Том 21, № 1 (2020)

Описан полуаналитический метод расчета упруго-гидродинамического контакта, основанный на частичном использовании Computer Aided Design / Computer Aided Engineering (CAD/CAE) пакетов и решения интегрального уравнения функциональной связи между давлением и деформацией. Давление в смазочном слое описывается решением модернизированного уравнения Рейнольдса с учетом таких факторов, как упругая деформация поверхностей в зоне контакта, эффект кавитации в области низкого давления, переменная вязкость смазочного слоя, зависящая от термодинамических параметров. На основе стационарного решения получен тензорный коэффициент демпфирования, с помощью которого далее выполняются расчеты переходных нестационарных режимов, возникающих в случаях резкого изменения внешней нагрузки. Проведено сравнение результатов моделирования подшипника скольжения, полученных с помощью предложенного полуаналитического метода и полного расчета, выполненного с помощью CAD/CAE программ, таких как ANSYS и COMSOL Multiphysics. Сравнение показало хорошую сходимость всех численных методов. При этом «гибридный» метод показал ряд преимуществ по сравнению с прямыми расчетами в CAD/CAE пакетах, таких как более быстрая скорость расчета, невысокие требования к вычислительным ресурсам и учет кавитационного эффекта. Описанный полуаналитический метод позволяет создавать цифровые двойники подшипниковых узлов, центробежных насосов и гидроопор, использующихся в спутниковых системах охлаждения и поворотных механизмах наземных спутниковых антенн.

В статье предложен подход к разработке архитектуры сервис-ориентированной системы обработки информации, моделирования и управления технологическими процессами. Разрабатываемая система представляет собой инструментарий для идентификации, прогнозирования и управления дискретно-непрерывными процессами, математический аппарат которой основан на непараметрических алгоритмах идентификации и управления. Программная архитектура состоит из нескольких основных модулей: модуль обработки данных, моделирования и прогноза выходных переменных процесса, модуль управления технологическим процессом. Первый модуль включает в себя алгоритмы предобработки данных: нормализация, центрирование и анализ выбросов и пропусков. Модуль моделирования представлен алгоритмическим функционалом для исследования и восстановления зависимостей между переменными процесса, идентификации процесса с использованием непараметрической оценки функции регрессии по наблюдениям. Последний модуль – это реализация непараметрических алгоритмов дуального управления. Управляющие устройства, построенные на основании данных алгоритмов, выполняют функции как управления объектом, так и его изучения.

В статье обсуждаются вопросы применения архитектурных решений, основанных на двух зарекомендовавших себя в области разработки программного обеспечения подходах – композитном и сервис-ориентированном. Описываются основные принципы композитной архитектуры как набора программных систем с множеством характеристик, которые выполняют определенную задачу, и сервис-ориентированной архитектуры как модульного подхода к разработке программного обеспечения. Показаны преимущества примененной композитной сервис-ориентированной архитектуры перед другими вариантами архитектур программного обеспечения для систем управления, в частности, в работе сравнивается монолитная программная архитектура с композитной сервис-ориентированной архитектурой. Выбранное архитектурное решение предоставляет возможность выстроить систему из набора независимых модулей, каждый из которых реализует отдельную операцию, которая является логически обособленной, повторяющейся задачей, являющейся составной частью производственного процесса предприятия. Использование описанного в работе подхода позволило достичь положительных результатов при интеграции с существующими программными продуктами предприятий, значительно сократить сложность и стоимость разработки новых компонентов, а также поддержки «унаследованных» частей системы.

В современных условиях развития технологий признаки системности проявляются в той или иной степени во всех областях, поэтому использование системного анализа является актуальной задачей. При этом главными факторами в данной ситуации являются обработка данных и прогнозирование состояния системы. Для заданного объекта в качестве способа прогнозирования в данной работе применяется моделирование, а точнее математическое моделирование. Математическая модель – это универсальное средство исследования сложных систем, представляющее собой приближенное описание какого-либо класса явлений внешнего мира, выраженное с помощью математической символики.

Математическую модель можно представить как совокупность систематических компонентов и случайной составляющей. В данной статье регрессионная модель уже определена, а в качестве объекта прогнозирования рассмотрена остаточная нерегулярная компонента модели, которая отражает воздействие многочисленных факторов случайного характера.

Происхождение, природа и законы изменения данной случайной величины нам неизвестны, поэтому для моделирования ее поведения или предсказания ее будущих значений необходимо с высокой степенью достоверности установить вид непрерывной функции распределения данной случайной величины.

Для этого была рассчитана эмпирическая функция распределения с помощью выборки из значений случайной величины. Данная эмпирическая функция в определенной степени приближена к значениям искомой неизвестной функции распределения. Полученная эмпирическая функция носит дискретный характер, поэтому необходимо применить кусочно-линейную интерполяцию и таким образом получить непрерывную функцию распределения.

В исходную регрессионную модель была включена спрогнозированная случайная компонента временного ряда. Для того чтобы сравнить дополненную и исходную регрессионные модели, из динамического ряда были исключены несколько значений и построен новый прогноз. Рассчитано значение средней ошибки аппроксимации для оценки качества модели. Дополненная регрессионная модель показала себя эффективнее исходной.

Любой космический вычислительный комплекс представляет собой сложную систему. Под сложной системой понимают совокупность функционально связанных разнородных устройств, предназначенных для выполнения определенных функций и решения стоящих перед системой задач. Одной из важных характеристик работы системы является время ее безотказной работы. Часто эту характеристику считают случайной величиной. Но такая математическая модель является довольно ограниченной, так как время безотказной работы зависит от многих характеристик (параметров), описывающих систему. Поэтому можно предположить, что время безотказной работы есть непрерывное случайное поле (то есть случайная функция многих переменных). Именно такой подход применяется в данной работе. При наличии определенных ограничений на время безотказной работы вычислительной системы найдены верхние оценки для распределений случайного числа отказов системы. Поэтому возникает вопрос оценки распределения гауссовского поля в гильбертовом пространстве.

В работе доказаны две теоремы, которые позволяют вычислить вероятность попадания гауссовского вектора в шар заданного радиуса.

Данная работа посвящена надежности работы вычислительной системы. Одной из характеристик надежности вычислительной системы является случайное число ее отказов v(r). Распределение v(r) есть распределение суммы случайных времен безотказной работы вычислительной системы. Записать распределение v(r) в явном виде невозможно. Поэтому приходится искать оценку этих распределений сверху. В предположении, что время безотказной работы вычислительной системы есть сумма многих переменных, в данной работе получены следующие результаты: показано, что задачу оценки распределений случайного числа отказов системы можно рассматривать как задачу оценки скорости сходимости в центральной предельной теореме в банаховых пространствах; при наличии определенных ограничений на время безотказной работы вычислительной системы найдены верхние оценки для распределений случайного числа отказов системы. Полученные оценки могут быть использованы для дальнейших исследований в теории надежности вычислительных систем. Зная эти верхние оценки, можно прогнозировать уровень средних затрат на восстановление вычислительных систем, а также для разработки специального математического и алгоритмического обеспечения систем анализа, для задач управления, принятия решений и обработки информации.

Одним из важнейших аспектов в области безопасности полетов является осведомленность о местоположении воздушных судов (ВС). Основным методом определения местоположения ВС в пространстве является использование радарных систем: первичных, вторичных, совмещенных первично-вторичных обзорных радиолокаторов, но у радарных систем есть существенные недостатки. Однако сейчас используются и более современные технологии, например, такие как ADS-B и мультилатерация. В данной работе акцент будет нацелен на радиовещание ADS-B. Покрытие всей поверхности Земли, низкая стоимость, обширность предоставляемой информации делает автоматическое зависимое наблюдение – вещание крайне эффективной системой. 

Использование такого метода определения положения ВС является актуальным и для вертолетов, в особенности, состоящих в парке специальных служб. В области аэронавигационной инфраструктуры объектами исследования являются системы наблюдения, необходимые для безопасной организации растущих объемов воздушного движения. Проблема увеличения осведомленности местоположения ВС в пространстве является всегда актуальной и имеет обширное количество исследований в этой области. На данный момент отечественные вертолеты гражданской авиация практически не оснащаются ADS-B транспондерами, а также не используют доступные ресурсы следящей системы на базе этих приемопередатчиков. Целью исследования является обоснование применимости ресурсов системы Flightradar, а также оснащение парка вертолетов ADS-B транспондерами. Применение следящей системы, такой как Flightradar, позволит значительно увеличить безопасность полетов путем улучшения осведомленности о движении вертолетов в пространстве.

Высокая стоимость, сложность разработки летающих моделей обуславливают необходимость применения методов проектирования и изготовления, которые позволили бы обеспечить наилучшие летно-технические и технологические характеристики модели и максимально повысить эффективность ее эксплуатации. К числу таких методов относится экспериментальный контроль параметров массо-инерционной асимметрии на заключительном этапе общей сборки летающей модели. В статье рассмотрено решение задачи оптимизации процесса приведения параметров массо-инерционной асимметрии летающей модели конической формы к заданным нормативам. Единственная плоскость коррекции конструктивно расположена вблизи торца конуса, на значительном расстоянии от центра масс летающей модели. Балансировка летающей модели проводится в динамическом режиме в составе сборного ротора на низкочастотном динамическом вертикальном балансировочном стенде с газовыми опорами. Перед балансировкой масса, продольное положение центра масс и моменты инерции летающей модели должны быть определены экспериментально с использованием другого измерительного оборудования. В качестве критерия оптимизации принято достижение минимального угла отклонения продольной главной центральной оси инерции относительно геометрической оси летающей модели при одновременном обеспечении заданного норматива по величине смещения центра масс с той же геометрической оси. В работе представлен алгоритм балансировки, легко реализуемый на современных компьютерах. Приведён числовой пример балансировки. Алгоритм позволяет исключить промежуточные шаги балансировки, сократив число шагов балансировки, как правило, до одного шага, а также сократив время проведения балансировочного эксперимента. За один шаг балансировки алгоритм позволяет либо привести параметры массо-инерционной асимметрии летающей модели к заданным нормативам, либо диагностировать невозможность для конкретной конструкции летающей модели обеспечить достижение заданных нормативов.

В системах электропитания космических аппаратов, беспилотных и пилотируемых летательных аппаратов в качестве первичных источников энергии широко используются солнечные батареи. Для энергоснабжения наземных автономных объектов находят применение возобновляемые источники энергии различной природы, позволяющие использовать энергию Солнца, ветра, волн, рек, приливов и т. п.

Применение в составе автономной системы электропитания разнородных источников энергии позволяет осуществлять генерацию электрической энергии на интервалах времени, когда отсутствует поступление энергии от части используемых источников.

Согласование первичных источников энергии с различными характеристиками и условиями работы в рамках одной системы электропитания приводит к возникновению дополнительных сложностей, связанных с регулированием мощности источников, что и определяет актуальность рассматриваемых задач.

Цель исследования: разработка способов объединения первичных источников энергии с различными характеристиками и условиями работы в единую автономную систему электропитания и алгоритмов управления контроллерами этих источников.

Задачи: создание имитационной модели системы электропитания в среде MATLAB/Simulink; разработка и проверка алгоритма управления контроллерами первичных источников, обеспечивающего поддержание желаемого тока заряда аккумуляторной батареи системы электропитания; разработка и проверка алгоритмов управления контроллерами первичных источников, обеспечивающих отбор максимальной мощности от каждого из нескольких первичных источников, в том числе и с минимизацией времени поиска точки максимальной мощности.

Методы исследования: имитационное моделирование системы электропитания с использованием языка Simulink, входящего в состав программного пакета MATLAB 7.9.

Результаты: разработана имитационная модель системы электропитания, включающая два источника энергии с различными характеристиками. При избытке мощности, генерируемой первичным источником энергии, контроллер источника энергии находится в режиме заряда аккумуляторной батареи заданным фиксированным током. При дефиците мощности первичного источника контроллер функционирует в режиме поиска экстремальной мощности. Структура системы электропитания позволяет управлять двумя источниками энергии независимо друг от друга. Таким образом, контроллеры источников энергии могут находиться в различных режимах работы, обеспечивая повышенную гибкость системы электропитания. Использование алгоритма управления на нечеткой логике увеличивает скорость поиска точки максимальной мощности, а также повышает точность работы алгоритма. Проведенные с использованием разработанной модели испытания подтвердили работоспособность алгоритмов управления контроллеров солнечной батареи во всех режимах работы. Подтверждена работоспособность алгоритма выбора режима работы контроллеров в различных условиях. Предложенные алгоритмы позволяют осуществлять эффективное регулирование мощности первичных источников энергии в зависимости от различных условий работы автономной системы электропитания.

Материалы, обнаруживающие связь между электрическими и магнитными свойствами, являются привлекательными для возможного использования в качестве элементной базы в микроэлектронике, спинтронике, сенсорных устройствах. Соединения с переменной валентностью проявляют ряд фазовых переходов металл-диэлектрик, магнитных фазовых переходов, включая изменения магнитных свойств без изменения магнитной симметрии.

Перспективными материалами для изучения этих эффектов являются катион замещенные соединения Mn_1−xRe_xS (Re = 4f элементы), синтезированные на основе антиферромагнитного полупроводника моносульфида марганца. Последнее имеет практическую значимость в разработке новых материалов для датчиков температуры, широко используемых в металлургической отрасли.

Проведены исследования структурных и электрических свойств соединений с переменной валентностью Tm_XMn_1-ХS (0 ≤ X ≤ 0.15) и Tm_XMn_1-ХS (0 ≤ X ≤ 0.25) в области температур 80–1100 K. Определены области существования твердых растворов сульфидов TmХMn1–ХS с ГЦК решеткой типа NaCl. Установлено уменьшение проводимости при замещении катионов марганца ионами тулия и более резкое увеличение постоянной решетки по сравнению с законом Вегарда. При замещении ионами иттербия проводимость увеличивается с ростом концентрации и температурная зависимость имеет вид, типичный для полупроводников.

В работе сделан анализ требований, предъявляемых к изготовлению трубопроводов 3D-конфигурации на предприятии в ракетно-космической отрасли. Проведён обзор разных подходов к технологии гибки труб – с термообработкой и без термообработки. Объектом исследования является процесс гибки и универсальный гибочный агрегат изготовления трубопроводов сложной конфигурации. Статья разделена на четыре раздела, в которых рассмотрены ключевые факторы, непосредственно влияющие на успешность проведения технологической операции гибки трубопровода сложной 3D-траектории. Приведён обзор безтемпературного формообразования трубопровода. Рассматриваются требования к технологии, исключающей гофрообразование, сплющивание, растяжение и утонение стенок трубопроводов при их гибе. Указаны действующие нормативные документы и отраслевые аэрокосмические стандарты, регламентирующие изготовление пневмогидравлических трубопроводов. Приведён пример расчёта минимально допускаемого радиуса гиба трубы, зависящего от диаметра и толщины стенки трубы. Перечислены требования унификации размеров изготовления труб и требования к зазорам. Получена зависимость максимально допустимого внутреннего давления в трубопроводе. Рассмотрены требования к оснастке, применяемой в гибе трубопроводов. Перечислены требования к проектированию агрегата гибки труб. Во втором разделе рассмотрены возможности температурного воздействия на процесс гибки трубы. Представлен анализ патентной и технической литературы и описаны шесть возможных методов эффективного температурного воздействия: нагрев всего трубопровода, узкозональный нагрев места гиба на трубе, охлаждение азотом воды в трубе, лазерное охлаждение атомов трубы, нанесение смазок из нефтепродуктов на место нагрева на трубе и использование современных наполнителей внутри трубы изменяющих её температуру. В третьем разделе определены задачи, поставленные для разработки универсального гибочного аппарата, сформулированы требования к управляющей программе и устройству шкафа автоматики универсального гибочного аппарата, рассмотрена система алгоритма работы гибочного станка с ЧПУ. Показана общая функциональная схема работы агрегата гиба и циклограмма очерёдности работы оборудования.