+
Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение
2017. — Выпуск 1
Содержание:
+
Рассматривается разработка информационно-управляющей системы (ИУС) российского сегмента (РС) Международной космической станции (МКС). ИУС служит для обеспечения проведения космических экспериментов в автоматическом или ручном режиме управления от экипажа. В целях создания высокотехнологичных условий проведения научных исследований на РС МКС в РКК «Энергия» ведутся работы по модернизации ИУС на служебном модуле (СМ), созданию ИУС на планируемом многоцелевом лабораторном модуле «Наука» (МЛМ) и научно-энергетическом модуле (НЭМ). Задача модернизации ИУС возникла в 2012 году. На тот момент в состав ИУС СМ входили Laptop экипажа, сетевые средства Ethernet и 4 бортовых компьютера. Процесс создания информационно-управляющих систем и их программного обеспечения для проведения научных экспериментов на долговременных орбитальных станциях не регламентировался формализованными технологиями. Основная задача при разработке новых средств заключалась в устранении разнородности используемых аппаратно-программных решений и проектировании архитектуры системы для её последующего расширения на новых модулях с учётом опыта разработки и отработки интегрированных систем управления на российском сегменте МКС. На первом этапе была запланирована замена одного компьютера, входящего в состав ИУС СМ. Целью первого этапа модернизации являлось тестирование новых аппаратно-программных средств на борту для подтверждения правильности выбранных проектных подходов. Вторым этапом в построении ИУС СМ планируется замена оставшихся компьютеров. Основная цель этапа связана с увеличением количества одновременно проводимых экспериментов на СМ РС, сокращением срока их разработки и повышением эффективности и качества ИУС. Практическим результатом модернизации ИУС СМ стало проведение ряда высокотехнологичных научных экспериментов. В 2014 году совместно с компанией UtrheCast (Канада) на МКС были установлены две съёмочные камеры. В настоящее время идёт наземная подготовка эксперимента с научной аппаратурой «Икарус», проводимого совместно с Германским центром авиации и космонавтики, компанией SpaceTech GmbH (Германия). Опыт, полученный в ходе первого этапа модернизации, позволяет утверждать, что ИУС РС МКС станет современной системой, позволяющей в автоматическом режиме реализовывать самые амбициозные космические эксперименты на базе МКС.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Представлены результаты анализа точности автономной навигации космического робота при решении задачи дистанционной диагностики технического состояния орбитального объекта, совершающего полёт по компланарной орбите. В качестве первичных навигационных параметров, измеряемых бортовыми средствами космического робота, рассмотрены угол между направлениями на звезду и орбитальный объект, дальность до орбитального объекта и скорость её изменения. Оценка точности навигации космического робота выполнена аналитическим методом. При этом введены допущения о нормальном законе распределения погрешностей измерений с известными характеристиками, движении космического робота и орбитального объекта в центральном гравитационном поле Земли и равенстве высот их опорных орбит. В результате проведённых исследований в аналитическом виде получены ковариационные матрицы погрешностей определения параметров движения центра масс космического робота. Проведённый анализ точности автономной навигации может быть использован на этапе обоснования облика системы управления и навигации космического робота, например, при решении задачи выбора состава бортовой аппаратуры, определения требований к погрешностям бортовых измерительных приборов и объёму измерений, выполняемых в течение навигационного режима.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Рассмотрены некоторые вопросы создания самолёта арктического базирования. Географическое расположение Российской Федерации обусловливает региональную обособленность регионов Крайнего Севера и Дальнего Востока, которые более чем на 40% территорий являются труднодоступными. Необходимость освоения перспективных Северных регионов Российской Федерации требует развития транспортной инфраструктуры и устанавливает специфичные требования к характеристикам региональных самолётов, что требует создания новой методологии формирования проектно-конструкторских решений. Позиционирование Арктической территории как исключительной экономической зоны Российской Федерации требует в первую очередь развития региональной транспортной сети, в том числе грузовых и пассажирских авиаперевозок для устойчивого развития региона. Современный подход к проектированию должен базироваться на требованиях арктической эксплуатации, инфраструктурно-климатических ограничениях и использовании научно-методического обеспечения, включающего методики, программы моментно-инерционного анализа и алгоритмы структурно-параметрического анализа самолётов арктического базирования с учётом выбора рациональной моментно-инерционной компоновки. Результатом синтеза ограничений и потребных характеристик является самолёт, предназначенный для арктического базирования и способный успешно и безопасно выполнять транспортные задачи в Арктической зоне Российской Федерации.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Приводятся результаты исследования применения изотермического расширения в турбине газотурбинных двигателей как способа совершенствования термодинамического цикла. Приведены уравнения работы и коэффициента полезного действия идеального цикла газотурбинного двигателя с изотермическим расширением в турбине, на основе которых выполнен сравнительный анализ рассматриваемого и традиционного циклов газотурбинного двигателя с адиабатическим расширением. Для термодинамического исследования реального изотермического расширения в турбине газотурбинного двигателя на основе трёхмерного численного моделирования исследована характеристика турбины и получены поправки характеристики турбины с адиабатическим расширением на изотермическое расширение. С применением полученных поправок и характеристики на основе сформированной методики выполнено исследование применения изотермического расширения в газотурбинных двигателях различных схем на основе термодинамических расчётов в рабочей точке и расчёта высотно-скоростных характеристик. Исследования подтверждают эффективность применения изотермического расширения как способа совершенствования термодинамического цикла турбореактивного одноконтурного и двухконтурного двигателя со смещением потоков и малой степенью двухконтурности, в особенности для самолётов со сверхзвуковой скоростью полёта.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
При разработке и эксплуатации ракеты-носителя (РН) важно обеспечить её устойчивость по отношению к продольным колебаниям корпуса (продольную устойчивость) при всех возможных возмущающих воздействиях. Известно, что одним из эффективных способов обеспечения продольной устойчивости РН является применение газовых демпферов-аккумуляторов, устанавливаемых в топливоподающей магистрали на входе в двигатель. Демпфер создаёт в магистрали дополнительную податливость и позволяет тем самым исключить совпадение собственной частоты колебаний давления жидкости в топливной магистрали с собственными частотами колебаний корпуса РН, что является необходимым условием для обеспечения продольной устойчивости. В работе с использованием уравнения состояния идеального газа для случая адиабатического процесса и уравнений Бернулли и Сен-Венана–Ванцеля разработана нелинейная математическая модель коаксиального газового демпфера. Математическая модель использована для расчёта частотных характеристик демпфера в виде входной акустической проводимости. Полученные результаты позволяют учитывать вклад проходных сечений дросселей в работу демпфера на стадии проектирования, а также выбирать его параметры при моделировании процессов в составе топливных магистралей при решении задачи обеспечения продольной устойчивости РН.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Представлены результаты моделирования системы регулирования расхода питательной воды. Система содержит два регулирующих органа – питательный клапан с электрогидравлическим управлением, обеспечивающий регулирование расхода и дроссельный клапан с гидромеханическим управлением, который обеспечивает поддержание постоянного перепада давления на питательном клапане. Клапаны содержат перфорированную – клетковую – проточную часть, позволяющую снизить уровни вибрации и гидродинамического шума, что обуславливает необходимость проведения проверки динамических характеристик системы. На основе уравнений динамики электрогидравлического преобразователя, измерителя перепада давления, сервопривода и проточных частей была разработана модель с использованием Matlab Simulink. Моделирование динамических процессов, вызванных различными управляющими и возмущающими воздействиями, показало обеспечение системой предъявляемых к ней требований.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Рассмотрено влияние условий монтажа на жёсткость упругого кольца в гидродинамических демпферах. Данный тип демпфера широко используется в опорах газотурбинных двигателей. Имеющиеся аналитические решения имеют ряд ограничений. Создана параметрическая конечно-элементная модель (КЭМ) спрямлённого сектора, упругого кольца и пакета из двух упругих колец. Результаты расчётов КЭМ показывают расхождение величины податливости для разных численных моделей относительно аналитических. Показано влияние монтажных допусков на величину податливости.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Статья посвящена проблеме оценки технического состояния рабочих жидкостей (РЖ) гидравлических систем летательных аппаратов. На основании изучения научно-технической литературы выбраны параметры рабочей жидкости, которые определяют её техническое состояние (концентрация загрязнений, вязкость, плотность, антиокислительные, противоизносные и температурные свойства) и рассмотрены особенности существующего процесса его оценки. Разработана структурная графоаналитическая модель, отражающая состояние рабочей жидкости, учитывающая влияние её основных параметров, а также матрицы достижимостей и контрадостижимостей. При анализе полученных результатов было установлено, что компоненты графа сильно связаны друг с другом. Так вязкость тесно взаимосвязана с противоизносными и температурными свойствами, а изменение содержания механических примесей в рабочей жидкости влечёт изменение всех остальных её параметров. Поэтому оценка состояния рабочей жидкости на основе измерения только чистоты и вязкости не вполне достоверна. Обосновано дальнейшее направление исследований с целью разработки новых методов оценки состояния рабочей жидкости, а именно разработка системы математических моделей состояния рабочей жидкости, учитывающей все её составляющие.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Исследован реальный процесс на наличие автоколебаний. Обнаружено, что его нельзя отнести к автоколебаниям, поскольку не удалось выявить бегущую волну и биения, являющиеся характерными признаками существования автоколебаний. Предложена модель колебательного процесса исходя из вида осциллограмм и теории линейной суперпозиции нескольких одновременно возбуждаемых форм колебаний. Просуммированы два колебания с частотами 919 и 469 Гц. В результате сложения этих частот и сравнения полученных осциллограмм с осциллограммами реального процесса оказалось, что предложенная модель достаточно хорошо отражает реальность. При продвижении во времени вглубь процесса вместе с частотами 465 и 918 Гц появляется третья составляющая, равная 1002 Гц. Проведённое по аналогии с первым примером сложение трёх колебаний даёт удовлетворительный результат. Осциллограммы реального и моделируемого процессов имеют похожий вид. Спектральные составляющие, вычисленные из осциллограммы моделируемого процесса, практически совпадают с частотами реального процесса. Для выяснения вида колебаний рассматриваемого процесса проведён анализ классификации аэроупругих колебаний. Выделено три явления: вынужденные колебания, флаттер и несинхронные колебания. По признакам несинхронных колебаний: некратности частоте вращения и резонансному характеру колебаний – рассмотренный пример был отнесён к несинхронным колебаниям.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Рассмотрены вопросы выбора моделей гидродинамических демпферов и методов их расчёта в инженерных задачах роторной динамики газотурбинных двигателей. Целью работы является теоретическое установление критериев применения математических моделей гидродинамического демпфера в зависимости от его характеристик и условий работы. Обозначены уровни моделирования демпфера по количеству пространственных измерений: трёхмерное, двухмерное и одномерное. Представлены принципы постановки граничных условий для учёта торцевых уплотнений. Показаны критерии оценки необходимости учёта таких факторов как турбулентность, инерция жидкости, кавитация.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Для проведения расчёта долговечности газотурбинных двигателей (ГТД), повреждаемых по механизму малоцикловой усталости (МЦУ), в соответствии с «Нормами прочности авиационных газотурбинных двигателей гражданской авиации» ФГУП ЦИАМ, необходимы испытания вырезанных из соответствующих деталей (или заготовок) образцов при «жёстком», то есть с заданным циклом деформации, нагружении с различными коэффициентами асимметрии цикла деформирования и с различными выдержками при максимальной деформации цикла (для учёта влияния ползучести при повышенных температурах). Для обеспечения достоверности расчёта долговечности испытания должны быть проведены в достаточном для статистической обработки объёме. В статье предлагается методика оценки долговечности деталей ГТД при малоцикловой усталости на основе испытаний стандартных образцов при отнулевом цикле «мягкого» нагружения с использованием модифицированной зависимости Мэнсона-Коффина. По результатам исследования подтверждена возможность достижения необходимой достоверности оценки долговечности деталей, повреждаемых по механизму МЦУ, с использованием модифицированного уравнения Мэнсона - Коффина и предложены рекомендации о порядке его применения.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Разработана схема регенеративной установки лучистого отопления на основе двухконтурного теплогенератора, предложена система и форма теплоизлучающих воздуховодов. Показано, что система лучистого отопления более эффективна по сравнению с общепринятой конвективной схемой. В климатической зоне Самарской области для проживания и работы необходимо отапливать помещения не менее 200 дней в году. Традиционно для отопления используется конвективная схема, в которой применяются радиаторы, установленные у пола, рабочим телом в которых является вода. Предлагаемая регенеративная система лучистого отопления рабочим телом в которой является воздух, основана на передаче тепла в виде инфракрасного электромагнитного излучения. Внутри замкнутых помещений создаётся микроклимат с необходимой влажностью и содержанием кислорода. На основании полученных результатов предложены способы применения данных систем.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Для оценки эффективности азотирования деталей (химико-термическая обработка) обосновано применение корсетных образцов-свидетелей для проведения испытаний на усталость и гладких образцов-свидетелей – для определения остаточных напряжений в поверхностном слое. Расчётная часть исследования выполнена методом конечно-элементного моделирования с использованием комплексов ANSYS и PATRAN/NASTRAN. Расчётный комплекс ANSYS применён при определении коэффициента концентрации напряжений при изгибе корсетного образца. Использованные модели с гармоническими осесимметричными конечными элементами позволяют определять коэффициенты концентрации напряжений при растяжении-сжатии и изгибе деталей, представляющих собой тела вращения. Полученное значение коэффициента влияния остаточных напряжений на приращение предела выносливости достаточно точно согласуется с его экспериментальными значениями для азотирования и других видов химико-термической обработки корсетных образцов. Комплекс PATRAN/NASTRAN использован при расчёте напряжённо-деформированного состояния в корсетных образцах от действия остаточных напряжений, возникающих при азотировании поверхностей детали. Моделирование выполнено методом термо-упругости, при этом в качестве исходных данных использованы экспериментальные эпюры распределения остаточных напряжений в гладких образцах. Установлено, что распределение осевых остаточных напряжений в опасном (наименьшем) сечении корсетного образца практически не отличается от распределения в гладких образцах. Полученные результаты являются основанием определять средне интегральные остаточные напряжения по распределениям остаточных напряжений в гладких образцах и использовать их при расчёте предела выносливости упрочнённых корсетных образцов. Результаты исследования позволяют считать, что оптимальными будут режимы азотирования, при которых средне интегральные остаточные напряжения являются наибольшими.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Рассмотрена конструкция торцевого амортизатора (демпфера), защищающего контейнеры с летательными аппаратами (ЛА) от разрушающих повреждений при возможных аварийных падениях в процессе транспортировки и эксплуатации. Предложены две численные методики для расчёта напряжённо-деформированного состояния (НДС) и ускорений торможения демпфера при вертикальном падении и ударе о неподвижную бетонную поверхность с помощью программного комплекса ANSYS Workbench 16.1. Первая методика состоит в определении НДС амортизатора в предположении квазистатичности нагрузок. Второй, динамический расчёт, позволяет определить реакцию демпфера при ударе о бетонную поверхность в зависимости от времени. Особенностью методик является включение в рассмотрение пластических свойств материала и реальных контактов между отверстиями в демпфере. Предлагаемые методики расчёта ускорений торможения демпфера полностью подтверждаются аналитическим решением дифференциального уравнения движения контейнера с демпфером в упругой области деформирования. Приведённые методики проиллюстрированы на примере расчёта данного торцевого амортизатора. Результаты расчётов тремя методами незначительно отличаются друг от друга с учётом погрешности вычислений. Установлено, что энергия упругопластического деформирования демпфера при ударе составит более половины кинетической энергии движения. Определена зависимость ускорения торможения демпфера как от величины его смятия, так и от времени.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Рассматривается гидромеханическая система рабочей подачи инструмента и главного движения технологической машины (на примере мобильной буровой установки). Исследуется поведение динамической гидромеханической системы при изменяющихся внешних процессах бурения скважин. Оригинальным схемотехническим решением (многопараметрическим датчиком, дополнительными гидравлическими линиями связи главного и движения подачи инструмента) решается задача поддержания оптимального процесса бурения согласованием кинематических силовых и динамических характеристик рабочих движений, обеспечиваемых одной энергосиловой установкой. Предложена в программной среде Matlab Simulink двухмассовая математическая модель динамической многомассовой гидромеханической системы (ГМС). Модель содержит аналитическое описание механической, гидравлической и управляющей подсистем и реализована методом последовательного усложнения упрощённых моделей от одномассовой линейной до нелинейной двухмассовой с активными подмоделями всех подсистем. Это позволяет исследовать динамику разветвлённой ГМС, сохраняя преемственность результатов усложняемых решений.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Изучено изменение коэффициента интенсивности напряжений (КИН) в пластинах при различных размерах поперечного сечения с концентраторами и без них и изменение максимального значения КИН от размера наименьшего сечения пластины с концентратором напряжений. При помощи программной системы конечно-элементного анализа ANSYS проведён расчёт КИН для гладких образцов и для образцов с концентратором напряжений в виде полукруглого надреза. Решается статическая упругая задача, напряжённое состояние принимается плоским. Материал пластины считается изотропным. Для пластин рассматриваемых размеров с концентратором на начальном участке увеличения размера трещины наблюдается максимум коэффициента интенсивности напряжений. При исследовании пластин без концентратора на всём участке увеличения размера трещины происходит плавное изменение КИН. Установлено, что при максимальном значении коэффициента интенсивности напряжений размер трещины составляет величину, равную 0,02 от наименьшего размера пластины. Проведённое исследование подтверждает обоснованность использования критерия среднеинтегральных остаточных напряжений для расчёта приращения предела выносливости поверхностно упрочнённых образцов и деталей с концентраторами за счёт сжимающих остаточных напряжений.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
Вверх