Том 19, № 4 (2018)

Статьи

НЕПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ АЛГОРИТМЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ПОЛЕЙ

Бельская Е.Н., Медведев А.В., Михов Е.Д., Тасейко О.В.

Аннотация

Многочисленные задачи практики тесно связаны с необходимостью восстановления полей той или иной природы по зашумленным экспериментальным данным. Особенностью этой проблемы является то, что апри- орной информации чаще всего недостаточно для описания этих полей с точностью до набора вектора пара- метров. Это обусловливает тот факт, что по различным каналам многомерных процессов информация может быть разнотипной, следовательно, соответствовать различным уровням априорной информации. На эту проблему обращено специальное внимание. При наличии априорной информации параметрического типа целесообразно использовать соответствующие алгоритмы идентификации, когда структура моделей полей определена с точностью до набора параметров и их последующей оценки по мере поступления текущей информации. В случае, если априорной информации недостаточно, то целесообразно использовать непара- метрические оценки Надарая-Ватсона для восстановления соответствующих полей. При этом существенно определить по всем каналам многомерной системы, являются ли они Н- или Т-процессами, т. е. процессами, для которых входные или выходные компоненты оказываются стохастически зависимыми, а эти зависимости чаще всего неизвестны. В качестве примера использования подобных процессов рассмотрены поля распределения примесей вредных веществ в атмосферном воздухе города. В качестве алгоритма восстановления этих полей применена непара- метрическая оценка функции регрессии.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):574-580
pages 574-580 views

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТОИМОСТИ ВТОРИЧНОГО ЖИЛЬЯ В ГОРОДЕ КРАСНОЯРСКЕ В 2017 ГОДУ

Бренинг Д.В., Пашковская О.В., Сенашов С.И., Савостьянова И.Л.

Аннотация

Собраны и проанализированы данные по стоимости вторичного жилья в городе Красноярске за 2017 г. Количество объектов - 1609 квартир. Рассмотрены количественные характеристики однокомнатных - че- тырехкомнатных квартир. Цель работы - выявить факторы, оказывающие существенное влияние на форми- рование цены квартиры, и построить зависимость стоимости квартиры от этих факторов. Математиче- ский аппарат для анализа рассматриваемых зависимостей - корреляционно-регрессионный анализ. Из-за зна- чимого разброса данных этот массив разбит по группам квартир с разным количеством комнат. Результаты статистического анализа полученных совокупностей представлены в виде гистограмм частот. Проанализи- рованы показатели, влияющие на стоимость квартиры. Показано, что существенными являются только 4 фактора: этаж, площадь общая, площадь жилая и площадь кухни. Вычисление проводилось с помощью Excel. Для каждой выборки были рассчитаны основные статистические характеристики. На их основе были сделаны статистические выводы о характере распределения совокупностей. Показано, что для совокупно- стей однокомнатных, двухкомнатных и трехкомнатных квартир медиана незначительно меньше среднего значения выборки, мода немного меньше медианы, отсутствует длинный хвост распределения. Поэтому сред- нее значение отражает «центральное значение». Кривая распределения имеет более высокую и острую вер- шину по сравнению с нормальным распределением. Для однокомнатных и двухкомнатных квартир отличие средней стоимости одного квадратного метра не является статистически значимым. Поэтому в группах одно- и двухкомнатных квартир средние цены одного квадратного метра примерно равны. Такой же эффект - для пары трехкомнатных и четырехкомнатных квартир. В остальных парах различия статистически значи- мы. Проведенный анализ показывает, что наиболее часто выставляемые на продажу квартиры имеют стои- мость, близкую к средней. При разбиении совокупности квартир на группы по числу комнат получаются выборки, эмпирические распределения которых близки к нормальным, и, соответственно, построение регрес- сионных моделей для таких совокупностей обоснованно. Проведенное исследование подтверждает высокое влияние на цену квартиры, предлагаемой к продаже, общей площади и умеренное влияние остальных факто- ров. Построенные модели адекватно описывают опытные данные.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):581-588
pages 581-588 views

ЗАПОЛНЕНИЕ ПРОПУСКОВ ВО ВХОДНЫХ И ВЫХОДНЫХ ДАННЫХ С ПОМОЩЬЮ АЛГОРИТМА НЕПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ

Осипов П.А., Осипова Я.С., Хоркуш А.В., Вдовых П.Е., Верхотурова М.В.

Аннотация

Задача идентификации систем, т. е. определение структуры и параметров систем по наблюдениям, явля- ется одной из основных задач современной теории и техники автоматического управления. Точность решения задачи идентификации напрямую зависит от качества исходных данных (выборки наблюдений). Однако данные могут содержать в себе различные недостатки, в частности, пропуски. Пробелы (пропуски) в данных возникают вследствие множества причин, таких как невозможность наблю- дения, отсутствие необходимых инструментов и т. п. Самый простой метод работы с такими данными - исключение из таблицы показателя (столбец) или объекта (строки) с пробелом. При большом количестве про- пусков в данных этот подход приводит к уменьшению точности модели из-за сокращения объема выборки. Важно отметить, что в описанном случае сложность решения задачи идентификации повышается, особенно когда плотность пропусков высока, их расположение нерегулярно, а данных недостаточно (крайне мало). Целью работы является повышение точности решения задачи идентификации дискретно-непрерывных многомерных процессов по выборкам наблюдений с пропусками. Для достижения поставленной цели использо- вались методы математической статистики, анализа данных, математического моделирования. Описан алгоритм непараметрической оценки кривой регрессии в дискретно-непрерывном процессе в задаче заполнения пропусков матрицы наблюдений. Также на основе этого алгоритма строится модель. Были прове- дены два вычислительных эксперимента. Первое исследование проведено в условиях наличия пропусков в вы- ходной переменной матрицы наблюдений. Второй эксперимент проходил при наличии пробелов во входных переменных. Исследования проводились при различных объемах выборки. По итогам работы алгоритма при различных условиях приведены некоторые выводы. Результаты работы могут быть полезны при создании систем управления многомерными дискретно- непрерывными процессами.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):589-597
pages 589-597 views

АЛГОРИТМ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ДЕРЕВЬЕВ

Пятаев А.С.

Аннотация

Моделирование деревьев в настоящее время находит применение в различных областях деятельности человека: от компьютерных игр до моделирования роста деревьев в насаждениях. Особенности построения модели дерева зависят от факторов местности и климатических условий произрастания. В зависимости от решаемых задач выбирается степень детализации создаваемой модели. Для задач лесоуправления и лесо- пользования зачастую не требуется высокая степень детализации, здесь достаточно построить схематич- ную модель насаждения. Для компьютерных игр требуется создание фотореалистичных моделей. Предложен алгоритм построения трехмерной модели дерева. Алгоритм состоит из следующей последова- тельности шагов: построение каркаса дерева (моделирование роста дерева и добавление новых узлов), при этом под каркасом понимается набор трехмерных векторов с атрибутивными данными по каждому вектору; построение дерева и наложение текстур. Ствол и ветви моделируемого дерева аппроксимируются усеченны- ми конусами, осями которых являются векторы каркаса. Отличительной чертой предложенного алгоритма является возможность построения трехмерной модели дерева с любой степенью детализации. Например, для деревьев хвойных пород можно смоделировать дерево вплоть до каждой хвоинки.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):598-604
pages 598-604 views

МНОГОУРОВНЕВАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ИНТЕРАКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РУКОВОДСТВ ДЛЯ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

Фролова Е.А.

Аннотация

Метод многоуровневой оценки качества интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР) для авиационной техники содержит основные подходы, методологические и логико-математические инструмен- тарии осуществления многопараметрического оценивания качества электронного контента указанных руко- водств. Постулировано, что цель оценки качества ИЭТР для авиационной техники есть получение сводного заключения о достигнутой степени удовлетворения потребностей в создании интерактивных электронных технических руководств в условиях нечеткости начальных экспертных данных, используемых для оценки. Показано, что оценка качества интерактивных электронных технических руководств по эксплуатации и ремонту авиационной техники, очевидно, увязана с нечисловыми или «мягкими» измерениями, в силу нечетко- го характера начальных квалиметрических данных, получаемых от эксперта. В таком варианте измерение следует понимать как манипуляцию, при которой свойствам ИЭТР по эксплуатации и ремонту авиационной техники ставятся в соответствие некоторые строго упорядоченные градации качества. В роли количествен- ных результатов измерения рассматриваются не только действительные числа, но и другие алгебраические группы, обязательно имеющие отношение порядка между своими элементами, т. е. подобие отношения нера- венства между числами. Многоуровневая оценка качества интерактивных электронных технических руководств для авиационной техники состоит из следующих этапов: 1) построение численных векторов значений элементарных показате- лей качества; 2) расчет рангов, определяющих значимость показателей качества в их композициях по полу- чаемым в ходе экспертизы нечетким и(или) недостаточным исходным данным о композиционной значимости более частных показателей в составе более сводных показателей; 3) расчет на основе численных векторов значений элементарных показателей и оценок рангов значимости для анализируемого исполнения ИЭТР по эксплуатации и ремонту авиационной техники значения интегрального показателя качества как взвешенно- го среднего арифметического значения математически аналогичных более частных показателей.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):605-612
pages 605-612 views

МЕТОД ВЫЯВЛЕНИЯ АНОМАЛИЙ КАЧЕСТВА ИНТЕРАКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РУКОВОДСТВ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТУ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

Фролова Е.А., Ивакин Я.А., Смирнов А.О.

Аннотация

Целью разработки метода выявления аномалий качества интерактивных электронных технических руко- водств (ИЭТР) по эксплуатации и ремонту авиационной техники является предметная целенаправленная ин- терпретация результатов оценки указанного качества. Данный метод представляет собой совокупность соответствующей логико-математической модели таких аномалий, разработанной применительно к логическим схемам предметного контента (ЛСПК), и алгоритма её применения в рамках технологического процесса создания интерактивных электронных руководств. Модель аномалии качества ИЭТР предусматривает рассмотрение структуры ЛСПК как некоторого базо- вого графа, а аномалии - как более частного графа. Такой более частный граф представляет собой графиче- ское описание различных частных искажений логики, описываемой в виде ЛСПК. Такая репрезентация аномалии качества ИЭТР по эксплуатации и ремонту авиационной техники графом, изоморфно вложенным в структуру его ЛСПК, позволяет свести выявление указанных аномалий к математико-алгоритмической задаче распозна- вания или поиска соответствующего изоморфного подграфа в структуре соответствующей логической схемы. Это позволяет обнаружить и распознать устойчивые структурные вложения, характеризующие ло- гические ошибки подачи электронного контента в ИЭТР по эксплуатации и ремонту авиационной техники из перечня (базы) заранее определённых аномальных логических подструктур. Предлагаемый метод выявления аномалий качества ИЭТР по эксплуатации и ремонту авиационной техни- ки представляет собой как методологический инструментарий, так и мощную базу для создания соответст- вующих образцов программных решений по автоматизации процедур корректной корректировки структуры и контент-наполнения рассматриваемых интерактивных электронных технических руководств.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):613-621
pages 613-621 views

ОЦЕНКА ЦЕЛОСТНОСТИ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ НА ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТАХ

Воронцова Е.О., Лукьяненко М.В., Крючков П.А.

Аннотация

В системах электропитания космических аппаратов в последнее время широкое применение нашли новые виды первичных источников питания: солнечные батареи (БС) на основе трехкаскадных арсенид-галиевых фотопреобразователей взамен фотопреобразователей на основе кремния. Спецификой данных фотопреобразователей (ФПЗП) является их малая толщина и хрупкость. В результа- те ФПЗП имеют низкую стойкость к внешним механическим воздействиям с образованием трещин. Трещины в ФПЗП приводят к снижению его мощности и, как следствие, к снижению мощности БС в целом. В настоящее время контроль технического состояния БС осуществляется следующими методами: визу- альный метод контроля целостности ФП (определяется целостность ФП и защитного стекла); измерение световой вольт-амперной характеристики БС, метод электролюминесценции. Данные методы не позволяют достоверно и безопасно выявить дефекты в виде скрытых трещин на фо- топреобразователях. Необходим метод, который бы позволял локализовать дефектный ФП и не требовал непосредственного подключения к БС, т. е. бесконтактный метод. Суть предлагаемого метода заключается в том, что при облучении ФП лазерным излучением с длиной вол- ны 0,40-0,55 мкм (область зеленого спектра) возникает люминесценция и ФП излучает свет в красной облас- ти спектра. В АО «ИСС» проводился эксперимент по автоматизированному визуальному осмотру ФП БС на стенде. Стенд имеет движущуюся платформу, способную двигаться вдоль БС как по вертикали, так и по горизонта- ли. На платформе установлены фотокамера и лазер, который излучает свет в зеленой части спектра. Когда платформа устанавливается напротив проверяемого ФП, включается лазер, луч от которого направлен на ФП. Под воздействием лазера возникает фотолюминесценция, и поверхность ФП излучает свет в красной области спектра. Излучение фиксируется фотокамерой для измерения интенсивности спектра люминесцен- ции ФП с помощью программного обеспечения (ПО). Далее, с помощью ПО сравнивают эту величину с величи- ной интенсивности спектра люминесценции, полученной заранее при тестировании эталонного ФП и записан- ной в памяти компьютера. Установка на основе метода фотоэлектролюминесценции позволяет бесконтактно определить наличие дефектов ФП, определить скрытые трещины, снизить влияние человеческого фактора.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):624-630
pages 624-630 views

МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМПОНЕНТОВ БИОРЕГЕНЕРАТИВНОЙ СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Ковалёв В.С., Мануковский Н.С., Тихомиров А.А.

Аннотация

В среде Excel с использованием решателя COIN-OR-CBC в составе общедоступной надстройки OpenSolver разработана линейная модель для составления и оптимизации пищевого звена биорегенеративной системы жизнеобеспечения (БСЖО), предназначенной для использования в космосе. Независимыми переменными в модели являются массы источников пищи, используемые в блюдах. Целевыми функциями моделирования являлись минимизация общей массы суточного рациона и максимизация его антиок- сидантного потенциала. Суточное потребление нутриентов в составе меню было ограничено стандартами НАСА. Верхние и нижние ограничения накладывали также на независимые переменные и массу блюд. Содер- жание нутриентов в источниках пищи находили в открытых базах данных. В схему меню включены первое блюдо, второе блюдо, закуски, десерты, напитки, хлеб и вода. Представлен пример конкретного расчёта суточного меню, состоящего из 12 блюд: уха из тиляпии, цыплёнок с рисом, жаркое, колбаски, тофу, нут, козинак, хлеб, молоко козье, молоко соевое, коктейль и вода. Эти блюда были скомпонованы из 24 ингредиен- тов: поваренной соли, воды, зёрен пшеницы, риса, лебеды, проса, батата, картофеля, моркови, масла сафлоро- вого, бобов соевых, нута, чечевицы, вигны, земляники, томатов, лука, чеснока, перца чили, перепелятины, сви- нины, тиляпии, молока козье и сахара. В качестве ингредиентов использовали съедобную биомассу растений и животных, являющихся кандидатами для включения в БСЖО. Калорийность суточного рациона принята равной 2800 ккал. Показано, что пищевые дисбалансы в расчётном суточном меню обусловлены недостатком расчётного суточного потребления пантотеновой кислоты, а также избытком железа, фосфора и насыщен- ных жиров. Избыточное потребление железа и фосфора, возможно, не является критическим для здоровья обитателей БСЖО. Минимальная масса суточного меню составила 2641 г, а его антиоксидантный потенциал может достигать 14 ммоль тролокс-эквивалента.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):631-636
pages 631-636 views

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ СПОСОБА КРЕПЛЕНИЯ НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ КОМПОЗИТНОГО БАКА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Мироненко Е.Д., Михеев А.Е.

Аннотация

В настоящее время композитные баки высокого давления (КБВД), обладающие высокой весовой эффектив- ностью, находят широкое применение в космической технике. В спутникостроении КБВД обеспечивает необ- ходимый объем рабочего тела для реализации высокоэффективной схемы довыведения космического аппарата (КА) на геостационарную орбиту с использованием штатных электрореактивных двигательных установок. Актуальным также является вопрос использования подобных баков в целях увеличения срока активного суще- ствования КА и реализации программ освоения дальнего космоса. Актуальной задачей является обеспечение надежности КБВД. Изучение зарубежной литературы свиде- тельствует о том, что немаловажное влияние на напряженно-деформированное состояние (НДС) бака ока- зывают их элементы крепления, находящиеся в непосредственном контакте с баком. Рассматриваются ос- новные способы крепления крупногабаритных КБВД сферической формы: переходный отсек, выполненный в форме «юбки», и вантовая система. Создана конечно-элементная модель КБВД для проведения анализа влия- ния элементов крепления на НДС КБВД. Анализ полученных результатов расчета показал, что вантовая система практически не оказывает влия- ния на НДС КБВД, в отличие от композитной «юбки», которая в два и более раза снижает действующие на- пряжения в районе крепления к баку, провоцируя неравномерное распределение напряжений. Композитная «юбка» напрямую передаёт свою форму потери устойчивости баку, что говорит о значительном влиянии «юбки» на НДС бака. Применение композитной «юбки», в сравнении с вантовой системой, характеризуется высокой вероятностью отказа КБВД. Полученные результаты свидетельствуют о том, что вантовая система является более эффективным способом крепления КБВД.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):637-643
pages 637-643 views

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАВИТАЦИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Назаров В.П., Назарова Л.П., Швецова Д.С., Савчин Д.А.

Аннотация

Кавитация - это процесс нарушения сплошности потока жидкости в зоне пониженного давления, заклю- чающийся в образовании полостей, наполненных паром и выделившимися из жидкости газами. В области по- ниженных давлений возникают растягивающие напряжения, которые приводят к разрыву жидкости; обра- зуются полости - кавитационные каверны, которые заполняются газами и парами. Попадая в область высо- ких давлений, каверны «схлапываются», что вызывает местный гидравлический удар, который может при- вести к разрушению стенок каналов. Возникновение и развитие кавитации в жидкостях связано с наличием ядер кавитации. Технические жидкости всегда имеют ядра кавитации, представляющие собой нерастворен- ные газовые включения. Развитию кавитации также способствует количество свободных и растворенных газов, а также термодинамические свойства жидкостей и конструктивные особенности колеса. Кавитация приводит к трем основным отрицательным последствиям для гидравлических машин: к срыву режима работы, т. е. к резкому снижению основных параметров, эрозионному разрушению рабочего колеса и неустойчивой работе, вызванной низкочастотными автоколебаниями. Для того, чтобы определить кавитационную эффективность насоса, каждый шнекоцентробежный насос подвергается кавитационным испытаниям. Однако существующие методы определения антикавитационных свойств насосов не обладают достаточной точностью, а также превышают по длительности срок эксплуа- тации насоса в составе турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя. Предложен метод ускоренных кавитационных испытаний, позволяющий значительно сократить время ис- пытаний, а также увеличить точность определения кавитационной характеристики. Для этого предлагает- ся проводить испытания без поддержания расхода, с увеличенной скоростью снижения давления на входе в насос. Для снижения погрешности испытаний путем исключения человеческого фактора предложена сис- тема автоматической регистрации параметров. Установлено, что ускоренное снижение давления без поддержания расхода не влияет на точность опреде- ления кавитационной характеристики и вместе с тем сокращает работу насоса в условиях кавитации, умень- шая эрозию. Автоматизация значительно снижает трудоемкость проведения испытаний и увеличивает точность.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):644-650
pages 644-650 views

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Черная М.М.

Аннотация

Одной из основных задач проектирования систем электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА) яв- ляется определение их рациональной с точки зрения обеспечения потребителей электроэнергией заданного качества структуры. При этом в системе должно быть реализовано обоснованное потребление генерируемых солнечными (БС) и аккумуляторными батареями мощностей. Выбор структуры СЭП основывается на проведении расчета и сопоставительного анализа их альтернативных вариантов с учетом принятых кри- териев эффективности системы, основными из которых являются энергетические и габаритно-массовые характеристики СЭП. Для этого проводится исследование процессов распределения потоков энергии в систе- ме путем формирования математического описания режимов работы СЭП. С целью получения графиков ге- нерируемой БС мощности и для расчета ее параметров в течение срока эксплуатации разработана матема- тическая модель БС, которая основана на использовании основных и экспериментальных параметров их фо- тоэлектрических элементов любой площади. Модель БС обеспечивает требуемую точность расчета вольт- амперных и вольт-ваттных характеристик для любых заданных значений температуры и освещенности. Описана методика расчета энергетических характеристик СЭП и параметров БС с учетом возможности их ограничения по максимальному либо минимальному уровню. Показано, что методика позволяет определять пути рационального перераспределения потоков энергии в системах с целью улучшения их габаритно-массовых характеристик за счет уменьшения максимальной расчётной мощности их энергопреобразующей аппаратуры (ЭПА), что достигается путем формирования рационального алгоритма применения режима экстремального регулирования мощности БС, в частности, при выходе КА из тени Земли. Энергобаланс в СЭП при этом обес- печивается за счет применения поправочных коэффициентов. Полученные по методике результаты являются основой ряда требований по проектированию ЭПА и БС в СЭП и могут быть использованы разработчиками и производителями бортовых и наземных СЭП.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):651-657
pages 651-657 views

ПРОЗРАЧНЫЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ МЕДНОЙ МИКРОСЕТКИ, ПАССИВИРОВАННОЙ ОКСИДОМ ГРАФЕНА

Воронин А.С., Фадеев Ю.В., Иванченко Ф.С., Немцев И.В., Хартов С.В.

Аннотация

Представлены результаты по формированию и исследованию прозрачных нагревателей с повышенными эксплуатационными характеристиками относительно классических решений на основе оксидных плёнок. Ком- позиционное покрытие представляет собой медную микросетку, полученную при помощи самоорганизованного шаблона, стабилизированную тонкой пленкой оксида графена (ОГ). Микросетчатое покрытие формируется посредством напыления меди на шаблон, полученный в результате самоорганизованного растрескивания плен- ки кремнезема. Затем на микросетчатое покрытие spray-методом наносилась пленка оксида графена, защи- щающая микросетчатое покрытие от термической и химической деградации. Получено композиционное покрытие с поверхностным сопротивлением 8,9 Ом/кв при прозрачности 82,8 % на длине волны 550 нм. Показана высокая однородность нагрева и стабильность композиционного покрытия при функционировании в условиях нагрева до 97,2 °С в течение длительного времени (24 часа). Композиционное покрытие ОГ / Сu-микросетка на стеклянной подложке, толщиной 2 мм, характеризуется значением теплового сопро- тивления 134,2 °С·см2·Вт-1, в то время как литературный образец ITO на эквивалентной подложке характе- ризуется тепловым сопротивлением 94,04 °С·см2·Вт-1, что говорит о более высокой эффективности нагрева при одинаковой удельной рассеиваемой мощности, что открывает перспективы применения в качестве анти- обледенительных покрытий в аэрокосмической отрасли.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):660-667
pages 660-667 views

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА УГЛА ЗАКРУЧИВАНИЯ КАРДАННОЙ ПЕРЕДАЧИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Ереско С.П., Ереско Т.Т., Кукушкин Е.В., Меновщиков В.А.

Аннотация

Предложена методика совершенствования расчета угла закручивания карданного вала карданной переда- чи. Предложена конструкция стенда для проведения испытаний карданных передач, включающая в себя элек- тродвигатель, выходной вал которого соединен с входным валом механической коробкой переключения пере- дач, соединенной выходным валом с входным валом испытываемой карданной передачи, установленными на раме. Выходной вал карданной передачи соединен с входным валом раздаточного редуктора, установленного на дополнительной раме вместе с устройством нагружения, которое выполнено гидравлическим и представ- ляет собой гидравлический насос, вал которого присоединен к выходному валу раздаточного редуктора. Вход- ной канал гидравлического насоса соединен с гидравлическим баком с рабочей жидкостью, а его выходной канал присоединен к входному каналу дросселя, регулирующему нагрузку. Между дросселем и гидравлическим насосом установлен манометр, отградуированный в единицах тормозного момента, и предохранительный клапан для выпуска избыточного давления в гидравлический бак. Выходной канал дросселя подсоединен к гид- равлическому баку через теплообменник. Предохранительный клапан подключен электрически к электрокон- тактному манометру, который включен в электрическую сеть и представляет собой электромагнитный клапан постоянного тока. Приведены результаты испытания карданных передач на четырех режимах рабо- ты, характеризуемых переменными значениями крутящего и тормозного моментов и изменением конструк- тивных параметров карданной передачи в каждом опыте. Получено уравнение линейной регрессионной зависимости угла закручивания карданного вала от следующих факторов: длина карданной передачи; угол излома карданной передачи; мощность электродвигателя; частота вращения двигателя; усилие торможения от давления гидравлической жидкости. Найдены границы доверительных интервалов углов закручивания кар- данной передачи. Достоверность и адекватность полученных теоретических результатов подтверждаются экспериментальными исследованиями, проведенными на стенде при аналогичных данных теоретических исследований.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):668-676
pages 668-676 views

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОВОДЯЩЕЙ НАНОПОРЫ ДЛЯ РАСЧЕТОВ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ

Зализняк В.Е., Золотов О.А., Золотова О.П.

Аннотация

Представлена электростатическая математическая модель проводящей нанопоры. Расчет потенциала проводящей нанопоры не требует решения уравнения Пуассона. Модель предназначена для компьютерного моделирования транспорта заряженных частиц в проводящих нанопорах методом молекулярной динамики. Этот вычислительный метод основан на втором законе Ньютона и позволяет получить траекторию, кото- рая описывает положения, скорости и ускорения частиц со временем. Электрическое поле распределенного по поверхности нанопоры заряда аппроксимировано полем фиктивных точечных зарядов, расположенных на той же поверхности. Выполнено сравнение электроемкости системы фиктивных зарядов, рассчитанной предло- женным методом, с классическими решениями для проводящего тубулена и с решениями, полученными другим подобным методом. Предложенный метод показал достаточную точность (около 10 %) и предсказуемость поведения. Необходимо его дальнейшее исследование и развитие как для случая достаточно большого числа фиктивных зарядов, так и для случая достаточно сильного приближения ионов к поверхности нанопоры. Рас- смотренный метод введения фиктивных зарядов может быть легко применен к нанопорам произвольной формы. Результаты выполненного моделирования могут быть использованы при разработке различных нано- технологических устройств, в том числе используемых в качестве компонентов систем жизнеобеспечения пилотируемых космических аппаратов.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):677-682
pages 677-682 views

АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МОНИТОРИНГА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Ковалев И.В., Ковалев Д.И., Колесник В.В., Лосев В.В., Карасева М.В.

Аннотация

Одной из приоритетных задач энергетической стратегии России на сегодняшний день является организа- ция постоянно действующих систем непрерывного промышленного мониторинга вредных выбросов пылеуголь- ных теплоэлектростанций в атмосферу. Рассматривается оборудование производственно-экологического мониторинга отечественных разработчиков и производителей, которое эксплуатируется на многих тепло- электростанциях РФ на нижнем уровне систем непрерывного мониторинга выбросов. На этом уровне обеспе- чивается проведение замеров на основе согласованных и аттестованных методик, сбор и преобразование первичной информации к стандартному виду, текущее обслуживание и контроль функционирования измери- тельных систем и вспомогательного оборудования. При организации непрерывного мониторинга на тепло- электростанциях могут быть использованы различные газоанализаторы и сечения газового тракта для опре- деления состава продуктов сгорания. Выбор конкретных газоаналитических систем связан с определенными трудностями, так как все такие системы имеют свои преимущества и недостатки, и для оптимального выбора оборудования требуется учесть множество различных факторов и параметров. Задача выбора газо- аналитических систем является многокритериальной. Трудности при решении данной задачи вызваны тем, что критерии могут противоречить друг другу (например, высокие технические возможности могут услож- нять эксплуатацию системы и повышать ее стоимость) и не иметь количественной оценки. Выбор газоаналитических систем для производственно-экологического мониторинга должен быть макси- мально объективным, не зависящим от предпочтений отдельных экспертов и специалистов. Представленное описание оборудования производственно-экологического мониторинга позволяет провести экспертное сравне- ние технических характеристик газоанализаторов. Опираясь на методы обоснования решений по выбору состава оборудования в инновационных проектах, сделаны выводы по результатам анализа, выполненного по 11 экспертно-значимым параметрам. Проведенный экспертный анализ может дополнить результаты предварительного обследования персоналом теплоэлектростанций или специализированной организацией, осуществляющей проектирование систем непрерывного мониторинга выбросов теплоэлектростанций, используемые при разработке технического задания. Рекомендуется выполнять технико-экономическое обос- нование принимаемых решений с учетом особенностей оборудования, условий производства, требований безо- пасности и удобства обслуживания.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):683-690
pages 683-690 views

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ О2 И Н2 В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГАЗОВЫХ КОНТУРАХ БИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Морозов Е.А., Трифонов С.В., Мурыгин А.В., Тихомиров А.А.

Аннотация

В Институте биофизики СО РАН разрабатывается физическая экспериментальная модель замкнутой экосистемы (ЭМЗЭ), моделирующей массообменные потоки в присутствии расчетной доли метаболизма че- ловека. Модель создана с целью проверки совместимости звена высших растений с разрабатываемыми биоло- гическим и физико-химическим звеньями переработки органических отходов. В этой связи ЭМЗЭ не содержит в себе ряд вспомогательных реакторов (разложения мочевины, нитрификации аммиака и синтеза перекиси водорода), непосредственное взаимодействие которых с растительным звеном либо исключено, либо не несет негативного воздействия на культивируемые растения. Отсутствие перечисленных реакторов ведет к дисба- лансу потоков веществ в системе, в частности, образуется избыточный кислород в результате процесса «мокрого» сжигания органических отходов в перекиси водорода. Для компенсации модельного газового баланса разрабатывается специальный газовый контур, в котором кислород удаляется путем связывания с водородом, получаемым электролизом внесистемной воды. Для управления данным процессом разработана система автоматического контроля концентрации газов, позволяющая без присутствия оператора поддерживать концентрацию водорода в безопасном диапазоне, останавливать процесс при достижении заданной концен- трации кислорода, а также записывать показания датчиков в базу данных для дальнейшей обработки. Поми- мо предложенного методологического подхода в работе с ЭМЗЭ разработанная система управления может быть использована в полномасштабных биотехнических системах жизнеобеспечения для контроля состава кислород/водородсодержащей газовой среды в газовых контурах других физико-химических технологических процессах, например, при синтезе перекиси водорода и нитрификации аммиака.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):691-697
pages 691-697 views

ОСОБЕННОСТИ СИНТЕЗА КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ И УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Симунин М.М.

Аннотация

На сегодняшний день существует множество работ, показывающих эффективность использования угле- родных нанотрубок в качестве присадок к композитам. Особенно удачно их применение в полимерах, однако эффективность их использования в керамиках оставляет много вопросов. Цель статьи - изучение влияния до- бавки углеродных нанотрубок на свойства керамики. Для этого в качестве модельной среды был взят чистый кремнезём, полученный методом гидролиза тетраэтоксисилана в щелочной среде. Полученные гранулы мате- риала хорошо спекались при 900 °С, и было решено компаундировать этот материал углеродными нанотруб- ками. В зависимости от способа введения результат оказался диаметрально противоположным. Нанотрубки, вводимые в процессе синтеза кремнезёма, играли роль в формировании зёрен диоксида кремния и эффективно уплотняли материал, повышая его твёрдость. Напротив, нанотрубки, выращенные в порах керамики, раскли- нивали зёрна диоксида кремния, отчего материал становился мягче. В первом случае важно отметить, что на процесс формирования керамики не влияет синтез нанотрубок. В свою очередь, нанотрубки всегда влияют на процесс формирования керамики. Это влияние приводит к изменению структуры зёрен керамики и, как следствие, механизма взаимодействия между ними, что, в свою очередь, меняет плотность и прочность керамики. Во втором случае, чтобы вырастить нанотрубки в порах и полостях керамического материала, нужно прежде напитать керамический материал катализатором. Таким образом, возникает требование к прекурсо- ру катализатора - это отсутствие взаимодействия его с керамикой. Вторым требованием, очевидно, будет являться требование к инертности керамики, как к катализатору, так и ко всему процессу синтеза. Кроме того, необходимо, чтобы в процессе синтеза не менялась структура пор, т. е. они не закрывались в процессе синтеза нанотрубок, а обеспечивали транспорт исходных материалов и продуктов реакции. Таким образом, были описаны два механизма, влияющие на формирование композитного керамического материала. Описываемый композит может быть использован в ракетно-космической отрасли для компаун- дирования керамических обтекателей и теплоизоляции.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):698-702
pages 698-702 views

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИИ ГИБКИ ТРУБОПРОВОДОВ 3D-КОНФИГУРАЦИИ НА ПРОИЗВОДСТВЕ

Титенков С.В., Журавлев В.Ю.

Аннотация

Представлено общее описание процесса производства трубопроводов сложной конфигурации (ТСК). Мно- госторонне описываются узкие направления и специализации, принимающие значительное участие в изготов- лении пространственных трубопроводных систем и являющиеся основополагающими технологиями в данном процессе. В качестве объекта описания выступает базовый модуль разгонного блока (БМРБ), имеющий как гражданское назначение - вывод полезной нагрузки ракетами-носителями среднего и тяжелого классов на геостационарную орбиту, траектории, так и специальное назначение. Предметом описания выступает методология процесса гибки трубопроводов. Статья подразделяется на введение, четыре раздела, описываю- щих данный процесс, и заключение. Даётся обоснование актуальности рассматриваемой темы, стратегиче- ская важность отрасли и цель. Определяется государственная потребность в БМРБ для тяжёлых ракет- носителей «Ангара-А5» на ближайшее десятилетие. Описаны функциональные назначения трубопроводов БМРБ и влияние параметров рабочего режима компонентов в трубопроводах на их размеры и материал. Про- цесс подготовки технологии производства трубопровода подразделён на девять этапов: получение и прора- ботка конструкторской документации (КД) в виде 2D-чертежей с техническими требованиями и размерами; конструкторское моделирование детали в 3D-модель; определение оборудования изготовления детали; техно- логическая подготовка трубопровода к гибке; операция непосредственного изготовления предварительного изделия - эталона; обмер размеров полученного эталона; анализ и решение возможности дальнейшего исполь- зования эталона; корректировка программы гибки станка с числовым программным управлением (ЧПУ) через поправочные коэффициенты; сборка трубопровода в составе сложного трубопровода по пневмогидравличе- ской схеме с директивным утверждением технологии. Описан алгоритм построения модели трубопровода, который подразделен на девять основных этапов. Далее даётся общее описание программного модуля для станка с ЧПУ гибки трубопроводов. Рассмотрен международный стандарт, регламентирующий разра- ботку программного модуля для станков с ЧПУ, с кратким описанием последовательности подготовительных и вспомогательных команд. Показана структурная схема создания управляющей программы трубогибочного станка. В заключении показаны перспективные направления развития технологии гибки ТСК, в частности, через внедрение в производство новой оснастки - универсального технологического перехвата гибки труб; специальной гибочной головки с индукционной функцией, а также через создание универсального техпроцесса гибки ТСК, позволяющего не прибегать к созданию новых техпроцессов для трубопроводов разных диаметров, длин, материалов и учитывающего особенности работы станка.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):703-715
pages 703-715 views

РЕКУПЕРАЦИЯ ЭНЕРГИИ ПОЛОЖИТЕЛЬНО ЗАРЯЖЕННЫХ ИОНОВ

Трифанов И.В., Суханова О.А., Мелкозеров М.Г., Жирнова Е.А., Трифанов В.И.

Аннотация

Актуальным является рекуперация энергии пучков положительно заряженных ионов с одновременной ней- трализацией их заряда, например за срезом сопла электрического ракетного двигателя, в электрическую мощ- ность. Одним из методов решения указанной проблемы является разработка и применение рекуператоров энергии положительно заряженных ионов потока плазмы, которые могут устанавливаться вблизи среза сопла ЭРД. Процесс рекуперации энергии положительно заряженных ионов с одновременной нейтрализацией их заряда заключается в электростатическом торможении концентрированного пучка заряженных частиц и взаимо- действии их с многоколлекторными электродами рекуператора энергии, которые в свою очередь являются заряжающими электродами суперконденсатора. При этом на электродах суперконденсатора накапливается электростатическое электричество, которое может быть использовано для электропитания систем косми- ческого аппарата. При взаимодействии положительно заряженных ионов с многоколлекторными электрода- ми происходит также нейтрализация их заряда за счет воздействия на них тока электронов, поступающих со стороны двойного слоя заряжающего электрода суперконденсатора. Для повышения эффективности реку- перации энергии положительно заряженных ионов на объемный заряд заряженных частиц оказывают воздей- ствие низкочастотным электрическим полем со стороны изолированного управляющего электрода, установ- ленного в полости многоколлекторного электрода навстречу движущемуся потоку ионов. Разработка рекуператоров энергии положительно заряженных ионов и повышение энергетической эффективности ЭРД требует проведения научных исследований на основе построения моделей, принципов построения и оценки методов изготовления их индивидуальных компонентов.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(4):716-727
pages 716-727 views