Авиационная и ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
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
Статья научная
Турбонасосный агрегат (ТНА) - один из основных агрегатов жидкостного ракетного двигателя (ЖРД). Обеспечение работоспособности и возможности непрерывной подачи компонентов горючего и окислителя с заданным расходом и давлением на протяжении всего цикла работы ЖРД - одна из основных задач при проектировании ТНА. Негативным эффектом, проявляющимся в случае местного понижения давления до давления насыщенного пара, является кавитация. В настоящее время в связи с ростом вычислительных мощностей современных компьютерных систем все чаще применяются методы вычислительной гидродинамики (Сomputational Fluid Dynamics, CFD) для отработки антикавитационных параметров насоса в различных областях общего машиностроения. Применительно к ракетно-космической отрасли, отличающейся особыми требованиями к надежности, необходимо большее количество статистических данных. На данный момент нет модели кавитации, способной полностью смоделировать весь процесс зарождения, роста и схлопывания кавитационного пузыря. Однако существует ряд упрощённых моделей данного процесса, среди которых можно выделить численную модель Zwart - Gerber - Belamri, предназначенную для моделирования кавитационного потока в насосах. Упомянутая модель является наиболее подходящей и применяется во всех рассмотренных далее работах. В данной работе проведён анализ экспериментальных данных и результатов численного моделирования насосов с различными параметрами расхода, давления и геометрии. В ходе работ с моделью расчёты произведены в среде ANSYS. В заключительной части сделан вывод о взаимосвязи характеристик и применяемости модели Zwart - Gerber - Belamri к проектированию кавитационного потока в ТНА ЖРД с учетом особенности работы насоса.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье проведен сравнительный анализ двух методов увеличения напора в зоне западания энергетических характеристик осевого насоса низкой быстроходности: установка входного лопаточного устройства и надроторное устройство с осевыми проточками. Осевые насосы нашли широкое применение в системах питания жидкостных ракетных двигателей, а также в самолетных гидравлических системах питания. Современные двигатели лета-тельных аппаратов глубоко дросселируются, что выдвигает важное требование к высокооборотным насосам – многорежимность, т. е. способность работать в широком диапазоне расходов и оборотов. Актуальность работы обусловлена тем, что напорные характеристики осевых насосов в подавляющем большинстве случаев имеют западающие (немонотонные) кривые, что осложняет процесс их проектирования и регулирования. Увеличение напора в зоне западания и стремление к монотонно падающей напорной характеристике осевого насоса является одной из важнейших целей при проектировании агрегата. В работе методом численного компьютерного моделирования получены энергетические характеристики осевого насоса с установленным входным лопаточным устройством в виде направляющих лопаток, которые создают предварительную закрутку потока на периферийных сечениях во входной магистрали и оптимальным надроторным устройством в виде осевых проточек. Показано их влияние на энергетические характеристики объекта исследования и величину обратных токов, а также проведено сравнение с результатами исследований зарубежных и отечественных авторов.
Бесплатно
Статья научная
Одной из основных систем космического аппарата (КА) является система электропитания (СЭП). Основу СЭП составляют вторичные источники питания (ВИП), использующие различные способы управления и преобразования электроэнергии, что приводит к существенным отличиям их динамических свойств. Со стороны бортовых потребителей динамика СЭП определяется полным внутренним сопротивлением (импедансом) ВИП. При проведении наземных электрических испытаний электротехнических систем (ЭТС) КА, вследствие сложности применения систем электропитания, применяют испытательные комплексы, основу которых составляют имитаторы электрических характеристик СЭП (ИСЭП). Современные ИСЭП используют модульный принцип конфигурирования, что позволяет производить ИСЭП разной мощности, но энергетические модули имеют фиксированные или регулируемые в узком диапазоне частот импедансные частотные характеристики, что приводит к ограничению типов имитируемых СЭП. Снабжение ИСЭП свойством регулирования частотных характеристик в широком диапазоне частот расширяет функциональные возможности ИСЭП, так как позволяет имитировать динамические свойства СЭП, содержащих ВИП разных типов. Целью работы является исследование и сравнительный анализ трёх способов регулирования импедансных частотных характеристик (ИЧХ) модуля ИСЭП. Способы регулирования ИЧХ ИСЭП рассматриваются на основе его обобщённой функциональной схемы, содержащей математические модели усилителя-сумматора (УС), последовательного корректирующего устройства (КУ), усилителя мощности (УМ), делителя напряжения (ДН) и нагрузки (Н). В статье проведен анализ вариантов регулирования импедансных частотных характеристик ИСЭП, рассмотрены три способа регулирования ИЧХ: два с пассивным корректирующим устройством и один с активным КУ. В работе приведена имитационная модель в пакете MicroCap электрической схемы модуля ИСЭП, проведены вычислительные эксперименты по каждому способу регулирования ИЧХ ИСЭП. По результатам исследования рекомендован способ коррекции и регулирования ИЧХ ИСЭП, позволяющий раздельно регулировать низкочастотную и среднечастотную области ИЧХ, что позволяет существенно упростить настройку и обеспечение ИЧХ ИСЭП в соответствии с заданными требованиями.
Бесплатно
Статистический анализ взаимосвязи конструктивных характеристик самолетов
Статья научная
Предметом исследований выступает авиационная техника, применяемая к настоящему времени в нашей стране и за рубежом. Были приняты к рассмотрению технические характеристики 25 отечественных и 54 зарубежных самолетов гражданской и военно-транспортной авиации. Целью исследований являлось изучение возможностей развития подобной авиационной техники в зависимости от некоторых основных характеристик самолетов. В качестве математического аппарата для анализа рассматриваемых зависимостей был выбран корреляционно-регрессионный анализ. Изложены результаты статистического анализа взаимосвязи выбранного перечня основных параметров самолетов. Наибольшая корреляция наблюдалась между грузоподъемностью и массой пустого самолета, что послужило основой для дальнейшего анализа и построения зависимостей. Результаты анализа показали необходимость разделения самолетов по массе как минимум на две группы: менее 75 т и более 75 т, а также по странам-производителям: российские и зарубежные. Целесообразность группировки проверена с помощью теста Г. Чоу. Установлено, что рассмотрение нелинейных моделей нецелесообразно, поскольку линейная модель зависимости не уступает нелинейной модели по степени достоверности. Получены зависимости грузоподъемности от массы пустого самолета для каждой из выделенных групп самолетов. При этом использовались интегральные характеристики. Найдены доверительные интервалы для прогноза зависимости грузоподъемности от массы пустого самолета. При этом, как и следовало ожидать, вне 90%-го интервала оказались показатели лишь 7 самолетов. Выявлен больший разброс данных по грузоподъемности для отечественных самолетов и среднее отставание от зарубежных аналогов более чем на 2,5 т. Таким образом, с помощью выбранного математического аппарата могут быть получены статистические закономерности, позволяющие анализировать существующую практику проектирования, прогнозировать уровень развития конструкции самолетов гражданской и военно-транспортной авиации. Аналогичные методы исследования могут быть применены в различных областях разработки и производства перспективной высокотехнологичной продукции, включая ракетно-космическую область.
Бесплатно
Статистический метод риск-анализа безопасности полетов
Статья научная
Разработан метод статистического анализа безопасности полетов, основанный на использовании положений теории выбросов случайных процессов.
Бесплатно
Стратегия внедрения CALS-технологий
Статья научная
Рассматривается стратегия внедрения CALS-технологии, описаны основные этапы этой стратегии
Бесплатно
Структура поверхности раздела частично смоченного диска с радиальными лопатками
Статья научная
На основе представлений картины течения рабочей жидкости в каналах диска с лопатками выполнен расчет основных параметров границы раздела «жидкость-газ» с подтвержденными экспериментальными данными
Бесплатно
Статья научная
Приведена концепция и некоторые результаты разработки студенческого космического аппарата (КА) стандарта PocketQub, а именно, разработан прототип корпуса студенческого пикоспутника SibQube. Пред- ставлены некоторые из существующих на данный момент стандартов сверхмалых КА (СМКА), их основные различия, заключающиеся прежде всего в массогабаритных характеристиках самого аппарата и выполняемых им задачах. Приведены цели создания платформы: использование в области образования, проведение научных экспериментов в космическом пространстве. Приведены основные ведущие факторы разработки и планируе- мый состав служебной платформы разрабатываемого СМКА. После проведения испытаний корпуса и даль- нейшей его доработки становится возможным использование его в качестве основы для линейки корпусов СМКА, предназначенных для исследования малоизученных верхних слоев атмосферы и ближнего космоса. Спроектирован и изготовлен прототип корпуса КА. Описана конструкция корпуса разрабатываемого КА стандарта PocketQub и предназначение элементов конструкции и их функциональные особенности. Выбраны материалы для изготовления прототипа, и приведены основания их выбора. Также был проведен прочностной анализ конструкции корпуса, а именно: модальный анализ, направленный на поиск собственных частот конст- рукции, статический анализ на воздействие линейных перегрузок до 20 g, соответствующих линейным пере- грузкам, возникающим при полете ракеты-носителя «Днепр», и динамический анализ случайных воздействий. На основании результатов анализа сделаны предварительные выводы о прочности и устойчивости конструкции при воздействии рассмотренных факторов.
Бесплатно
Статья научная
Обоснована потребность объединения световых потоков от отдельных источников излучения при тепловакуумной отработке космических аппаратов (КА). Изложена теория расчета схемы суммирования потоков при построении оптической системы имитатора Солнца.
Бесплатно
Теоретические основы удаления загрязнений с внутренней поверхности топливных баков
Статья научная
Описаны причины образования углеводородных загрязнений, виды загрязнений: поверхностные и глубинные. Рассмотрены теоретические основы процесса удаления загрязнений с помощью жидкого СО2. Приведены формулы количественной оценки углеводородных загрязнений. Предложен механизм удаления углеводородных загрязнений с поверхности и устьев пор с помощью явлений термического «шока» и «газового клина». Рассмотрена эффективность очистки. Выведены уравнение условий непрерывности процесса бластинга топлива из открытых пор металла и формула определения времени процесса удаления загрязнений.
Бесплатно
