Авиационная и ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
Влияние атомов примеси на скорость диффузии лития в кристаллическом кремнии
Статья научная
Квантово-химическим методом DFT исследовано влияние атомов примесей (Al, B, C, Ge, P) на скорость диффузии лития в кристаллическом кремнии. Для этого произведен расчет величин потенциальных барьеров для переходов атома лития между потенциальными минимумами вблизи атомов примеси. Показано, что наличие атомов Al и Ge вблизи атома лития снижает высоту энергии перехода на 0,02-0,07 эВ, а присутствие атомов углерода или бора увеличивает энергию перехода на 0,14-0,17 эВ. При этом атомы фосфора не вносят существенного вклада в величину энергии перехода. Вычисленные коэффициенты диффузии показывают, что внесение примесных атомов Al и Ge в кремний ускоряет диффузию лития в ~4 раза при Т = 300 К.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено влияние деструктивных факторов окружающей среды, таких как влажность, перепад температур, ультрафиолетовое излучение, на адгезионную прочность, микроструктуру и радиоотражающие свойства покрытий на рефлекторах антенн из полимерных композиционных материалов (ПКМ). В качестве образцов использовались углепластики и стеклопластики различных схем армирования. Радиоотражающие покрытия представляют собой многослойную композицию, нанесенную методом вакуумной металлизации магнетронным способом. Для нанесения покрытий была разработана схема компоновки вакуумной камеры, позволяющая наносить многослойные покрытия на изделия большой площади за одну загрузку камеры, что позволяет повысить качество и производительность процесса нанесения покрытия. Для проведения исследований было проведено напыление одно- и двухслойных покрытий на образцы из углепластика и стеклопластика. После нанесения покрытий были проведены испытания полученных образцов в климатической камере. Проведены исследования адгезионной прочности нанесенных покрытий до и после климатических испытаний, которые показали, что двухслойные покрытия имеют большую прочность сцепления, чем однослойные. У однослойных покрытий адгезия составляет 1-2 балла, у двухслойных - 0-1 балл по ISO 2490. Заметного влияния деструктивных факторов на адгезионную прочность не выявлено. Исследования морфологии и элементный анализ покрытий показали, что покрытие распределено равномерно по поверхности и заметных изменений после испытаний в климатической камере не обнаружено. Таким образом, можно сделать вывод о том, что покрытия, нанесенные по предложенной технологии, являются стойкими к действию окружающей среды и могут быть использованы в качестве радиоотражающих покрытий наземных рефлекторов антенн.
Бесплатно
Влияние закалки на остаточные деформации деталей летательных аппаратов из алюминиевых сплавов
Статья научная
Проведено численное моделирование процесса закалки с учетом эффекта погружения методом конечных элементов. Моделирование производилось с учетом температурной зависимости характеристик материала и коэффициента конвективного теплообмена. Были получены распределения тепловых полей и напряжений в заготовке в процессе погружения и охлаждения в закалочной среде, распределения остаточных закалочных напряжений и деформаций после закалки. Установлено влияние направления погружения заготовок в закалочную среду на характер и величину образующихся остаточных напряжений. Для подтверждения результатов численного моделирования была проведена серия натурных экспериментов. Результаты, полученные при проведении экспериментов, хорошо согласуются с результатами численного моделирования.
Бесплатно
Влияние операций упрочнения на усталостную долговечность элементов конструкций авиационной техники
Статья научная
Выполнена экспериментальная проверка принципиальной возможности реализации способа упрочнения эле- ментов конструкций и исследовано влияние конструктивно-геометрических параметров деформируемого контур- ного подкрепления на усталостную долговечность плоских образцов с центральным круглым отверстием.
Бесплатно
Статья научная
Для исследования элементов конструкций аэрокосмических аппаратов особый интерес представляет метод непрерывного вдавливания шарового индентора, так как этот метод может использоваться при испытаниях непосредственно на месте эксплуатации без изготовления образцов стандартных размеров. Проведенный анализ предлагаемого устройства, реализующего метод непрерывного вдавливания шарового индентора с записью диаграммы «сила - глубина вдавливания», на предмет погрешности измерения глубины вдавливания показал минимальную погрешность измерения глубины вдавливания благодаря размерной цепи с малым количеством звеньев стабильных размеров и оригинальным решениям, позволяющим определять глубину вдавливания шара по перемещению верхней точки шара. Единственным звеном размерной цепи, изменяющим свои размеры под нагрузкой, является вдавливаемый шар. Также рассмотрено численное решение задачи о вдавливании упругого шара в упруго-пластический образец. Целью исследования является установление вклада осевой деформации шара под нагрузкой на величину измеряемой глубины вдавливания шара по перемещению верхней точки шара и возможность определения реальной глубины вдавливания шара при исследованиях механических свойств материала, использующих метод вдавливания шарового индентора. Для исследования контакта шара и образца была использована программа ANSYS Multiphysics 15.0, реализующая метод конечных элементов для решения задач теории упругости и пластичности с учетом контактного взаимодействия двух тел. В процессе исследования было установлено, что величина относительной осевой деформации шара остается постоянной в упругой области нагружения образца и зависит от отношения модулей упругости шара и образца. Это позволило получить поправочную зависимость, по которой, зная модули упругости шара и образца, можно получить вклад осевой деформации шара и реальную величину глубины вдавливания шара. Таким образом, используя предлагаемое устройство и найдя верхнюю точку перемещения шара, можно определить реальную глубину вдавливания шара с учетом вклада осевой деформации шара.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе рассмотрена конструкция двух камер сгорания газотурбинного двигателя, работающего на природном газе. В одной камере сгорания имеется 32 горелки, в другой - 136 форсунок, расположенных в два яруса во фронтовом устройстве. Основным фактором, влияющим на глобальное потепление, считаются значительные объемы выбросов парниковых газов, в первую очередь углекислого (СО2), выделяющихся в том числе при работе газотурбинных двигателей и энергетических установок. Снижение уровня СО2 путем формирования набора конструктивных мероприятий в камере сгорания - одна из актуальных задач двигателестроения, которую необходимо решить для удовлетворения современных экологических требований, предъявляемых к газотурбинным двигателям, служащим приводами нагнетателей газоперекачивающих агрегатов. Представленное исследование посвящено анализу влияния изменения конструкции камеры сгорания на снижение уровня СО2 в выхлопных газах газотурбинного двигателя НК-16СТ. Рассмотрено две модификации. Первый вариант - серийная камера сгорания с организацией диффузионного горения, второй - модернизированная с измененным фронтовым устройством. Каждая из рассмотренных камер была испытана в составе двигателя. Во время исследования непосредственно в шахте выхлопа производился отбор продуктов сгорания и определялись их концентрации, в том числе содержание СО2. В результате проведенных работ была подтверждена возможность уменьшения уровня концентрации СО2 в продуктах сгорания двигателя до 20 % без ухудшения его параметров. Такого эффекта удалось достигнуть за счет снижения полноты сгорания топлива в камере сгорания. Полученные данные по изменению концентрации СО2 могут быть полезны при выборе наиболее подходящего режима работы двигателя во время его эксплуатации, а представленные подходы к организации процессов горения - использованы разработчиками при проектировании камер сгорания газотурбинных двигателей на природном газе.
Бесплатно
Влияние положения несущих консолей на аэродинамические характеристики амфибийных платформ
Статья научная
Проведен анализ влияния выноса консолей относительно центроплана на аэродинамические характеристи- ки несущей системы в целом, получены функциональные зависимости коэффициентов подъемной силы, индук- тивного сопротивления, продольного момента транспортной амфибийной платформы компоновки «состав- ное крыло».
Бесплатно
Статья научная
Одной из сложных задач при разработке жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) является обеспечение его надёжного и стабильного запуска. В этот период работы двигателя в процессе его отработки наиболее часто возникают аномальные и аварийные ситуации. Чаще всего это связано с большим разбросом массового расхода компонентов топлива, поступающих в газогенератор и камеру сгорания. На моменты поступления и величины расходов существенное влияние оказывают процессы заполнения свободных объемов смесительных головок газогенератора и камеры сгорания. От соотношения компонентов, поступающих в них, зависит раз- витие рабочих процессов и, в частности, температура генераторного газа. От величины температуры зави- сит работоспособность соплового аппарата и лопаток турбины. Очень важно в процессе запуска двигателя не допускать больших температурных всплесков в газогенераторе, особенно для двигателей с окислительной схемой газогенерации, так как в окислительной среде возгорание элементов газового тракта возможно при относительно невысоких температурах газа. Рассматривается вопрос заполнения смесительных головок газогенератора и влияние этого процесса на динамику бесстартерного запуска жидкостного ракетного двигателя. Проводится анализ конструкций газо- генераторов и их смесительных головок, рассмотрены особенности организации рабочего процесса в полостях газогенератора. Для теоретического анализа поставленной задачи используется нелинейная математическая модель ЖРД. С её помощью проведено исследование запуска ЖРД с учетом и без учета вдува газа в смесительную головку газогенератора. Вдув газа - это один из способов дозирования расхода компонента топлива, существенно улу- чающий распыл компонента, поступающего в зону горения. При рассмотрении процесса запуска газогенера- тора без вдува газа исследуются различные формы функций истечения горючего из смесительной головки. По- казано, что форма функции истечения существенно влияет на наличие и амплитуду температурного всплеска в газогенераторе. Для того чтобы результаты математического моделирования запуска ЖРД были адекватны натурным испытаниям двигателей, необходимо проведение специальных экспериментов по заполнению смесительных головок как на высококипящих, так и на низкокипящих компонентах топлива.
Бесплатно
Влияние сопротивления лицевого слоя солнечного элемента на выходные характеристики устройства
Статья научная
Рассмотрено влияние сопротивления лицевого слоя солнечного элемента (СЭ) на выходные характеристики устройства. Солнечные элементы активно используются в производстве солнечных батарей космических аппаратов, и эффективность работы СЭ влияет на время жизни изделия. В настоящее время прилагаются значительные усилия для увеличения эффективности солнечных элементов (СЭ). Минимизация сопротивления n + -канала позволяет улучшить качество СЭ при длительной эксплуатации изделия, например, в условиях радиационного воздействия в космосе. Поэтому интересно рассмотреть более точные модели учета влияния омических потерь n + -канала на вольт-амперные характеристики СЭ. На основе дифференциальных уравнений для распределения потенциалов и токов в лицевом n + -слое солнечных элементов n + -p-типа получено выражение для их вольт-амперных характеристик (ВАХ) в зависимости от параметров лицевого слоя. Это позволило уточнить влияние сопротивления лицевого n + -слоя (R) на выходные характеристики СЭ (I кз , V хх , коэффициент заполнения), связав их с параметрами n + -p-перехода. Предложен простой алгоритм численного решения указанных уравнений с расчетом ВАХ СЭ. Показано, что при сопротивлении лицевого слоя R > R п (~ 4 Ом/см 2 ) ток короткого замыкания (I кз ) и коэффициент заполнения () уменьшаются обратно пропорционально, а при R п ВАХ практически не зависит от R. Полученные результаты могут быть использованы при анализе работы солнечных батарей космических аппаратов.
Бесплатно
Влияние способа подачи топлива в камеру сгорания на качество смешения и образование оксида углерода
Статья научная
Сжигание топлива в камере сгорания газотурбинного двигателя сопровождается образованием токсичных веществ. Особую опасность среди них представляют окислы углерода, оказывающие вредное воздействие на человека и окружающую среду. В связи с этим в статье решается актуальная задача по определению оптимального способа подачи газообразного топлива в камеру сгорания ГТД для обеспечения низкого выброса СО. В работе представлены особенности конструкции форсунок, которые работают с раздельной подачей воздуха и топлива. В качестве топлива используется природный газ. Одна из рассмотренных форсунок обеспечивает струйную подачу топлива при помощи перфорированного распылителя, а другая - закрученную подачу топлива при помощи завихрителя, встроенного в топливный канал. Также приведены основные геометрические параметры форсунок, такие как размеры завихрителя, количество лопаток, диаметр выходного сопла. Произведено определение качества подготовки топливовоздушной смеси в закрученной струе на выходе из горелок с двумя типами форсунок. Установлено, что наилучшее качество смешения обеспечивает форсунка со струйным распылом топлива. Рассмотрена конструкция имитатора жаровой трубы, в который помещается испытываемая форсунка. Представлена конструкция стендовой установки, предназначенной для испытания форсунок в имитаторе жаровой трубы, а также режимы, при которых данные испытания проводились. Получены результаты в имитаторе жаровой трубы с установленными струйными форсунками и форсунками с подачей закрученной топливной струи. Проведен анализ, по результатам которого сделаны выводы об эффективности применения струйных форсунок. В соответствии с проведенными исследованиями параметры форсунки с подачей закрученной топливной струи характеризуются наличием высоких значений уровня СО в продуктах сгорания, что объясняется крайне низким качеством перемешивания топлива с воздухом и, следовательно, низкой эффективностью сжигания топлива. Форсунка со струйной подачей топлива имеет низкие значения СО, что свидетельствует о хорошем качестве смешения топлива с воздухом и высокой эффективности организации горения. В результате получены рекомендации о постановке выбранного типа форсунок в полноразмерную камеру сгорания.
Бесплатно
Статья научная
Ресурс основных частей планера летательного аппарата (ЛА) определяется усталостной долговечностью деталей с концентраторами напряжений, работающих в условиях повторно-циклических деформаций растяжения или растяжения-сжатия. Основное повреждение в конструкционный материал вносят нагрузки растяжения.
Бесплатно
Статья обзорная
Рассматривается влияние условий прохождения СРНС ГЛОНАСС И GPS на погрешность определения относительных координат.
Бесплатно
Статья научная
Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) является одним из приоритетных направлений развития российской космонавтики. В настоящее время значительное развитие получили космические аппараты радиолокационного наблюдения. Традиционно космические аппараты ДЗЗ радиолокационного наблюдения используют односторонний или двусторонний боковой обзор (электрическая ось антенны отклонена от направления в надир) в режиме синтезированной апертуры. Радиолокационные снимки получают при активном методе съёмки. Эффективность использования космических систем дистанционного зондирования Земли оценивается в том числе разрешающей способностью и периодичностью наблюдения. Повысить периодичность обзора можно путём увеличения количества космических аппаратов в орбитальной группировке, увеличения ширины полосы обзора или путем изменения мгновенной зоны обзора. Для увеличения эффективности использования космических систем ДЗЗ предлагается использовать радиолокационный комплекс с круговым обзором. При использовании кругового обзора с сохранением углов наблюдения, при которых работает радиолокационный комплекс, мгновенная зона обзора принимает форму кольца с центром в подспутниковой точке. Для сравнения эффективности использования космических аппаратов ДЗЗ радиолокационного наблюдения с различными формами мгновенной зоны обзора были произведены расчёты коэффициента покрытия (доли поверхности Земли, которая осмотрена космическим аппаратом) для различного количества витков, а также приведён сравнительный анализ времени достаточного осмотра заданного широтного пояса. Расчёты проводились с использованием имитационного моделирования полёта космического аппарата, при котором учитываются размеры и формы мгновенной зоны обзора, её расположение относительно трассы полёта космического аппарата, полёт космического аппарата моделируется с учётом возмущающих сил. Результаты расчётов показывают, что на периодичность, а следовательно, на эффективность обзора земной поверхности существенное влияние оказывает форма мгновенной зоны обзора. В целях повышения эффективности использования космических систем ДЗЗ радиолокационного наблюдения целесообразно рассмотреть возможность создания бортового радиолокационного комплекса кругового обзора.
Бесплатно
Статья научная
Одной из основных частей акустической испытательной установки является реверберационная комната, внутри которой и сосредоточена вся акустическая мощность, направляемая на возбуждение вибраций объекта испытаний. Правильная научно обоснованная форма реверберационной комнаты и ее объем позволяют значительно оптимизировать мощностные и финансовые параметры испытательного стенда. Основой оптимальности установки является плотность спектра собственных частот (плотность мод) реверберационной комнаты. При создании диагностической установки могут быть учтены и динамические свойства конструкции космического аппарата (КА). Например, чтобы возбудить колебания КА на собственных формах, необходимо, чтобы в спектре реверберационной камеры присутствовали частоты резонансов объекта исследования. Если резонансы КА на частотной шкале слишком часты или не определены, то идеальная камера для исследований КА должна иметь сплошной спектр собственных частот. И хотя на практике создание таких камер невозможно, выбор формы и размеров реверберационной камеры оказывает существенное влияние на плотность собственных частот, т. е. близость звукового поля к диффузному. Рассматривается задача нахождения собственных частот акустических колебаний реверберационных камер различных форм. Приведены формулы для расчета собственных частот камер, имеющих форму параллелепипеда, цилиндра и полого цилиндра. Проведено численное моделирование спектра собственных частот при разных соотношениях линейных размеров камер. Представлены результаты сравнительного анализа плотности мод камер различных форм друг с другом и с теоретически полученным значением плотности. Результаты численного исследования показали достаточную для проведения акустических вибрационных испытаний плотность собственных частот цилиндрической камеры и цилиндрической камеры с помещенным в нее КА. Сделан вывод о возможности использования сооружений цилиндрической формы для создания акустических испытательных установок для вибродиагностики КА и ракет.
Бесплатно
Возможности коммерциализации инновационных разработок вуза
Статья научная
Исследование направлено на оценку перспектив коммерциализации научных разработок. В качестве теоретической основы использована концепция отраслевой технологической траектории, объясняющая наличие связи между отраслевыми особенностями и инновационным поведением. Предложена систематизация существующих инновационных разработок, проведен анализ их основных характеристик. Полученные возможности предложения инноваций сопоставлены с готовностью восприятия этих разработок промышленными предприятиями региона.
Бесплатно
Статья научная
Учитывая, что в последнее время активно разрабатывается тема использования метано-водородных смесей в качестве топлива для газотурбинных двигателей, используемых в составе энергетических установок, необходимо иметь инженерные методики по расчету топливной системы и камеры сгорания двигателей, работающих на таком топливе. В данной статье предлагается методика, позволяющая выполнить такие расчеты. Для расчета взята газотурбинная установка на базе конвертированного авиационного двигателя НК-16СТ. Расчет по данной методике производится в три этапа. На первом этапе выбирается состав и определяются теплофизические характеристики рассматриваемого газа. На втором - производится расчет топливной системы, строятся расходные характеристики топливной системы двигателя и системы камеры сгорания. Производится сравнение расходных характеристик, построенных для природного газа и метано-водородной смеси. Данный анализ позволяет выработать рекомендации по оптимизации конструкции топливоподводящей аппаратуры и топливных форсунок в части изменения объема внутренних каналов. На третьем этапе производится расчет камеры сгорания и вырабатываются рекомендации о необходимости изменения фронтового устройства или перераспределения воздуха по длине жаровой трубы. С помощью параметра объемной теплонапряженности выполняется оценка достаточности имеющегося объема жаровой трубы для работы на метановодородной смеси и определяется средняя температура газа в зоне горения камеры сгорания. По результатам выполненной работы подтверждена возможность работы газотурбинной установки НК-16СТ на метано-водородной смеси, сделаны выводы, что для подвода больших объемов метано-водородной смеси, по сравнению с природным газом, требуется увеличить размеры топливных трубопроводов, агрегатов дозирования, регулирования и топливных форсунок.
Бесплатно
Статья научная
В течение срока активного существования (САС) на разных типах орбит космические аппараты (КА) подвергаются воздействию различных факторов космического пространства (ФКП). Основным фактором, оказывающим влияние на работоспособность радиоэлектронной аппаратуры, является ионизирующее излучение космического пространства (ИИКП). Основной эффект, связанный с воздействием ИИКП на КА (дозовые эффекты), по своей физике определяется дозой излучения, поглощенной в комплектующих изделиях электронной компонентной базы (ЭКБ) и материалах конструкции в течение всего САС. Данным эффектом объясняются отказы в работе радиоэлектронной аппаратуры, обусловленные деградацией параметров используемых изделий ЭКБ и материалов. Расчёт уровней воздействия поглощённых доз в зависимости от различных параметров орбиты - необходимая и важная задача для обеспечения функционирования КА в течение заданного САС, так как на основании уровней воздействия на орбите базируются расчёты радиационной стойкости. Ключевым, с точки зрения минимизации массовой защиты и объёма испытаний критичных изделий ЭКБ, является проведение расчётов с учётом конструктивных особенностей КА и бортовой аппаратуры (БА). Кроме учёта конструкции КА и БА, важным аспектом при проведении расчётов радиационной стойкости является учёт взаимного расположения БА в составе КА. В данной статье рассмотрена возможность унификации требований по радиационной стойкости для КА с различными орбитами функционирования и САС, а также возможность проведения унифицированного расчёта без учёта конструктивных особенностей КА, БА и взаимного расположения в составе КА.
Бесплатно
Вопросы методологии индивидуального продления ресурсов агрегатам воздушных судов гражданской авиации
Статья научная
В системах воздушных судов гражданской авиации условия нагружения и отработки ресурсов однотипных агрегатов часто существенно различаются. Обсуждается возможность и методология учета этих особенностей и дифференцированного подхода к назначению ресурсов.
Бесплатно
Статья научная
Обсуждаются вопросы методологии обеспечения безопасности полетов, связанные как с разобщенностью систем сертификации разработчиков и эксплуатантов авиационной техники, так и с приходом к стратегии эксплуатации по фактическому техническому состоянию.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены вопросы обеспечения стойкости высоковольтных солнечных батарей (БС) космических аппаратов (КА) к воздействию вторичных дуговых разрядов. Исследования в этой области продолжаются уже более 50 лет, но ответа на все возникающие вопросы пока не найдено. Прежде всего, это связано со сложностью электрофизических процессов, протекающих на поверхности БС КА в космосе и в лабораторных условиях. Вторая причина - случайный характер вторичных дуговых разрядов, который требует применения специальных методов испытаний, позволяющих подтвердить эффективность и надежность выбранных конструкторско-технологических решений. Испытания в условиях, приближенных к натурным, не позволяют решить эту задачу. В статье приведен ретроспективный обзор публикаций по физическим особенностям вторичных дуговых разрядов, возникающих на БС КА, механизмам их инициирования, экспериментальным методам исследований и испытаний. Значительное внимание уделено вопросам возникновения вторичных дуговых разрядов на БС КА в условиях ионосферной плазмы и плазмы, генерируемой электроракетными двигателями. Показано, что, несмотря на большой объем накопленных данных и знаний, переход от низковольтных БС к высоковольтным остается сложной научно-технической проблемой, для решения которой необходимо проведение дополнительных исследований. Кроме того, уже сейчас надо начинать готовить кадры, владеющие широким спектром знаний и способные работать по данной тематике. Для этого представляется целесообразной организация отраслевой НИР, а также выделение целевых средств на подготовку высококвалифицированных специалистов и проведение ими самостоятельных исследований. Такой подход позволит в кратчайшие сроки решить проблему создания высоковольтных БС и подготовить кадры для дальнейшего развития этой технологии.
Бесплатно
