Авиационная и ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
Экспериментальное исследование свойств уплотнительных резин при высоких и низких температурах
Статья научная
В узлах аэрокосмической техники широко используются неподвижные и подвижные уплотнения, изготовленные из резины. Известно также, что эксплуатация узлов ракетной и космической техники происходит в очень широком диапазоне как низких, так и высоких температур. Поэтому в расчетах неподвижных и подвижных уплотнений таких узлов необходимо учитывать зависимости постоянных упругости от температуры, а также влияние температуры на коэффициент трения резины. В противном случае при низких температурах возможно возникновение утечек через уплотнение, а при высоких температурах может произойти его разрушение. Приведена методика исследований модулей упругостей при изгибе образцов из резины в широком диапазоне деформаций изгиба и температур, а также методика исследований коэффициента трения скольжения резин при трении по фторсодержащим покрытиям и стали при низких и высоких температурах. Коэффициенты трения скольжения определялись при одностороннем вращательном движении плоских образцов при скорости скольжения 0,2 м/с и давлениях на поверхности трения от 0,8 до 50 МПа и диапазоне температур от - 40 до +120 °С. В результате экспериментальных исследований установлены зависимости статического модуля упругости при изгибе от температуры в диапазоне от - 70 до +100 °С для пяти составов бутадиен-нитрильных резин. Приведены также результаты температурного теста, имитирующего изменение контактных напряжений в уплотнении после установки при +20 °С и последующем охлаждении, а также температурного теста, когда после охлаждения деформацию изгиба увеличивают. Экспериментально получены зависимости коэффициента трения скольжения резины по фторсодержащим покрытиям трех типов и стали в широком диапазоне отрицательных и положительных температур.
Бесплатно
Статья научная
Разработка новых летательных аппаратов баллистического типа характеризуется в первую очередь более совершенными аэродинамическими характеристиками и более высокими предельными значениями скорости. Наземные трековые испытания авиационной и ракетной техники являются этапом, задачей которого является подтверждение работоспособности и эффективности новых разработок. Трековые испытания позволяют моделировать реальные нагрузки, они проще и существенно дешевле летных испытаний. Экспериментальная установка «Ракетный рельсовый трек 3500» Федерального казенного предприятия «ГкНИПАС имени Л. К. Сафронова» постоянно модернизируется с целью проведения трековых испытаний изделий со скоростью большей 3М. Экспериментальная установка включает в себя двухрельсовый путь, выполненный на специальном фундаменте, исключающем при массе до 3000 кг недопустимый прогиб рельса. Рельсовый путь имеет участок разгона с углом атаки длиной 2500 м и участок торможения. Между рельсами выполнен лоток, который на участке торможения заполняется водой. Он предназначен для гидродинамического торможения до полной остановки ракетной каретки с сохраняемым оборудованием. Подвижная ракетная трековая каретка изготовлена из массивной стальной пластины, к которой приварены три поперечные балки. Передняя и задняя балки заканчиваются осями, на которых шарнирно установлены опоры скольжения. На задней и средней балках выполнены ложементы для крепления ракетных двигателей твердого топлива. В зависимости от требуемой скорости испытания на ложементах могут быть размещены от одного до пяти двигателей. Объект испытания обычно крепится на передней и средней балках по оси каретки и закреплен консольно с выдвинутой вперед головной частью. Конструкция опор башмаков выполнена с охватом головки рельса таким образом, что обеспечивает скользящий контакт по верхней плоскости головки рельса, а при возникновении подъемной силы, превышающей вес каретки при высоких скоростях, удерживает конструкцию от свободного полета, контактируя с нижней поверхностью головки рельса. Трековые высокоскоростные испытания объектов спецтехники всегда сопровождаются интенсивной вибрацией и ударными воздействиями элементов конструкции. Из-за стремления проведения трековых испытаний изделий с большей скоростью возникает необходимость снижения уровня динамических нагрузок и устранения резонансных взаимодействий. В статье приведен алгоритм и методика статистической обработки случайных сигналов трехосевых датчиков виброускорений, установленных на башмаках ракетной трековой каретки и обтекателе объекта испытания. За счет размещения на каретке регистрационных накопителей информации были сохранены экспериментальные данные вибраций при испытании изделия со скоростью более 1М. Были определены автокорреляционные функции сигналов виброускорений датчиков, размещенных на различных элементах ракетной каретки, функции взаимной корреляции соответствующих сигналов, плотности спектров амплитуды, плотности спектров мощности и передаточные функции, характеризующие динамическую проводимость вибраций от башмаков, скользящих по рельсовым направляющим к объекту испытания.
Бесплатно
Статья научная
Уменьшение погрешности измерений псевдодальности - одна из основных задач, решаемых в высокоточной аппаратуре, работающей по сигналам ГНСС. В статье рассмотрены результаты экспериментальных исследований современной высокоточной аппаратуры ГНСС, определены основные источники погрешности измерений псевдодальности. Показано, что современные методы обработки сигналов НКА в навигационной аппаратуре позволили уменьшить случайную погрешность измерения псевдодальности до единиц сантиметров при измерении по открытым сигналам ГНСС. Совершенствование эфемеридно-временного обеспечения ГНСС, успехи в компенсации ионосферной и тропосферной погрешности вывели на первый план такие составляющие погрешности как погрешность многолучевого приема и систематическая погрешность в аналоговых трактах приемной аппаратуры. Рассмотрены методы уменьшения погрешности многолучевости для некоторых применений высокоточной НАП и варианты калибровки систематической погрешности НАП.
Бесплатно
Статья научная
Проведены экспериментальные исследования течения вязкой жидкости в торцевой щели между вращающимся диском и неподвижной стенкой, разработана методика расчета для определения параметров рабочего тела в торцевой щели, проведен сравнительный анализ с методиками расчета других авторов.
Бесплатно
Статья научная
Все большее распространение получают электрореактивные (плазменные или ионные) двигатели для коррекции орбиты космического аппарата (КА) и его довыведения на геостационарную орбиту. Это обусловлено большей экономичностью плазменных двигателей по сравнению с двигателями на химическом топливе. При разработке платформы КА важное место занимает согласование электрических характеристик системы электропитания (СЭП) и бортовых потребителей. Этот вопрос является по своему содержанию межсистемной проблемой. Отсутствие должного внимания к ее своевременному и правильному решению может затруднить работу системы электропитания космического аппарата. Наиболее важной подсистемой, которая оказывает существенное влияние на работу СЭП КА, является электрореактивная двигательная подсистема, так как она является наиболее мощной единовременно коммутируемой нагрузкой среди других бортовых потребителей. Переходные процессы в цепях питания, сопровождающие включение и отключение двигателя, могут достигать значительных величин. Электрореактивный двигатель работает только в связке со сложным электронным прибором - системой преобразования и управления (СПУ), которая преобразовывает напряжение бортового питания в набор напряжений, необходимых для работы элементов двигателя. Поэтому при предварительном проектировании двигательной подсистемы необходимо знать электрические характеристики переходных процессов и пульсаций в цепях питания связки двигатель - СПУ как электрической нагрузки СЭП. Получить расчетным методом характеристики такого рода процессов затруднительно. Поэтому наиболее распространенным и объективным методом получения данной информации является экспериментальный. В АО «ИСС» были проведены испытания, которые позволили измерить характеристики переходных процессов и пульсаций при запуске, работе и отключении плазменных двигателей различных типов, запитываемых от соответствующих СПУ. Работы проводились на вакуумном стенде ГВУ-60. В качестве источника питания, имитирующего СЭП, использовался технологический источник. В настоящей статье приводятся результаты измерений и анализа параметров переходных процессов и пульсаций на шинах питания СПУ для двигателей и приборов трех типов. Эти результаты следует рассматривать как предварительные. Показано, что наибольшие сложности могут возникнуть при эксплуатации высокомощных двигателей. Сделан вывод о том, что для каждого нового типа двигателей и СПУ целесообразно проводить стыковочные испытания двигательной подсистемы и системы электропитания КА.
Бесплатно
Статья научная
Приводится описание экспериментального модуля (ЭМБС) солнечной батареи, оснащенного концентратором солнечного света в виде плоских отражателей, а также описание методики летного эксперимента на низкоорбитальном КА «Юбилейный-2».
Бесплатно
Эластичные вытеснительные устройства топливных баков
Статья научная
В данной статье представлены результаты экспериментов, средств лабораторного обслуживания испытаний и исследований коррозионной стойкости, удобства использования материалов, узлов и агрегатов систем подачи с долгосрочным моделированием реального ресурса топливных баков с моделированием окружающей среды космической станции «Фобос-Грунт». Результаты испытаний показали, что при режимах полета перелетного модуля космического аппарата к концу полета следует ожидать газовыделение в баке с окислителем 0,16 л, в баке с горючим - 0,02 л при негерметичности эластичного вытеснительного устройства (ЭВУ) 1,0•10 -3 л.мкм рт. ст./с. Работоспособность (конструктивная целостность) ЭВУ обеспечивает длительность полета перелетного модуля - 510 суток. Компоненты амилин и гептил до и после испытаний соответствовали требованиям нормативно-технической документации.
Бесплатно
Электродвигатель-маховик с магнитогидравлическими опорами вращения
Статья научная
Для уменьшения возмущающих механических моментов со стороны опоры вращения и увеличения ресурса работы электродвигателей-маховиков, входящих в систему ориентации и стабилизации космических аппаратов, предлагается применять магнитогидравлические опоры вместо шарикоподшипниковых узлов для вращения маховика. К основному элементу магнитогидравлической опоры относится магнитная жидкость, представляющая собой коллоидный раствор однодоменных магнитных частиц, покрытых тонким слоем защитной оболочки поверхностно-активных веществ, что предотвращает слипание частиц в жидкой основе, обладающая высокой текучестью и намагниченностью насыщения. Если немагнитное тело находится в зазоре, заполненном магнитной жидкостью, между двумя областями с повышенным значением магнитного поля, то оно центрируется между ними. Результатом работы является создание электродвигателя-маховика, выполненного на магнитогидравлических опорах с аварийными шарикоподшипниками, который позволяет увеличить стабильность работы роторной системы при вращении, когда на нее действуют не только осевые, но и радиальные силы смещения от внешних механических воздействий на корпус электродвигателя-маховика, и обеспечить необходимое положение вектора кинетического момента. А использование сигнала с датчиков вращения аварийных шарикоподшипников, когда маховик отклоняется из центрального уравновешенного положения, позволяет исключать ложные переключения комплектов электромагнитов при кратковременных ударных воздействиях на корпус электродвигателя-маховика.
Бесплатно
Статья научная
С появлением космических летательных аппаратов, предназначенных для длительного функционирования в космическом пространстве и требующих постоянной ориентации, стали применяться электромеханические исполнительные органы на базе двигателей-маховиков. Это объясняется тем, что суммарная масса управляющего устройства и эквивалентная масса (в соответствии с потребной мощностью) источника энергоснабжения (например, солнечных батарей) в данном случае не зависят от продолжительности работы электромеханического органа на базе двигателя-маховика. В то же время аналогичная характеристика систем управления с реактивными двигателями увеличивается с ростом продолжительности ориентировочного полета. Кроме того, при этом возрастает потребное количество включений реактивных двигателей, что приводит к снижению надежности системы. Поэтому для космических летательных аппаратов, требующих длительной ориентации, применение систем с двигателями-маховиками оказывается более рациональным. Создание нового электромеханического исполнительного органа на базе управляемого по скорости двигателя-маховика для системы ориентации космического аппарата с улучшенными массогабаритными характеристиками позволит экономить потребителям деньги при запуске космических аппаратов. Требование минимальной массы является одним из главных предъявляемых к электромеханическим исполнительным органам. Целью исследования является расчет параметров и разработка конструкции электромеханического исполнительного органа на базе бесконтактного двигателя постоянного тока с улучшенными массогабаритными характеристиками. Это достигается за счет применения плоского статора, выполненного в виде печатного монтажа, при длине статора цилиндрической формы десятки миллиметров сокращаются до 1,5-2 мм, что влечет уменьшение размеров силовой части корпуса исполнительного органа, а соответственно, и массы всего двигателя-маховика. Предметом исследования является комплекс эксплуатационных характеристик управляемого по скорости двигателя-маховика, обеспечиваемых в процессе разработки двигателя-маховика на базе бесконтактного двигателя постоянного тока с печатной обмоткой на дисковом статоре. Результатом выполненной работы является разработанная конструкция двигателя-маховика на базе бесконтактного двигателя постоянного тока с печатной обмоткой на дисковом статоре.
Бесплатно
Электропитание нагревательных элементов двигательной установки стабилизированным переменным током
Статья научная
Использование электрореактивных плазменных двигателей для коррекции орбиты космических аппаратов обусловлено стремлением уменьшить массу двигательной установки за счет снижения расхода рабочего тела. В настоящее время электропитание нагревательных элементов двигательной установки осуществляется постоянным током из-за простоты его измерения и стабилизации. Поскольку требуется гальванически развязанное питание, то на выходе трансформатора устанавливается мощный низковольтный выпрямитель, значительно увеличивающий потери. Кроме того, низкое быстродействие диодов вызывает увеличение уровня помех трансформатора. Электропитание переменным стабилизированным током позволяет улучшить массогабаритные и энергетические показатели системы преобразования и управления, а также снизить уровень помех. Основная проблема при работе со стабилизированным переменным током - изменение его формы в зависимости от сопротивления нагрузки, напряжения питания и длины кабелей, что затрудняет процесс измерения действующего значения и стабилизации тока. Есть несколько способов решения этой проблемы: использование датчика действующего значения тока, входного регулятора постоянного тока и нерегулируемого выходного инвертора, установка выходного L-фильтра. Наиболее перспективен первый из них. Однако в настоящее время из-за сложности реализации датчика эффективнее применение входного регулятора постоянного тока с нерегулируемым выходным инвертором и уменьшенным L-фильтром. Такая схема обеспечивает неизменную форму выходного тока независимо от входного напряжения и сопротивления нагрузки, а L-фильтр исключает влияние кабелей. Исходя из этого, разработана модель устройства электропитания нагревателя катода на переменном токе. Приведены диаграммы её работы при крайних значениях напряжения питания, сопротивления нагрузки и индуктивности кабелей. Полученные результаты позволяют сделать вывод о возможности реализации устройства с требуемыми выходными характеристиками. Электропитание нагревательных элементов двигательной установки на базе электрореактивного плазменного двигателя переменным током - это перспективное направление улучшения массогабаритных и энергетических показателей как системы электропитания, так и двигательной установки в целом.
Бесплатно
Элементы риск-анализа и безопасность полетов
Статья научная
Обозначена проблема анализа рисков катастроф самолетов гражданской авиации. Рассмотрен частный пример выполнения риск-анализа катастроф.
Бесплатно
Энергетическая модель контроллера солнечной батареи
Статья научная
Рассмотрена энергетическая модель контроллера солнечной батареи, методика моделирования и исследования энергетических процессов в системах электропитания, разработанная с помощью системы проектирования MatLab 7.9.
Бесплатно
Энергетическая модель никель-водородных аккумуляторов
Статья научная
Проведен анализ существующих математических моделей химических источников тока. Предложена методика моделирования никель-водородных аккумуляторов. Разработана энергетическая модель никель-водородных аккумуляторов, применяемых в системах электроснабжения космических аппаратов.
Бесплатно
Энергетическая установка космического аппарата с вращающимися аккумуляторными батареями
Статья научная
Приведена классификация источников питания космического аппарата (КА), основные требования, предъявляемые к источникам питания КА и сравнительная оценка аккумуляторных батарей по удельной энергии. Показаны условия возникновения электростатических разрядов на поверхности КА и их характеристики. Рассматривается энергетическая установка, состоящая из вращающихся аккумуляторных батарей с использованием энергии электростатических зарядов для поддержания заданной частоты вращения. Представлены некоторые явления в проводниках второго рода, возникающие в поле центробежных сил. Приведена упрощённая оценка электрических и центробежных сил, действующих на ионы в электролите. Приведены результаты исследования опытного образца и рекомендации по практическому применению энергетической установки.
Бесплатно
Энерговооруженность космических аппаратов и бортовые источники электроэнергии
Статья научная
Изложен общий концептуальный подход к оптимизации по массе сотовых конструкций каркасов панелей солнечных батарей и негерметичных панелей космических аппаратов.
Бесплатно
Энергодвигательные и энергетические установки в проектах освоения космоса XXI века
Статья научная
На основе анализа развития имеющихся средств и возможного создания энергодвигательных установок будущего рассматриваются стратегия и перспективы освоения ближнего и дальнего космического пространства мировым сообществом.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрен автоматизированный энергосберегающий имитационно-натурный комплекс, предназначенный для наземных испытаний систем электропитания космических аппаратов. Комплекс позволяет имитировать работу солнечной батареи, аккумуляторной батареи и бортовой нагрузки. Отличительной особенностью комплекса является комбинирование непрерывных и импульсных методов управления и использование рекуперации потребленной энергии в собственную сеть постоянного тока с целью повышения динамической точности и повышения коэффициента полезного использования энергии. Также рекуперация в сеть постоянного тока снижает энергопотребление комплекса, что при использовании источника бесперебойного питания (ИБП) позволяет увеличить время работы комплекса от аккумуляторов ИБП. В статье рассматриваются вопросы повышения динамической точности и снижения энергопотребления при проведении наземных электрических испытаний систем электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА). В ходе наземных электрических испытаний СЭП КА возникают следующие задачи: необходимо достаточно адекватно воспроизводить статические и динамические свойства как источников энергии СЭП КА, так и потребителей; при энергонагружении СЭП и имитации заряда бортовой аккумуляторной батареи (АБ) необходимо утилизировать потребленную энергию. Статья представляет собой описание автоматизированного энергосберегающего имитационно-натурного комплекса (ЭИНК), структур его подсистем, экспериментальное подтверждение характеристик. Приведен внешний вид ЭИНК. Промышленно выпускаемые имитационно-натурные комплексы, как правило, используют непрерывные или импульсные методы управления. Использование непрерывных методов управления снижает коэффициент полезного использования энергии, поскольку относительно большая часть энергии рассеивается в виде тепла на регулирующих элементах, а также приводит к увеличению массогабаритных показателей из-за необходимости применения теплоотводов. Это затрудняет создание мощных имитационно-натурных комплексов. Использование импульсных методов управления обеспечивает высокое значение коэффициента использования энергии, однако не позволяет получить высокого быстродействия и адекватного воспроизведения быстропротекающих процессов реальных устройств. В данной статье рассмотрено комбинирование непрерывных и импульсных методов управления, что позволяет объединить их преимущества. Для утилизации избыточной энергии в промышленно выпускаемых имитационно-натурных комплексах используется или рассеивание энергии в виде тепла или рекуперация в промышленную сеть переменного тока. Сброс избыточной энергии в виде тепла снижает коэффициент полезного использования энергии, приводит к повышению температуры в помещении (при испытании мощных СЭП), может потребовать систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Рекуперация энергии в сеть переменного тока лишена этих недостатков. Однако она требует согласования параметров рекуперируемой энергии с требованиями промышленной сети посредством ведомых сетью инверторов, что приводит к ухудшению массогабаритных показателей комплекса. Кроме того, рекуперация в сеть переменного тока затруднена при аварийном отключении сети. Это может привести к срыву длительных испытаний. В данной статье рассмотрен метод рекуперации избыточной энергии в собственную сеть постоянного тока комплекса. При этом снижается энергопотребление комплекса, что при использовании источников бесперебойного питания (ИБП) повышает время работы ЭИНК от аккумуляторов ИБП при аварийном отключении сети переменного тока. В выводах статьи подчеркивается, что разработанный ЭИНК обладает следующими преимуществами: возможность уменьшения мощности источника электропитания комплекса минимум в два раза; сохранение работоспособности и увеличение длительности работы от источника бесперебойного питания при отключении промышленной сети переменного напряжения; существенное уменьшение массы и габаритов составных частей ЭИНК.
Бесплатно
Эффективность применения сотовых конструкций в летательных аппаратах
Статья научная
Обоснована эффективность применения сотовых заполнителей и сотовых конструкций в изделиях ракетно-космической техники. Показаны примеры создания современных сотовых конструкций для летательных аппаратов. Описаны новые возможности создания рациональных сотовых конструкций.
Бесплатно
