Том 25, № 4 (2024)
- Год: 2024
- Выпуск опубликован: 15.12.2024
- Статей: 12
- URL: https://journals.eco-vector.com/2712-8970/issue/view/10242
Весь выпуск
Раздел 1. Информатика, вычислительная техника и управление
К вопросу об использовании байесовского метода для поиска подводных объектов
Аннотация
Поиски и изучение подводных антропогенных объектов, в частности исторических кораблей, является одним из наиболее актуальных направлений в современной подводной археологии, охватывающих спектр задач теоретического и прикладного характера. В практике поиска затонувших судов достаточно редким случаем является обнаружения судна на основе заранее (априори) известных данных. В связи с этим, а также использованием определений из области теории вероятности и математической статистики, естественным направлением развития систем поиска стала байесовская статистика, а именно, поисковый метод, нашедший применение в ряде известных зарубежных поисковых проектов. Метод поиска Байеса для установления местоположения затонувших судов, а также их идентификации почти не использовался в отечественной практике подводной археологии. Однако потребность в его применении существует, как это показала экспедиция 2024 г. по поиску транспортного судна «Тбилиси», потопленного в годы Великой Отечественной войны в Енисейском заливе: несмотря на относительно небольшую площадь акватории поисковой зоны, установление местоположения корабля стало весьма трудоемким процессом. В то же время применение байесовского поиска могло бы существенно облегчить данную задачу. В связи с этим в настоящей статье рассмотрена методика применения байесовского поиска для обнаружения затонувших судов (приведен пример построения распределения вероятностей в зоне поиска судна «Тбилиси»). Кроме того, автором рассмотрен вопрос об использовании байесовского метода для идентификации объектов (предложена модель базы данных с включением в нее различных параметров поиска). В качестве реального примера представлены результаты работы экспедиции 2024 г. с описанием исторического объекта, условий поиска, а также проблем, возникших в ходе проведения данной работы.



Расчётно-экспериментальные исследования динамических характеристик макета рамы телескопа космического аппарата
Аннотация
В статье представлено расчётно-экспериментальное исследование динамических характеристик макета рамы телескопа космического аппарата. Основное внимание уделено методике проведения вибродинамических испытаний с использованием трёхкомпонентного лазерного виброметра и созданию конечно-элементной модели исследуемого макета. Для анализа динамики конструкции определены основные критерии, такие как модальные параметры, валидация модели и гармонический анализ. Особое внимание уделяется влиянию преобразования экспериментальных данных на точность расчёта критерия модальной достоверности. Исследован макет рамы телескопа, представляющий собой ферменную конструкцию, закреплённую на пружинах. Испытания проводились путём приложения случайного воздействия типа «белый шум». Получены динамические характеристики конструкции, включая собственную частоту колебаний, которая составила 93,7 Гц. Экспериментальные данные сравнивались с результатами конечно-элементного моделирования, показавшими значительное расхождение между ними, особенно в области собственных частот. Это свидетельствует о необходимости корректировки конечно-элементной модели. Рассмотрены различные критерии оценки соответствия расчётных и экспериментальных моделей, такие как координатный критерий модальной достоверности (COMAC), критерий модальной достоверности (MAC), взаимный критерий гарантии (CSAC) и взаимный коэффициент пропорциональности (CSF). Эти критерии помогают оценить степень совпадения форм колебаний и частотных характеристик. Проведён анализ влияния преобразований экспериментальных данных в разные единицы измерения на результаты расчётов этих критериев. Сделан вывод о том, что текущая расчётная модель требует доработки и уточнения параметров для достижения лучшего соответствия с реальностью.



Алгоритм уточнения углов поворота и наклона камеры на летательный аппарат по записанному видео
Аннотация
В связи с трудностями, возникающими при использовании систем спутниковой навигации на аэродромах в настоящее время, и недостаточной точностью инерциальных навигационных систем, для проведения траекторных измерений вновь стали использоваться оптические измерительные комплексы. Однако существующие измерительные комплексы обладают рядом недостатков. Целью данной работы является описание способа повышения точности траекторных измерений, полученных угломерным методом. В статье рассматриваются основные алгоритмы, применяющиеся при проведении траекторных измерений в настоящее время и их недостатки. Предлагается алгоритм покадровой послеполётной обработки записанного видео с камер оптико-электронного измерительного комплекса. Приводится описание реализации данного алгоритма с учётом особенностей графических программных интерфейсов для обработки ввода пользователя алгоритма. Предложенный алгоритм позволяет после проведения траекторных измерений, без ограничений по времени, уточнить углы поворота и наклона платформы в каждый момент времени. Предложенный алгоритм позволяет повысить точность как уже проведённых, так и проводимых в будущем траекторных измерений при испытаниях летательных аппаратов. Предложенный алгоритм также может использоваться для получения потенциальных углов поворота и наклона камеры при реализации угломерно-пеленгационного комплекса с применением неподвижных широкоугольных оптических камер. Например, при измерении диаграмм направленности бортовых антенн самолёта с помощью квадрокоптера-измерителя для определения его положения в пространстве в каждый момент времени. В статье также приводятся основные достоинства и недостатки алгоритма, вносятся предложения по его усовершенствованию, предлагаются возможные области его применения.



Раздел 2. Авиационная и ракетно-космическая техника
Виртуальная имитация пульта заправки современного гражданского самолёта
Аннотация
В работе рассмотрено проектирование и разработка компьютерной модели пульта контроля и управления заправкой топливом гражданского самолёта Sukhoi SuperJet 100.
В процессе проектирования представленной в статье виртуальной имитационной модели рассмотрены и отобраны компоненты заправочного пульта и системы заправки самолёта SSJ-100, достаточные для дальнейшей программной реализации. Отбор необходимых компонентов для модели проведён, используя метод декомпозиции реальной системы. Сначала были выбраны функциональные элементы непосредственно пульта заправки, после чего разобрана система заправки на компоненты, которые позволяют имитировать работу моделируемого пульта.
Для программной реализации имитационной модели были описаны программные классы объектов и взаимодействия между ними. Программные алгоритмы реализованы в среде Unity с использованием языка C#. Созданная программа использует трёхмерную графическую составляющую и собрана под запуск на web-браузере. Также разработаны программные компоненты, позволяющие изучать функции пульта заправки как самостоятельно, так и в режиме контроля знания элементов и алгоритмов работы с пультом заправки.
Представленная модель включена в программу-тренажёр для обучения технических специалистов навыкам обслуживания самолёта в условиях ограниченного доступа к реальному или аппаратному имитационному оборудованию и используется как часть практического тренажёра в СибГУ им. М. Ф. Решетнёва и может быть функционально расширена в дальнейшем.



Оценка погрешностей измерения навигационно-посадочных параметров с использованием псевдоспутников
Аннотация
В настоящий момент существенное количество региональных аэродромов не имеют достаточного места для наземного навигационного оборудования. Это может привести к нежелательным последствиям при посадке воздушного судна (ВС) при слабом визуальном контакте экипажа со взлётно-посадочной полосой (ВПП). Система псевдоспутников способна повысить безопасность полетов на этапе посадки в сложных метеорологических условиях на региональных аэродромах без использования индикатора на лобовом стекле (ILS) после оценки погрешностей навигационно-посадочных параметров. Система псевдоспутников может быть использована для повышения безопасности полётов на этапе посадки в сложных метеорологических условиях на региональных аэродромах. Эта система состоит из контрольно-корректирующей станции и псевдоспутников, которые работают в определённых частотных диапазонах.
При использовании этой системы на воздушном судне устанавливается плановый навигационный прибор ПНП-72, который выдаёт основную навигационную информацию с заданной точностью. Это позволяет пилотам использовать более точную информацию и выполнять безопасный заход на посадку и посадку ВС на ВПП даже при слабом визуальном контакте с ней.
Таким образом, использование системы псевдоспутников может помочь решить проблему недостаточного количества наземных навигационных средств на региональных аэродромах. Это позволит обеспечить более точное определение местоположения ВС и улучшить качество навигационной информации, предоставляемой экипажу.
Применение системы псевдоспутников может стать альтернативой использованию дорогостоящих и сложных систем ILS, особенно на небольших аэродромах, где установка таких систем может быть нецелесообразной или экономически невыгодной.
Однако для успешного внедрения и эксплуатации системы псевдоспутников необходимо провести дополнительные исследования и испытания, чтобы определить оптимальные параметры работы системы, а также разработать соответствующие нормативные документы и процедуры для обеспечения безопасности полётов.



Повышение точности позиционирования системы ГЛОНАСС
Аннотация
Точность определения координат в системах глобального позиционирования определяется количеством спутников, одновременно видимых навигационным оборудованием потребителя. На большей части поверхности земли над горизонтом находятся одновременно до 11 спутников ГЛОНАСС. Однако отношение сигнал/шум в канале связи, необходимое для безошибочного приема информации, часто обеспечивается только для 2–4 спутников. Для повышения точности позиционирования предложено использовать метод голографического помехоустойчивого кодирования, основанный на голографическом представлении цифрового сигнала. Процесс кодирования сообщения представляет собой математическое моделирование голограммы, создаваемой в виртуальном пространстве волной от источника входного сигнала. Показано, что голографическое представление сигнала обладает существенно большей помехоустойчивостью и позволяет восстановить исходную цифровую комбинацию при потере большей части кодового сообщения и при искажении кодированного сигнала шумом, в несколько раз превосходящим уровень сигнала. Проведенные исследования показали, что введение голографического кодирования в канале спутниковой связи системы ГЛОНАСС даст возможность навигационной аппаратуре потребителей получать информацию с большего количества спутников, что существенно повысит точность позиционирования. В часто встречающейся ситуации, когда требуемое отношение сигнал/шум выдерживается только для 4 спутников ГЛОНАСС, погрешность позиционирования превышает 10 м. При использовании голографического кодирования в такой же ситуации будет безошибочно декодироваться информация от 9 спутников и погрешность позиционирования составит около 2 м.



Исследование жесткости композитной спицы зонтичной антенны космического аппарата
Аннотация
Антенны зонтичного типа часто применяются в современных космических аппаратах. Их преимущество состоит в возможности компактного размещения во время вывода на орбиту. При этом они должны обеспечивать необходимую стабильность в развернутом виде в космосе. Жесткость антенны главным образом зависит от жесткости спиц, проектирование которых выливается в комплексную задачу научного поиска. Антенны космических аппаратов должны обеспечивать функциональную работоспособность и в то же время обладать минимальной массой. Кардинальное направление совершенствования космических антенн состоит в применении новых конструкционных материалов. Композиты отличаются высокими удельными механическими свойствами, что позволяют создавать конструкции с высокой степенью весового совершенства. Проблема связана с наличием большого количества проектных параметров, сложным образом влияющих на работоспособность композитных конструкций. Определение оптимального сочетания этих параметров для каждой конструкции и конкретного расчетного случая приводит к необходимости проведения комплексного численного эксперимента, базирующегося на специализированных алгоритмах, методиках и программах.
Целью исследования является проектирование композитной спицы зонтичной антенны космического аппарата, обеспечивающей требуемую несущую способность и максимальную жесткость при заданном ограничении массы конструкции. Оно предполагает разработку конечно-элементных моделей композитной спицы различного исполнения, в которых была бы заложена возможность оптимизации проектных параметров по критериям прочности, несущей способности и жесткости. В результате численного эксперимента определяются способы повышения несущей способности и жесткости развертываемой антенны космического аппарата.



Динамические параметры потока в естественных криволинейных координатах для линии тока во вращающемся канале
Аннотация
Особый интерес к теме математического анализа протекания процессов переноса теплоты определяется научной значимостью и практическим применением при разработке, проектировании и производстве ракетно-космических аппаратов и установок. Обоснование разработанных методик и моделирование данных, полученных в ходе эксперимента с применением 3д технологий процесса, дает преимущество. Точность и достоверность результатов расчетов играют ключевую роль в обеспечении безопасности и надежности ракетно-космических систем. Регулярная проверка и верификация результатов также необходимы для обеспечения высокой степени надежности и безопасности. Представленный в статье комплексный анализ течения потока жидкости в межлопаточном канале рабочего колеса малорасходного центробежного насоса с построением энергетических характеристик рабочего колеса может быть использован для уточнения числа лопаток. Разработанная методика расчета состоит из четырех частей: во-первых, получено выражение для определения проекции градиента давления на продольную ось φ, во-вторых, получено выражение для определения проекции градиента давления на поперечную ось ψ, в-третьих, определена производная продольной скорости в поперечном направлении и, в-четвертых, представлены результаты численной и экспериментальной визуализации (баланс мощностей, зависимость напора и коэффициента влияния конечного числа лопаток от расхода малорасходного центробежного насоса). На основе результатов теоретических исследований были разработаны алгоритм и программа расчета, позволяющие рассчитывать локальные значения. Рассматриваемый подход подтверждается верификацией результатов математического моделирования графической визуализацией течения и измерением баланса мощностей малорасходного центробежного насоса. Полученные выражения для проекций градиента давления, определение производной продольной скорости и экспериментальная визуализация играют важную роль при расчете и анализе работы центробежных насосов. Однако существует необходимость в дальнейшей проработке метода для приведения его к виду, позволяющему рассчитывать трехмерное течение рабочего тела в канале произвольной формы.



Раздел 3. Технологические процессы и материалы
Методы и проблемы калибровки космических магнитометров на анизотропном магниторезистивном эффекте
Аннотация
В космической отрасли широко применяются приборы, измеряющие магнитное поле Земли. Всё чаще в состав систем ориентации и стабилизации низкоорбитальных космических аппаратов (КА) входят магнитометры, изготовленные с применением магниторезистивной технологии. Это обоснованно малым весом, размером и энергопотреблением таких приборов, что делает их идеальными для применения на малогабаритных космических аппаратах. Однако основной проблемой магниторезистивных магнитометров является необходимость оценки возможных ошибок измерений. Влияние ошибок значительно снижает точностные характеристики прибора. С целью решения представленной проблемы исследователи предлагают различные методы оценки и исключения влияния ошибок на измерения [1–7]. Среди способов устранения ошибок в показаниях прибора применяются конструктивные решения, такие как вынесение прибора на расстояние от КА при помощи выдвижной штанги, с целью уменьшения влияние помех на прибор от аппарата [2]. Такое решение целесообразно для крупногабаритных КА, где наличие устройства выдвижения магнитометра не усложнит конструкцию и не увеличит энергопотребление. Для малых КА подобное решение не целесообразно. По этой причине при обсуждении магнитометров малогабаритных КА большое внимание уделяется методам калибровки, математической оценке и устранению ошибок как в наземных, так и в лётных условиях. Целью работы является формирование общего представления о причинах искажений в показаниях анизотропных магниторезистивных магнитометров, способах их математической оценки. Проведён обзор методов и оборудования для проведения наземной калибровки. В работе рассмотрены методики наземной калибровки анизотропных магниторезистивных магнитометров, применяемых на низкоорбитальных космических аппаратах в составе системы ориентации и стабилизации. Дана характеристика калибруемым параметрам магнитометров и предложена математическая модель измерений прибора с учётом ошибок. Описаны основные операции и оборудование, применяемые в процессе калибровки. Результаты работы могут быть полезны при проектировании рабочих мест калибровки магнитометров, а также при проведении эмпирических исследований в области магнитометрических датчиков.



Магнитоимпеданс в тулий марганцевом халькогениде
Аннотация
Управление транспортными характеристиками под действием магнитного поля является перспективным с точки зрения создания датчиков магнитного поля устойчивых к радиации. Исследуется импеданс и его компоненты в тулий марганцевом халькогениде в интервале частот 102–106 Гц. Найдена область температур с превалирующим вкладом реактивной и активной частей импеданса. Компоненты импеданса описываются в модели Дебая. При замещении марганца ионами тулия частоты максимумов мнимой компоненты импеданса смещаются в сторону высоких частот в селениде марганца на два порядка. С ростом концентрации замещения ионами тулия в селенидах найдено два времени релаксации по сравнению с сульфидами. Найден активационный характер времени релаксации, энергия активации от концентрации ионов тулия. Установлено увеличение импеданса в магнитном поле в области малых концентраций и смена знака импеданса по температуре для больших концентраций. Магнитоимпеданс в халькогенидах проходит через максимум при нагревании образцов. Увеличение импеданса в магнитном поле обусловлено изменением диагональной компоненты диэлектрической проницаемости в магнитном поле, которая пропорциональна проводимости Положительное значение магнитоимпеданса описывается в модели электрически неоднородной среды. Из импеданса можно получить информацию об электрической неоднородности материала.



Применение высокоскоростной гидродинамической технологии для получения графеновых наносупензий из природных графитов
Аннотация
Углеродные наноструктуры находятся в центре внимания мировой науки более 25 лет, с момента открытия фуллеренов в 1985 г., одностенных углеродных нанотрубок в 1993 г., графена в 2004 г., графеновых квантовых точек в 2004 г. Графен стабилен в условиях окружающей среды и обладает отличными электронными, механическими, химическими, тепловыми и оптическими свойствами. Во всем мире активно проводятся исследования и разработки новых методов применения графена в различных областях, таких как энергетика, нефтедобыча, материаловедение, электроника и т. д. В настоящее время использование графеносодержащих материалов в качестве модификаторов для создания прочных и легких материалов в авиации, автомобилестроении и других отраслях инженерии являются актуальной проблемой. Введение графеновых частиц в состав композиционных материалов целесообразно осуществлять, используя их устойчивые дисперсии в жидкой среде. Получение коллоидных графеновых суспензии во многих случаях эффективно, используя метод жидкофазной эксфолиации графита.
В работе представлены результаты изучения физико-химических свойств водных графеновых суспензий, полученных методом жидкофазной эксфолиации природных графитов высокоскоростной гидродинамической технологии. Графиты марок ГК-1 и ГАК-2 (ГрафитСервис, Челябинск, РФ) – это кристаллические графиты, полученные с помощью обогащения графитовых руд и совместном обогащении природных графитовых руд и графитосодержащих отходов металлургических производств соответственно. Графитовые суспензии были приготовлены на дистиллированной воде с 1 масс. % графита, к некоторым образцам было добавлено поверхностно-активное вещество (ПАВ), время обработки 3–120 мин, скорость вращения ротора 4 000–11 000 об/мин. Полученные графеновые суспензии были исследованы методами РФА, электронной микроскопией и седиментационного анализа на электроакустическом спектрометре DT-1202. Наличие многослойного графена подтверждено сопоставлением результатов РФА с литературными данными. Наряду с многослойным графеном обнаружено присутствие графеновых точек. Получены водные графеновые суспензии для графитов с различным временем седиментации. Для графита ГАК-2 – шесть суток, для графита ГК-1 – 90 суток, для графита ГК-1 + ПАВ – 6 месяцев.



Шероховатость поверхности при электро-контактно-электрохимической обработке с вибрацией катода-инструмента
Аннотация
Электроэрозионная и электрохимическая обработки металлов используются в производстве деталей авиационной и ракетной техники, особенно электроэрозионная. В металлургии применяется разновидность электроэрозионной обработки – электроконтактная. В работе исследуется комбинированный способ обработки металлов, включающий электроконтактный и электрохимический методы с использованием вибрации электрода-инструмента. С помощью этого метода осуществляются копировально-прошивочные операции при изготовлении деталей из металлов труднообрабатываемых механическим способом. Особенностью вышеупомянутого способа электрообработки является формирование шероховатости поверхности обрабатываемого металла за счёт анодного растворения и процесса электроэрозии. Боковая поверхность обрабатываемой заготовки формируется за счёт электрохимических процессов. Торцевая поверхность образуется за счёт электроконтактной обработки. На основании литературных данных для импульсной электрохимической обработки и экспериментов получены выражения для расчёта параметра шероховатости боковой поверхности. Формула учитывает время анодного растворения за один период колебания катода-инструмента, напряжение на электродах и концентрацию электролита. Расчёт параметра шероховатости торцевой поверхности производится аналогично выражению для электроэрозионной обработки, только вместо длительности электрического импульса используется длительность касания электродов. Проведённые опыты подтвердили правильность используемых выражений и позволили получить зависимость коэффициента от частоты вибрации катода-инструмента.


