Представлен метод предварительного решения задачи навигации космического робота по результатам измерений, проводимых с помощью его бортовых оптико-электронных средств. В качестве исходных данных навигационной задачи выступают направляющие косинусы вектора ориентации космического робота в абсолютной геоцентрической экваториальной системе координат с привязкой ко времени в течение одного витка. Получены аналитические выражения для определения неизвестных параметров движения центра масс космического робота в виде кеплеровских элементов орбиты. Показано, что для определения прямого восхождения восходящего узла, наклонения и большой полуоси орбиты космического робота используется информация об ориентации его радиуса-вектора в различные моменты времени, а для определения аргумента перигея, момента прохождения перигея и эксцентриситета орбиты используется угловая орбитальная скорость космического робота, которая определяется по результатам оценивания скорости изменения ориентации его радиуса-вектора во времени. Представленные результаты могут быть использованы при разработке программного обеспечения систем навигации, позволяющих автономно определять параметры орбиты космического робота с помощью бортовых оптико-электронных датчиков при отсутствии априорной информации о параметрах опорной орбиты или сигналов от спутниковых радионавигационных систем.
Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение
2020. — Выпуск 2
Содержание:
Приведена математическая постановка задачи синтеза образа сложных жгутов как составной части бортового комплекса оборудования летательных аппаратов. Данная задача возникает при проектировании бортовой кабельной сети отдельно взятого летательного аппарата. Описывается язык, который используется при формировании основы прикладных методов синтеза структур совокупности объектов, абстрагируясь от их конкретной природы, но учитывая их взаимное расположение и свойства, характеризующиеся различными признаками. Поставлена задача синтеза сложного жгута в замкнутой форме и предложен алгоритм её решения. Составлена матрица соотношений между совокупностью объектов и множеством их признаков. Применительно к простым жгутам бортовой кабельной сети введены признаки и описаны их качественные значения, характеризующие многообразие и сложность исследуемых объектов. На примере десяти простых жгутов кабины произвольного летательного аппарата приведён пример составления матрицы соотношений объектов и признаков, ранжированных в определённом порядке. На основе алгоритмов сравнения значений признаков сформулирован вывод об агрегировании объектов в классы, среди которых объединение простых жгутов в сложный наиболее целесообразно.
Ключевые слова
Рассмотрено возмущённое движение гиперзвуковой первой ступени авиационно-космической системы на этапе набора высоты с разгоном. Возмущениями являются отклонения плотности атмосферы от значений стандартной модели. Принят многошаговый процесс управления. На каждом шаге управления методом принципа максимума Понтрягина определяется командная программа угла атаки. На первом шаге используется номинальная программа управления. Представлены результаты моделирования возмущённого движения с командным управлением углом атаки для предельно «разреженной» и предельно «плотной» атмосферы. Для «разреженной» и «плотной» атмосферы в конце участка набора высоты с разгоном при решении краевой задачи нарушается ограничение по углу атаки. При сохранении последнего командного управления, полученного в результате решения краевой задачи, заданные конечные условия по скорости и высоте выполняются. Конечное значение угла наклона траектории для «разреженной» атмосферы меньше заданного на 10%, для «плотной» атмосферы - больше на 12%.
Ключевые слова
Основным способом повышения эффективности газотурбинных двигателей является увеличение параметров цикла. Однако рост степени повышения температуры и давления по тракту двигателя приводит к усилению тепловой нагрузки на лопатки соплового аппарата турбины, что значительно снижает ресурс. Задача сохранения ресурса особенно важна для малоразмерных газотурбинных двигателей, поскольку их ограниченные габариты не позволяют реализовать многие мероприятия по охлаждению лопаток соплового аппарата. В сложившихся условиях возрастает роль контроля тепловой нагруженности элементов таких двигателей, что ужесточает требования к точности управления по основным регулируемым параметрам (оборотам ротора двигателя и температуре газа за турбиной). Повышение качества управления в современных газотурбинных двигателях решается за счёт использования бортовых математических моделей двигателя. Рабочие процессы, описываемые такими моделями, характеризуются быстротечностью и значительным перерегулированием, что предъявляет высокие требования к точности моделирования. Однако вопросы точного и в то же время ресурсосберегающего расчёта быстропеременных процессов изменения оборотов ротора и температуры газа за турбиной остаются малоизученными. В работе использовались нейросетевые методы для моделирования нестационарных режимов малоразмерных газотурбинных двигателей. С использованием данных, полученных в результате огневых испытаний двигателя JetCat P-60, создана его регрессионная нейросетевая модель. Главным вопросом, возникшим при создании модели, было описание динамики быстропеременных процессов с ярко выраженным перерегулированием. Для этого была проведена модификация архитектуры классической LSTM сети, суть которой сводилась к добавлению функциональной зависимости выходного узла от тензора памяти. Это позволило сделать размер памяти независимым от количества выходов модели и тем самым повысило точность моделирования. Разработанной архитектуре было предложено новое название - VMLSTM сеть. В результате сравнения с традиционной сетью Элмана и классической LSTM сетью разработанная VMLSTM сеть показала наименьшее значение средней ошибки при сопоставимом количестве изменяемых параметров модели. Кроме этого, в отличие от существующих нейросетей, разработанная сеть продемонстрировала возможность моделирования забросов температуры газа за турбиной в моменты изменения режима работы двигателя. Разработанная архитектура нейросети повысила достоверность моделирования динамики малоразмерного газотурбинного двигателя как объекта управления, что в условиях экономного использования вычислительных ресурсов открыло возможности её применения в бортовых электронно-вычислительных машинах.
Ключевые слова
Разработана цифровая (конечно-элементная) модель нагрева и плавления слоя металлического порошка в условиях его нагрева лазерным потоком тепла с использованием современного стандартного программного продукта для оценки геометрических параметров ванны расплава, возникающей в процессе воздействия лазерного излучения на слой металлического порошка титанового сплава ВТ6. В модели учитывается скрытая теплота, высвобождаемая при фазовом переходе материала; плавление материала в диапазоне температур солидуса и ликвидуса; излучение и конвекция с поверхности слоя металлического порошка. Установлено, что основной причиной образования пористости в материалах, синтезируемых технологией селективного лазерного сплавления, является образование межслойных дефектов, возникающих из-за недостаточного проплавления между слоями или недостаточного перекрытия между треками. Так глубина ванны расплава должна составлять не менее 1,5 толщины слоя для синтеза плотного материала. Результаты численного моделирования позволили определить диапазон технологических параметров сканирования, при применении которых образуется ванна расплава глубиной более 75 мкм.
Ключевые слова
Методом конечных элементов с использованием объёмной модели (3D-модели) деформации пакета редактора «Ansys» выполнено решение задачи о циклическом сжатии многослойного многопролётного гофрированного пакета с учётом его пластической деформации, сложного закона её распространения и взаимных упругих проскальзываний с сухим трением по вершинам гофров и в локальных областях в вершинах гофров по лентам пакета, справедливое для любой геометрической формы гофра. Это решение можно рассматривать как вторую часть общей сложной нелинейной задачи о циклическом сжатии многослойного многопролётного гофрированного пакета с сухим трением на контактных поверхностях. Полученное решение позволяет построить любые процессы загрузки в поле упругогистерезисных петель пакета. Проведено сравнение упругофрикционных характеристик пакета, полученных расчётом, с экспериментальными, показавшее их хорошее совпадение. Исследовано влияние параметров гофрированного пакета на его упругофрикционные характеристики. Определён ряд свойств пакета, позволивших сделать выводы и сформулировать рекомендации, позволяющие почти во всех случаях практического использования гофрированных пакетов определиться с числом лент пакета, требуемой точностью изготовления гофров его лент, выбором геометрической формы гофров. Полученное решение может быть использовано для определения эффективности бамперного и пенальных защитных устройств при краш-испытаниях автомобиля на фронтальный и боковой удары и определения расчётным подбором оптимальных параметров этих устройств. Отдельные результаты и рекомендации работы могут быть полезными для расчётного подбора параметров демпфирующих элементов блисков, пустотелых широкохордых лопаток вентиляторов авиационных газотурбинных двигателей, кольцевых демпферов опор роторов ракетных двигателей, демпфирующие элементы которых выполнены в виде многослойных многопролётных гофрированных пакетов.
Ключевые слова
Полые тонкостенные детали, широко используемые в конструкциях машин, целесообразно производить из трубных заготовок. В существующих методах производства полых изделий формоизменение трубной заготовки производится в холодном её состоянии. При этом из-за ограниченной пластичности заготовки детали сложной формы производят за несколько переходов, что повышает себестоимость их производства. Разработано новое устройство, осуществляющее штамповку полых изделий с нагревом трубной заготовки. Оно содержит камеру сгорания и рабочий цилиндр, разделённые между собой поршнем. Нагрев и формоизменение заготовки осуществляется под действием давления продуктов сгорания сжатой топливной смеси, подаваемой в полость заготовки из рабочего цилиндра. Исследование проведено на основе известных уравнений термодинамики и уравнения теплового баланса процесса сгорания газообразного топлива. Установлено, что соотношение объёмов в камере сгорания и рабочего цилиндра должно быть в пределах 2,5...5, соотношение объёмов рабочего цилиндра и полости трубной заготовки - в пределах 2...2,5. Это обеспечивает увеличение давления газа в полости заготовки в 25...32 раза, в результате чего давление газа достигает 50…65 МПа, а его температура 2300 °С. Благодаря этому процесс штамповки осуществляется в интервале температур горячей обработки, что даёт возможность штамповать детали сложной формы за одну операцию.
Ключевые слова
Для интеллектуальных систем диагностирования энергетических и технологических комплексов, основанных на измерении динамических параметров, необходимо обеспечивать соответствующую информативность применяемых средств измерения. Датчики и измерительная аппаратура должны обладать достаточной точностью, надёжностью, быстродействием и стабильностью характеристик. Типы датчиков для измерения динамических параметров выбираются в зависимости от структуры системы и рабочих сред. Это могут быть, например для электрогидромеханических систем указанных комплексов, датчики давления, расхода и температуры рабочих сред, перемещения подвижных элементов, вибраций корпусных деталей. Тип датчика, предусмотренного для применения в системе диагностирования, во многом определяется степенью динамичности протекающих в ней процессов. Необходимо, чтобы датчики удовлетворяли предъявляемым к ним требованиям по быстродействию. Если датчики обладают малым быстродействием, чем необходимо по динамичности процессов в электрогидромеханической системе, то это может привести к динамической погрешности измерения и ошибке в диагнозе технического состояния. В технической литературе требование по быстродействию датчиков даётся указанием на то, что оно должно быть на порядок выше, чем динамика протекающих в системе процессов. Такой подход неприемлем при выборе типа датчиков для систем диагностирования с учётом динамики процессов. Во-первых, датчиков для измерения с таким требуемым параметром может не оказаться. Во-вторых, даже если имеется датчик с близким по быстродействию с динамикой процессов в системах параметром, необходимо заранее знать, к какой динамической погрешности это может привести и как это отразится на точности системы диагностирования. В работе получена аналитически обобщённая зависимость динамической погрешности измерения параметров в электрогидромеханических системах от относительного быстродействия датчиков, которая позволяет выбрать датчик с динамической погрешностью, не превышающей заданную величину. На примере гидравлической системы вертолёта МИ-8 показан расчёт динамической погрешности измерения.
Ключевые слова
В ходе акустической диагностики многовальных приводов на основе цилиндрических прямозубых колёс специалист-диагност сталкивается с проблемой чрезмерной насыщенности анализируемого сигнала различного рода частотными составляющими. Сокращение объёма анализируемых данных может привести к потере важной диагностической информации. Поэтому для того, чтобы снизить нагрузку на диагноста и при этом сохранить точность диагностики локального повреждения зуба зубчатого колеса, необходимо выявить перечень информативных частотных составляющих. Они должны реагировать на появление данного дефекта в зоне зубозацепления и иметь достаточно хорошо изученную математическую основу, что даст возможность использовать методы их автоматического определения. Полученный цифровой образ позволит применить для его обработки искусственные нейросетевые модели.
Ключевые слова
В настоящее время основное направление совершенствования камер сгорания авиационных газотурбинных двигателей и наземных газотурбинных установок связано с уменьшением концентрации вредных веществ в отработанных газах при обеспечении экономичности и эксплуатационной эффективности. Особая роль в конструктивном облике газотурбинных двигателей и газотурбинных установок отводится решению проблемы организации рабочего процесса горения, т.е. разработке малоэмиссионной системы сжигания, обеспечивающей высокую эффективность и экологическую безопасность. Таким образом, экология сегодня определяет не только облик камеры сгорания, но и двигателя в целом. Представлено обобщение результатов отработки системы малоэмиссионного сжигания топлива в различных видах камер сгорания конвертируемых (авиапроизводных) газотурбинных установок и примеры единого подхода к вопросу создания конструктивного облика малоэмиссионной камеры сгорания.