2018. Т. 25. № 2

Авиационная и ракетно-космическая техника

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

Маленков А. А.

Рассматривается задача выбора проектных решений при проектировании системы беспилотных летательных аппаратов в условиях неопределенности, объясняющейся воздействием неконтролируемых факторов как природного, так и искусственного происхождения. Под устойчивостью проектных решений в работе понимается совокупность таких проектных параметров, при которых вероятность выполнения системой целевой задачи не ниже заданной при всех значениях неконтролируемых факторов, связанных с целью. Вводится критерий устойчивости проектного решения по отношению к действующим неконтролируемым факторам в условиях большого числа функциональных ограничений. В качестве такого критерия в работе используется критерий регулярности, записанный относительно констант Липшица, характеризующих степень устойчивости критериальных оценок по отношению к вариациям факторов неопределенности. Такая постановка задачи позволяет избежать субъективизма, который сопутствует применению информационных гипотез, введению законов распределения неконтролируемых факторов, выбору сверток неконтролируемых факторов.

Ключевые слова: многофакторная неопределенность, статистическая выборка, константа Липшица, критерий регулярности, устойчивое проектное решение

Асланов В. С., Юдинцев В. В.

Рассматривается задача стыковки космического буксира с вращающимся неуправляемым объектом космического мусора типа «орбитальная» ступень с использованием известного устройства стыковки типа «штангаконус». В качестве стыковочного порта конуса используется сопло орбитальной ступени. Предлагаемый способ позволяет выполнять стыковку с вращающимися объектами космического мусора. Для снижения ударных нагрузок, возникающих при стыковке, предлагается использовать в качестве штанги разворачиваемую гибкую балку (ленту) большого удлинения, устанавливаемую на космический буксир. В статье представлена модель процесса стыковки буксира с космическим мусором, в которой упругая штанга заменяется системой твёрдых тел, связанных шарнирами с упругими элементами, имитирующими её изгибную жёсткость. Приведены результаты моделирования процесса стыковки для нескольких сочетаний длины и изгибной жёсткости штанги. Результаты моделирования показывают преимущества предложенной схемы, заключающиеся в увеличении вероятности успешной стыковки и снижения ударных нагрузок, действующих на космический буксир в процессе стыковки.

Ключевые слова: космический мусора, космический буксир, механизм «штангаконус», упругая балка-лента

Пашко А. Д., Беличук А. А.

Проведен анализ возможностей летательного аппарата по защите от ракетных атак противника. Разработана система активной защиты самолета от управляемых ракет (УР), и предложен способ ее применения. Описан алгоритм работы системы активной защиты в составе бортового комплекса обороны самолета.

Ключевые слова: самолёт, управляемая авиационная ракета, система активной защиты

Вятлев П. А., Сергеев Д. В., Сысоев В. К.

Рассматривается лазерная перфорация металлизированных полимерных пленок экранно-вакуумной тепловой изоляции космических аппаратов. Установлено, что процесс лазерной перфорации происходит при комбинированном воздействии лазерного излучения (ЛИ) и плазмы испарившегося алюминиевого поверхностного слоя.

Ключевые слова: лазерное излучение, перфорация, металлизированные полимерные пленки

Каргаев М. В., Мироненко Л. А.

Рассмотрен вопрос статической устойчивости незашвартованных лопастей несущего винта вертолёта, находящегося на стоянке под воздействием ветра. Получены расчётные формулы для определения критических скоростей ветрового потока однородных и неоднородных лопастей в зависимости от угла скольжения. Для оценки характеристик устойчивости лопастей несущего винта вертолета под воздействием ветра предлагается использовать ветровой коэффициент лопасти.

Ключевые слова: лопасть несущего винта, ветровое нагружение, статическая устойчивость, критический скоростной напор

Хмельницкий Я. А., Салина М. С., Катаев Ю. П.

Рассматривается сравнительный анализ частот и форм колебаний двух конструкций солнечных батарей; определяется время затухания колебаний после возмущающего движения космического аппарата; уточняется направление совершенствования с целью сокращения времени переходного процесса.

Ключевые слова: солнечная батарея, КА «Спектр-Р», КА 14Ф150, конечно-элементный метод, коэффициент жесткости, коэффициент демпфирования, угловая скорость, тон колебаний

Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов

Неделько Д. В., Сафиуллин А. Ф.

Представлены результаты расчетных исследований по определению параметров приводнения летательных аппаратов (ЛА), проведенных с применением метода конечных элементов. К параметрам приводнения отнесены величины действующих нагрузок и параметры пространственного положения летательного аппарата. Выполнена верификация использованных математических моделей на основе экспериментальных данных, показана возможность их практического применения при оценке условий нагружения и параметров приводнения ЛА различных типов самолетов и вертолетов.

Ключевые слова: приводнение самолета, приводнение вертолета, конечно-элементное моделирование, эйлеро-лагранжевое взаимодействие, процесс динамического нагружения, верификация математической модели

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Бакланов А. В.

Приводятся особенности конструкции камеры сгорания газотурбинного двигателя (ГТД) НК-16СТ. Рассмотрены стендовое оборудование и особенности проведения экспериментов. Представлены результаты исследований по определению пропускной способности горелки, огневым испытаниям и измерению полей концентраций углекислого газа в закрученной струе на выходе из горелок с различным конструктивным исполнением. Изучена структура пламени и определен объем зоны обратных токов. Произведен выбор горелки, показавшей минимальное значение концентрации оксидов азота и оксидов углерода в отбираемых пробах. Исследовано температурное поле на выходе из камеры с базовой горелкой и горелкой, выбранной по результатам эксперимента. Представлены результаты по определению выбросов вредных загрязняющих веществ в выхлопных газах двигателя, в составе которого размещались камеры сгорания с горелками различного конструктивного исполнения.

Ключевые слова: камера сгорания ГТД, конструкция жаровой трубы, модернизация, снижение выбросов вредных веществ, диффузионное горение, форсунка, горелка

Милешин В. И., Семёнкин В. Г.

Работа посвящена изучению влияния числа Рейнольдса (Re) на характеристики ступени компрессора высокого давления (КВД). Было проведено численное 3D-моделирование вязкого течения в каналах типовой первой ступени компрессора высокого давления К-8Б с использованием программного комплекса ANSYS CFX. Задача рассматривалась в постановке с полностью турбулентным пограничным слоем (модель турбулентности SST), второй вариант постановки задачи заключался в учете ламинарно-турбулентного перехода в течении (модель SST в паре с моделью γ – Reθ). Для моделирования снижения числа Re на входном граничном условии выставлялись следующие значения полного давления: р1* = 101325 Па, р2* = 73040 Па, р3* = 28990 Па, р4* = 21210 Па (соответственно Re1 = 1157494, Re2 = 826805, Re3 = 331127 и Re4 = 242027), при частотах вращения ротора, равных 100 % и 95 % от расчетной частоты (nрасч). Снижение параметров при уменьшении числа Рейнольдса для максимального расхода составило в среднем 1.8 %. Снижение максимального коэффициента полезного действия (КПД) составило в среднем 4.5% для стандартной постановки и 3.8 % при моделировании ламинарно-турбулентного перехода. Сравнение при n = 95% экспериментальных и расчетных данных показывает, что применение уточненной модели турбулентности позволяет намного приблизиться к экспериментальным результатам по значениям максимального КПД как при максимальном, так и при минимальном Re (погрешность менее 0.5%) и по значениям степени повышения полного давления в точках максимального КПД (погрешность примерно 0.5%).

Ключевые слова: число Рейнольдса, ступень компрессора высокого давления, широкохордная ступень, численное моделирование

Эзрохи Ю. А., Хорева Е. А.

Рассмотрены методические подходы к разработке математической модели с применением метода «параллельных компрессоров», предназначенной для оценки влияния неоднородности входного потока на основные параметры авиационного двигателя. Продемонстрировано, что степень влияния входной неравномерности полного давления на тягу двигателя на двух рассмотренных режимах существенно различна. Полученные результаты расчетных оценок влияния неоднородности температурного поля на входе в двигатель показали, что зависимость относительного снижения тяги только за счет относительного подогрева имеет схожее протекание на двух рассматриваемых режимах (околозвукового маневрирования и сверхзвукового полета). При этом на режиме околозвукового маневрирования, соответствующем более высоким значениям приведенной частоты вращения обоих каскадов компрессора, падение тяги происходит менее интенсивно вследствие относительно меньшего снижения расхода воздуха через двигатель при уменьшении приведенной частоты вращения из-за увеличения температуры воздуха на входе. Что касается разницы между значениями суммарного падения тяги, которая и характеризует собственно влияние неравномерности входного поля температуры, то с ростом относительного подогрева на режиме околозвукового маневрирования она возрастает более интенсивно.

Ключевые слова: неравномерность полного давления и температуры на входе в двигатель, окружная неравномерность, радиальная неравномерность, метод параллельных компрессоров, снижение тяги двигателя

Синицин А. П., Гоза Д. А., Румянцев А. В.

Приведены результаты разработки и использования тепловой модели стационарного жидкостного ракетного двигателя малой тяги на альтернативном монотопливе для расчета температурного поля, определения внутренних и внешних кондуктивных и радиационных тепловых потоков, градиентов и скоростей изменения температуры в стационарных и динамических режимах работы двигателя и расчета тепловыделения в камере сгорания двигателя с последующими рекомендациями по улучшению тепловой схемы двигателя и его надежности.

Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель малой тяги, тепловая модель, ППП SolidWorks Flow Simulation, тепловой расчет, тепловакуумные испытания, температура

Смирнов П. Е., Хартов С. А., Кашулин А. П.

Проблемы с обеспечением высокой надежности традиционных источников электронов для ионных двигателей привели авторов к идее использования в их качестве катода с плазменным высокочастотным разрядом (ВЧ). В таком устройстве плазма создаётся и поддерживается индуктивным разрядом высокой частоты. Отсутствие «нагруженных» (высокая температура, мощные потоки высокоэнергетичных частиц) электродов в нем снимает все вопросы обеспечения длительной работы катода. Эмиттером электронов, как и в полом катоде, является весь плазменный объём, что позволяет генерировать большие токи электронов. В работе описана схема лабораторного образца данного устройства, а также представлены результаты его экспериментальной отработки. Генерируемые ВЧ-катодом токи достигали 1,7 А при подводимой ВЧ-мощности 120 Вт. Приведена оценка эффективности ВЧ-катода.

Ключевые слова: источник электронов, высокочастотный индуктивный разряд, катод ионного двигателя, катод-нейтрализатор

Контроль и испытание летательных аппаратов и их систем

Абдулов Р. Н., Асадов Х. Г.

Рассматривается вопрос об оптимизации обнаружения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) радарами в условиях динамических изменений шумового сигнала. Сформирована новая постановка задачи обнаружения нескольких импульсов на входе радара при динамически изменяемом отношении сигнал/шум. Сформулирована и решена оптимизационная задача вычисления минимально допустимой интегрированной величины отношения сигнал/шум, обеспечивающей обнаружение серии импульсов на входе радара с заданной растущей последовательностью значений вероятности обнаружения.

Ключевые слова: вероятность обнаружения, система «БПЛА-радар», вероятность ложной тревоги, функционал цели, отношение сигнал-шум, критерий оптимизации

Мамедов И. Э.

Предлагается метод локализации беспилотного летательного аппарата (БПЛА), где локализация осуществляется как на основе информационных характеристик, так и оптических характеристик освещенности рассматриваемых изображений. При этом схожесть реальной сцены и геореференцированного изображения вычисляется путем вычитания их информационных характеристик. Для повышения точности и надежности получаемого результата локализация реализуется с применением оптимизационной процедуры на основе предложенного интегрального информационного критерия. Вычислен оптимальный режим реализации предложенного метода.

Ключевые слова: локализация, БПЛА, интегральный информационный критерий, функционал цели, безусловная вариационная оптимизация

Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов

Спирин А. И.

Рассматриваются вопросы, связанные с особенностями управления полетом долговременных орбитальных станций (ДОС), в частности вопросы контроля состояния бортовых систем (БС) космических аппаратов (КА), а также способы решения отдельных проблем, которые возникали в процессе полета ДОС разных поколений.

Ключевые слова: долговременная орбитальная станция, управление полетом, анализ состояния бортовых систем, производительность солнечных батарей, производительность радиационных теплообменников

Чжо З. Л., Моунг Х. О.

Рассматривается проблема оценки скорости ветра в полете. Предлагаемый метод дает оценки для трех проекций скорости ветра в нормальной земной системе координат с использованием данных спутниковых навигационных систем (СНС), а также бортовых барометрических измерений скорости полета. Предполагается, что для участка полета продолжительностью 5060 с ветер имеет постоянную скорость и направление. Это означает, что для данного временного интервала значения проекций скорости ветра на оси нормальной земной системы координат постоянны. Далее представлены модели объекта и наблюдений, а также характеристики точности алгоритма идентификации, полученные при обработке данных, полученных на пилотажном стенде. Обсуждается влияние погрешности измерения скорости на оценку скорости ветра. Приведены результаты, показывающие точность оценки скорости ветра в зависимости от погрешностей измерения постоянной скорости.

Анализ показывает, что горизонтальные проекции скорости ветра оцениваются с высокой точностью (относительные погрешности 13%), но для получения надлежащей степени идентифицируемости необходим определенный временной интервал. После этого точность оценки горизонтальных проекций скоростей ветра сохраняется на хорошем уровне и не сильно зависит от увеличения погрешности измерения скорости. При этом точность оценки вертикальной проекции ветра составляет 3040% даже при нулевой ошибке скорости полета и значительно увеличивается при росте погрешности измерения скорости. Таким образом, предложенный метод обеспечивает хорошую точность оценки горизонтальных проекций скорости ветра и не применим для оценки вертикальной составляющей.

Ключевые слова: параметрическая идентификация, воздушная скорость, оценивание скорости ветра в полете, постоянная погрешность измерения воздушной скорости

Лебедева Н. В., Соловьев С. В.

Рассматривается текущее состояние выполнения контроля космического аппарата (КА). Представлен актуальный алгоритм выявления аномалий в процессе оперативного управления КА. Выделены основные особенности контроля выполнения полётных операций. Предложен процесс автоматизации контроля и возможные виды отображения. Сравнивается существующий метод анализа с интеллектуальным, выделяются достоинства и недостатки каждого.

Ключевые слова: управление полётом, космический аппарат, оперативный анализ, полётная операция, интеллектуальный анализ, формат отображения

Машиностроение и машиноведение

Технология машиностроения

Пигалова Е. А., Абрамова А. А., Курников Н. А.

Рассматривается возможность применения плазменной сварки взамен аргонодуговой при изготовлении конструкций летательных аппаратов. Произведена сварка пластин различными видами сварки в равных условиях закрепления. Показано, что уровень поперечных и угловых деформаций (перемещений) минимален при плазменной сварке.

Ключевые слова: автоматическая плазменная сварка, автоматическая аргонодуговая сварка, остаточные напряжения и деформации, система управления установкой

Стандартизация и управление качеством продукции

Головнин С. М.

Статья посвящена проблеме человеческого фактора (ЧФ) и влиянию тренировок курсантов (начинающих пилотов) на безопасность полетов. Рассматривается значимость упражнений, о которых заведомо не известно курсантам в процессе тренировки, их влияние на общую подготовку и скорость принятия решений пилотами гражданской авиации. Приводятся результаты моделирования тренировки курсантов с учетом неожиданных для них упражнений в виртуальной среде пилотирования, рассматриваются риски потери навыка решения проблем в условиях неопределённости с учетом влияния человеческого фактора на безопасность полетов и процесс подготовки курсантов гражданской авиации. Рассматриваются основные тренды в процессе подготовки пилотов гражданской авиации, и приводится теоретическое обоснование результатов моделирования ситуации с помощью виртуальной среды пилотирования. Результаты исследования представлены в графическом виде с использованием статистического прогнозирования. Приводится статистика распределения факторов опасности по трем основным составляющим: человек, машина, среда – и объяснение статистических показателей по данным направлениям за прошедшие десятилетия в гражданской авиации. Упоминается о возможности и важности отработки нештатных ситуаций на воздушных судах с помощью виртуальной среды пилотирования, когда риск реального нанесения ущерба сведен к минимуму. Приводится формула расчета вероятности совершения ошибок пилотами гражданской авиации в процессе выполнения полетов на воздушных судах, предлагаются способы повышения уровня безопасности полетов путем корректировки программ подготовки авиационных специалистов.

Ключевые слова: безопасность полетов, управление рисками, управление качеством, виртуальная среда, подготовка авиационных специалистов, моделирование полетов, человеческий фактор в гражданской авиации

Электротехника

Электромеханика и электрические аппараты

Исмагилов Ф. Р., Зарембо И. В., Калий В. А., Вавилов В. Е., Минияров А. Х.

Статья посвящена разработке и исследованию вентильного электродвигателя топливных насосов для перспективных летательных аппаратов. Представлены конструкция вентильного электродвигателя и экспериментальные исследования макетного образца при различных режимах работы. Испытания макетного образца проводились под воздействием как высоких, так и низких температур. Он показал свою высокую надежность и энергоэффективность при минимальных массогабаритных показателях. Кроме того, разработанная компьютерная модель показала высокую точность и сходимость с результатами эксперимента. На основе разработанных компьютерных моделей и экспериментальных исследований доказывается работоспособность предложенного электродвигателя.

Ключевые слова: вентильный электродвигатель, постоянные магниты, рабочие характеристики, экспериментальные исследования

Электротехнические комплексы и системы

Надараиа Ц. Г., Селиванов А. И., Шестаков И. Я., Фадеев А. А., Виноградов К. Н.

Система генерирования электроэнергии – одна из важнейших бортовых систем космических аппаратов с позиции энергообеспечения и надежности. Выход из строя этой системы влечет за собой выход из строя всего аппарата. Для повышения энерговооружённости космических аппаратов в качестве возможного варианта предложен гибридный накопитель энергии. Данное устройство позволит поддержать необходимое электропитание бортовой аппаратуры и компенсировать пиковое потребление энергии на борту. В его состав включены химический и кинетический накопители, а также ионисторы. Ионисторы предназначены для компенсации быстрых переходных процессов в различных электрических схемах. Описан принцип работы данной установки в режиме накопления энергии и в режиме отдачи ее в систему потребителям.

Ключевые слова: литий-ионный аккумулятор, накопитель энергии, перспективный космический аппарат, система электропитания, маховик, энерговооруженность, ионистор

Металлургия и материаловедение

Обработка металлов давлением

Галкин В. И., Галкин Е. В., Палтиевич А. Р., Преображенский Е. В., Борунова Т. И.

Представлена методика изотермической объемной штамповки «сегмента шпангоута» из сплава В95. С помощью средств математического моделирования установлены особенности деформирования заготовки, учитывающие ее исходную форму и размеры. В результате моделирования определен наиболее рациональный способ производства сегмента шпангоута, позволяющий получить бездефектное изделие с учетом требований к напряженно-деформированному состоянию (НДС) и допустимым температурно-скоростным режимам обработки сплава В95.

Ключевые слова: метод конечных элементов, изотермическая штамповка, обработка металлов давлением, SFTC Deform, QuantorForm QForm, шпангоут

Материаловедение

Антипов В. В., Добрянский В. Н., Короленко В. А., Лурье С. А., Серебренникова Н. Ю., Соляев Ю. О.

Представлены результаты моделирования эффективных механических характеристик слоистого композиционного материала, образованного тонкими слоями из алюминиевого сплава и стеклопластика. Для расчетов применяется модифицированная аналитическая модель слоистого материала, в которой учитывается наличие в структуре композита металлических упругопластических слоев с билинейными определяющими соотношениями. Для случая одноосного растяжения проводится послойный анализ прочности композита с учетом прогрессирующего разрушения его слоев и влияния остаточных напряжений, образующихся в процессе изготовления материала. В качестве критерия прочности для слоев из стеклопластика использован критерий Цая-Хилла. Момент начала текучести в металлических слоях определяется по критерию Мизеса. В результате расчетов определены эффективные характеристики жесткости, предел текучести и предел прочности композитов в условиях одноосного растяжения. Показано хорошее соответствие результатов расчетов и экспериментальных данных в пределах 90% точности. Выбранная технология автоклавного формования при изготовлении материала позволяет снизить влияние остаточных напряжений на уровень механических свойств композита.

Ключевые слова: алюмостеклопластик, слоистый композит, испытания на растяжение, прогрессирующее разрушение, прогноз прочности, остаточные напряжения

Калугина М. С., Ремшев Е. Ю., Данилин Г. А., Воробьева Г. А., Тельнов А. К.

Исследуется возможность использования аэротермоакустической обработки для повышения механических свойств литейных и деформируемых алюминиевых сплавов; выявлено влияние на формирование микроструктуры сплава. Приведены экспериментальные данные, показывающие, что использование технологии аэротермоакустической обработки обеспечивает существенное повышение прочности сплавов при сохранении или небольшом снижении пластичности. Рассмотрен метод акустической эмиссии (АЭ), который используется для оценки поведения материала при режимах статического и квазистатического нагружения. Данный метод позволяет обнаружить и зарегистрировать только развивающиеся дефекты.

Ключевые слова: аэротермоакустическая обработка, метод акустической эмиссии, термическая обработка, микроструктура, механические свойства, надежность

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2017