовления двигателей, а также экологической безопасности на всех этапах жизненного цикла изделий. В связи с этим предлагается в производстве космических ракетных двигателей малой тяги (РДМТ) использовать перспективные лазерные технологии 3D-печати (аддитивные технологии) из металлического порошка по CAD-моделям деталей двигателей. Технология лазерного плавления на современных 3D-принтерах позволяет изготавливать сложные монолитные конструкции двигателей без применения трудоемких и ресурсозатратных операций механической обработки, сварки, пайки, а также значительно снизить объем слесарно-сборочных и контрольно-измерительных работ и уменьшить влияние некоторых непроизводственных факторов. В статье рассмотрены вопросы практического применения перспективных технологий при создании РДМТ. Представлены результаты огневых испытаний, которые будут использованы для уточнения ранее разработанных расчетных моделей кислородно-водородных РДМТ при создании перспективных ракетных двигателей космических аппаратов. Объектом исследования являлся разработанный и изготовленный с использованием аддитивной технологии экспериментальный образец РДМТ номинальной тягой 150 Н на газообразных компонентах топлива кислород и водород. Экспериментальный РДМТ рассматривается как прототип двигателя ориентации, стабилизации и обеспечения запуска кислородно-водородного разгонного блока. Цель работы - изучение эффективности ранее не исследованных конструктивных решений по организации смесеобразования и охлаждения кислородно-водородного РДМТ, определение их влияния на совершенство рабочего процесса и тепловое состояние камеры двигателя. Огневые испытания проведены в режиме одиночных включений с длительностью, достаточной для выхода камеры РДМТ на стационарный тепловой режим, с определением энергетических характеристик и теплового состояния конструкции.
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
