Том 19, № 3 (2018)
- Год: 2018
- Статей: 21
- URL: https://journals.eco-vector.com/2712-8970/issue/view/7670
Статьи
НОВЫЙ МЕТОД ГРУППИРОВКИ ПЕРЕМЕННЫХ ДЛЯ ЗАДАЧ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ БОЛЬШОЙ РАЗМЕРНОСТИ
Аннотация
Сложность и размерность прикладных задач глобальной параметрической оптимизации стремительно увеличиваются с каждым годом. Стоит отметить, что практические задачи оптимизации являются слож- ными и зачастую рассматриваются как модель «черного ящика» по причине того, что исчерпывающий анализ проблемы затруднен или невозможен, а частичная информация о проблеме редко является полезной. Эффек- тивным инструментом для решения задач оптимизации типа «черный ящик» являются эвристические алгоритмы прямого поиска. В последние десятилетия исследователи разработали множество эвристических алгоритмов для решения задач глобальной оптимизации большой размерности. Предложен новый подход, который получил название DECC-RAG. Алгоритм DECC-RAG базируется на ори- гинальном методе группировки переменных (случайная адаптивная группировка) для применения метода кооперативной коэволюции. В основе предложенного метода группировки переменных лежит следующая идея: после заданного количества вычислений целевой функции, применяя структуру кооперативной коэволюции для алгоритма SaNSDE, находится половина субкомпонентов с худшими значениями пригодностей, в данных суб- компонентах происходит случайное перемешивание индексов переменных. Эффективность алгоритма DECC-RAG проверялась на 20 эталонных тестовых задачах из набора LSGO CEC’2010 и 15 задачах из набора LSGO CEC’2013. Размерность задач равнялась 1000. Результаты численных экспериментов показывают, что предложенный алгоритм (DECC-RAG) превосходит некоторые другие со- временные эволюционные алгоритмы на задачах глобальной оптимизации большой размерности из LSGO CEC’2010 и LSGO CEC’2013.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):386-395
386-395
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СЛОЕВ НА ФАЗОВЫЕ СКОРОСТИ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛАСТИНАХ
Аннотация
С помощью компьютерного моделирования проанализировано влияние массовой нагрузки в виде двух метал- лических слоев на изменение фазовой скорости дисперсионных мод упругой волны Лэмба и SH-волны в струк- турах вида Me/ZnO/Me и Me/AlN/Me в зависимости от частоты упругой волны и отношения толщин слоев металла и пьезоэлектрика. Исследуемые материалы пьезоэлектрических слоев обладают такими свойствами, как большие значения коэффициента электромеханической связи и значительные величины фазовых скоростей объемных и поверхностных акустических волн. В качестве материалов металлического слоя использовались алюминий (Al) и молибден (Mo), часто применяющиеся при изготовлении акустоэлектронных устройств. Для обоих типов структур обнаружено, что только моды упругой волны Лэмба обладают локализованными мак- симумами чувствительности S. Обнаружено, что величина изменения фазовой скорости упругой волны зави- сит от соотношения акустического импеданса металлического слоя и материала звукопровода. Максималь- ные значения чувствительности мод упругой волны достигаются при конфигурации слоистой системы Al/AlN/Al, т. е. в системе с низкими значениями акустических импедансов объемной продольной волны для ма- териалов слоев и пьезоэлектрического звукопровода. Результаты выполненного моделирования могут быть использованы при разработке различных акустоэлектронных устройств, в том числе используемых в качестве компонентов электронной базы ракетно-космической техники.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):396-404
396-404
О НЕПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ НОРМАЛЬНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
Аннотация
Рассматривается задача непараметрической идентификации линейных динамических объектов. В отличие от параметрической идентификации, вид уравнения, описывающего динамический объект, не задан с точно- стью до параметров. Более того, задача идентификации рассматривается в условиях нормального функцио- нирования объекта, в отличие от ранее известного непараметрического подхода, основанного на подаче на вход объекта функции Хевисайда и дальнейшем применении интеграла Дюамеля. В условиях нормального функ- ционирования на вход объекта подают сигнал произвольного вида. При этом на выходе объекта наблюдается соответствующий отклик. Следует заметить, что измерения входной и выходной переменных осуществля- ются со случайными помехами. В итоге, имеем реализацию (выборку) входных-выходных переменных. Поскольку линейная динамическая система может быть описана интегралом Дюамеля, то при известных входных и выходных переменных объекта могут быть найдены соответствующие значения весовой функции. Это достигается при дискретной записи последнего. Располагая подобной реализацией, в дальнейшем исполь- зуется непараметрическая оценка весовой функции в виде непараметрической оценки Надарая-Ватсона. Под- ставляя ее в интеграл Дюамеля, получаем тем самым непараметрическую модель линейной динамической системы неизвестного порядка. Приведен также случай построения непараметрической модели при подаче на вход дельтообразной функ- ции. Было интересно выяснить, насколько дельтообразная функция может отличаться от дельта-функции. Оценка весовой функции и в этом случае определялась в классе непараметрических оценок Надарая-Ватсона. Предложенные непараметрические модели был подробно исследованы средствами статистического модели- рования. В основном непараметрические модели показали достаточно высокую эффективность с точки зре- ния точности прогноза непараметрической модели по отношению к реально измеренному выходу объекта. Естественно, точность непараметрических моделей уменьшается из-за роста влияния помех измерения входных-выходных переменных или дискретности их измерения. Ранее были предложены непараметрические алгоритмы идентификации для случая, когда на вход объекта подавалась функция Хевисайда, однако это не- сколько сужает рамки практического использования самой идеи непараметрической идентификации. Естест- венно, важным является случай построения непараметрической модели динамического объекта, находящегося в условиях нормальной эксплуатации. Эта особенность является наиболее важной из рассматриваемых прие- мов идентификации в условиях непараметрической неопределенности.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):405-411
405-411
ИССЛЕДОВАНИЕ СЕТЕВЫХ АНОМАЛИЙ КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ КРАСНОЯРСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА
Аннотация
Решается задача обеспечения безопасности корпоративной сети научно-исследовательской организации. Обоснована актуальность поддержки превентивных мер защиты сетевых ресурсов для организаций, выпол- няющих научную поддержку высокотехнологичного производства, проведения космических исследований и соз- дания наукоемкого оборудования, где потеря конфиденциальных данных при несанкционированных внешних воздействиях может привести к существенным последствиям. Для решения задачи предложено проводить анализ аномалий сетевого трафика, которые могут свидетельствовать о возникновении киберугроз. Выполнен обзор существующих методов и программных продуктов, предназначенных для анализа сетевых аномалий. На их основе предложен собственный оригинальный программный инструмент, позволяющий авто- матически выполнять обнаружение аномалий и проводить последующий детальный анализ журналов сетевых служб по выбранным администратором метрикам. Программный инструмент разработан в виде веб-приложения, интегрированного в действующую инфраструктуру корпоративной сети научной организации. Внедрение веб- приложения показало актуальность и востребованность развития системы обнаружения аномалий. Для дальнейшего расширения методов защиты корпоративной сети разработано полнофункциональное программное обеспечение - автономная система анализа журналов, которая выполняет автоматический ана- лиз и агрегацию данных сетевых служб и предоставляет интерактивные средства визуализации результатов. Система имеет удобный графический интерфейс, позволяющий наглядно оценивать статистику обнаружен- ных аномалий. При помощи программного инструмента администратор может выявлять наиболее критич- ные инциденты и пресекать их в дальнейшем, изменяя конфигурацию активных систем защиты. Программное обеспечение содержит инструменты для построения диаграмм, отображающих количество аномалий за периоды времени, их распределение по наблюдаемым сервисам, источникам угроз. Оно показывает данные по активным клиентам, подверженным угрозам, частоту запросов по выбранным протоколам, от- слеживает превышение пороговых значений и пр. Применение разработанного программного обеспечения позволяет выполнять конфигурацию первой линии защиты от сетевых атак, повышает оперативность реагирования и эффективность предотвращения втор- жений за счет выявления пропущенных стандартными средствами защиты инцидентов.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):412-422
412-422
ЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА СЛОИСТЫХ КОНИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛАГРАНЖЕВЫХ МНОГОСЕТОЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Аннотация
Повышенные требования к прочностным расчетам конструкций ракетно-космической и авиационной техники вызывают необходимость разработки и совершенствования алгоритмов приближенных решений за- дач теории упругости с малой погрешностью. Рассматривается численный метод расчета упругих слоистых конических оболочек (СКО) различной толщины при статическом нагружении, которые широко применяются в ракетно-космической технике. В предлагаемом методе используются трехмерные криволинейные лагранжевые многосеточные конечные элементы (МнКЭ). При построении МнКЭ используется система вложенных сеток. Мелкая сетка порождена базовым разбиением, которое учитывает неоднородную структуру МнКЭ. С помощью крупных сеток пони- жается размерность базового разбиения, что приводит к системе линейных алгебраических уравнений мето- да конечных элементов малой размерности. Использование уравнений трехмерной теории упругости позволя- ет применять МнКЭ для расчета СКО любой толщины. Перемещения в МнКЭ аппроксимируются полиномами Лагранжа, что в отличие от степенных полиномов дает возможность проектировать трехмерные тонкие оболочечные элементы больших размеров. Узлы полиномов Лагранжа по толщине оболочки совпадают с узла- ми крупных сеток МнКЭ, которые лежат на общих границах разномодульных слоев. Эффективность изложенного метода заключается в том, что предлагаемые МнКЭ порождают дискрет- ные модели малой размерности, для которых требуется в 103-107 раз меньше объема памяти ЭВМ, чем для базовых моделей. Предложенный закон измельчения дискретных моделей порождает равномерную и быструю сходимость численных решений, что позволяет строить решения с заданной (малой) погрешностью. Приведены примеры расчетов СКО (цельных и с отверстиями) при осесимметричном и локальном нагру- жениях. Выполнен сравнительный анализ решений, полученных с помощью МнКЭ, односеточных конечных элементов и программного комплекса ANSYS
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):423-431
423-431
МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЙНОЙ СТРУКТУРЫ БЕСКОНЕЧНЫХ ГРУПП
Аннотация
Математическое моделирование бесконечных дискретных объектов возможно, если эти объекты удовлетворяют каким-либо условиям конечности. Если все слои элементов в бесконечной группе конечны, то для такой группы возможно функциональное описание мощности слоев. Слоем называется множество всех элементов группы одного порядка. Бесконечные слойно конечные группы впервые исследовались С. Н. Черниковым сначала без названия, а затем в его последующих публикациях за ними закрепилось название слойно конечных групп. Наиболее интенсивные исследования свойств слойно конечных групп проводили в 1940-х - 1950-х годах С. Н. Черников, Р. Бэр, X. X. Мухаммеджан. Дается функциональное описание для некоторых слойно конечных групп. Показано, что очень хорошо поддаются визуализации примарные слойно конечные группы и слойно конечные группы в случае двух простых делителей порядков элементов группы. Для примарного случая удобно использовать обычное графическое представление. В случае двух простых делителей порядков элементов слойно конечной группы проведена визуализация функций мощности слоев при помощи поверхностей в трехмерном пространстве. Для большего числа простых делителей порядков элементов предложен подход моделирования слойной структуры полной слойно конечной группы при помощи подгруппового анализа. Исследованы функции мощности слоев для полных слойно конечных групп и некоторых конечных расширений этих групп, продемонстрированы их графические представления.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):432-437
432-437
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОГО ТЕЧЕНИЯ МЕЖДУ ЖЕСТКИМИ ПЛИТАМИ, СБЛИЖАЮЩИМИСЯ С ПОСТОЯННЫМ УСКОРЕНИЕМ
Аннотация
Изучаются уравнения, описывающие медленные пластические течения материала. При этом материал на- ходится в плоском напряженном состоянии. Приведены уравнения, которые можно использовать для модели- рования медленных пластических течений материала, сжимаемого жесткими плитами, сближающимися с постоянным ускорением. В приведенных уравнениях мы пренебрегаем конвективными членами. Это позволят значительно упростить все вычисления. Для уравнений вычислена алгебра Ли точечных симметрий, допускае- мая этими уравнениями. Она имеет размерность восемь. Для этой алгебры построена оптимальная система одномерных подалгебр. Это позволяет привести вид всех различных инвариантных решений ранга два, т. е. таких решений, которые зависят только от двух независимых переменных. Для этого приведена таблица ком- мутаторов всех базисных операторов, а также таблица действия всех внутренних автоморфизмов. Одно из таких решений, которое моделирует медленные пластические течения материала, сжимаемого жесткими плитами, сближающимися с постоянным ускорением, и построено в статье. Самое популярное решение в пло- ской теории идеальной пластичности - это решение Прандтля, которое описывает сжатие пластического слоя жесткими плитами. При этом плиты сближаются с постоянной скоростью. Популярность решения объясняется его простотой, а также тем, что его можно использовать для описания различных технологи- ческих процессов. Аналог такого решения для плоского напряженного состояния построить не удается. Да и вообще с построением аналитических решений для плоского напряженного состояния большие проблемы. Это связано с тем, что уравнения, описывающие это состояние, достаточно сложные, даже несмотря на их линеаризацию. В одной из предыдущих работ одному из авторов этой статьи удалось построить решение, описывающее сжатие пластического слоя жесткими плитами, которые сближаются с постоянным ускоре- нием. В этой статье аналог такого решения построен и для плоского напряженного состояния. Авторы надеются, что построенное решение тоже удастся использовать для анализа реальных технологических процессов
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):438-444
438-444
ДВУХМЕРНАЯ ТЕПЛОВАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НЕГЕРМЕТИЧНОГО ИСПОЛНЕНИЯ
Аннотация
На основе предложенной расчетной модели, включающей систему уравнений двумерного теплового балан- са характерных поверхностей системы терморегулирования космического аппарата (КА) негерметичного исполнения, разработаны алгоритм и программа расчета системы терморегулирования (СТР), позволяющая рассчитать общеинтегральные тепловые параметры и проводить моделирование реакций системы. Рассмотрен случай двухмерной задачи, когда учитываются возникающие градиенты температур в попереч- ном (ось Y) и продольном (ось Х) направлениях, при этом кондуктивной теплопередачей внутри обшивок вдоль оси Х профиля жидкостного контура СТР пренебрегаем. В этом случае поперечный градиент (вдоль оси Y) формируется уравнениями теплопроводности Фурье через характерные поверхности, а продольный градиент определяется тепломассообменными процессами в жидкостном кольцевом контуре расходом хладагента. Количество стыковочных тепловых балансов (уравнений), а соответственно, и определяемых температур, коррелируется конструктивными элеметами СТР КА: радиационными поверхностями (N - север, S - юг); кон- струкционными сотопанелями; тепловыми трубами; жидкостным контуром
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):445-451
445-451
О НЕПАРАМЕТРИЧЕСКОМ МОДЕЛИРОВАНИИ БЕЗЫНЕРЦИОННЫХ СИСТЕМ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ
Аннотация
Рассмотрено построение нового класса моделей в условиях неполной информации. В данном случае речь пойдет о многомерных безынерционных объектах, когда компоненты вектора выхода стохастически зависи- мы, но при этом характер этой зависимости априори неизвестен. Построение модели многомерного безынерционного объекта, когда векторы входов и выходов нелинейны, приводит к необходимости решения системы неявных функций. Также следует заметить, что вид этих функций с точностью до параметров неизвестен. В этой связи возникает необходимость в использовании Т-моделей, когда прогнозирование выходных переменных осуществляется по известным входным. Таким образом, возникает система нелинейных неявных уравнений, вид которых на начальной стадии постановки задачи идентификации неизвестен, а из- вестно лишь, что та или иная компонента выхода зависит от других переменных, определяющих состояние объекта. Исходя из вышеописанного, возникает довольно нетривиальная ситуация решения системы неявных нели- нейных уравнений в условиях, когда самих уравнений в обычном смысле нет. Следовательно, модель объекта не может быть построена с применением существующей теории идентификации из-за недостатка априор- ной информации. Поэтому решение данной системы может быть представлено в виде некоторой последова- тельной алгоритмической цепочки Т-модели. Главной целью статьи является решение задачи идентификации для многомерных безынерционных объек- тов с запаздыванием при наличии Т-процессов, т. е. построение Т-моделей в условиях непараметрической не- определенности. В этом случае для прогнозирования выходных переменных по известным входным возникает необходимость использования поэтапного решения рассматриваемой задачи. Приведены некоторые расчеты моделирования Т-процесса, которые показывают высокую эффективность предлагаемой технологии прогноза значений выходных переменных по известным входным
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):452-461
452-461
ВНЕДРЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ «ГОНЕЦ» В ПРОЦЕСС МОНИТОРИНГА ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
Аннотация
Одной из основных задач в обеспечении воздушного движения является постоянное определение местопо- ложения воздушных судов, что дает возможность осуществлять контроль над реализацией заданного плана полета и регистрировать отклонения от маршрута, а кроме того, в случае катастрофы либо аварии немед- ленно осуществлять поиск, обнаружение и спасение воздушных судов. Рационально решать эту проблему с применением спутниковых навигационных систем, спутниковых систем связи и систем автоматического мо- ниторинга транспортных средств. Для решения поставленных задач предложено использовать на борту воздушного судна спутниковый те- леметрический терминал «Гонец-Д1М», предназначенный для установки на транспортное средство, регист- рирующий местоположение, скорость, направление движения транспортного средства. Также дополнитель- но он способен регистрировать ряд других параметров, таких как состояния аналоговых/дискретных входов и показания датчиков, что позволит передавать в диспетчерский пункт данные не только о географическом положении и скорости воздушного судна, но и о состоянии его работы. В настоящее время на территории Российской Федерации активно проводится политика импортозамеще- ния, которая распространяется на все сферы деятельности. Рассмотрена отечественная спутниковая навигационная система «Гонец», которая обладает рядом преимуществ в сравнении с зарубежными ана- логами. Предлагаемая система уже активно используется в сфере морского транспорта и хорошо себя зарекомен- довала, а значит, имеется перспектива внедрения подобной системы в авиационную сферу.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):464-468
464-468
ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССОВ ЗАПОЛНЕНИЯ СМЕСИТЕЛЬНЫХ ГОЛОВОК ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ НА ДИНАМИКУ БЕССТАРТЕРНОГО ЗАПУСКА ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Аннотация
Одной из сложных задач при разработке жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) является обеспечение его надёжного и стабильного запуска. В этот период работы двигателя в процессе его отработки наиболее часто возникают аномальные и аварийные ситуации. Чаще всего это связано с большим разбросом массового расхода компонентов топлива, поступающих в газогенератор и камеру сгорания. На моменты поступления и величины расходов существенное влияние оказывают процессы заполнения свободных объемов смесительных головок газогенератора и камеры сгорания. От соотношения компонентов, поступающих в них, зависит раз- витие рабочих процессов и, в частности, температура генераторного газа. От величины температуры зави- сит работоспособность соплового аппарата и лопаток турбины. Очень важно в процессе запуска двигателя не допускать больших температурных всплесков в газогенераторе, особенно для двигателей с окислительной схемой газогенерации, так как в окислительной среде возгорание элементов газового тракта возможно при относительно невысоких температурах газа. Рассматривается вопрос заполнения смесительных головок газогенератора и влияние этого процесса на динамику бесстартерного запуска жидкостного ракетного двигателя. Проводится анализ конструкций газо- генераторов и их смесительных головок, рассмотрены особенности организации рабочего процесса в полостях газогенератора. Для теоретического анализа поставленной задачи используется нелинейная математическая модель ЖРД. С её помощью проведено исследование запуска ЖРД с учетом и без учета вдува газа в смесительную головку газогенератора. Вдув газа - это один из способов дозирования расхода компонента топлива, существенно улу- чающий распыл компонента, поступающего в зону горения. При рассмотрении процесса запуска газогенера- тора без вдува газа исследуются различные формы функций истечения горючего из смесительной головки. По- казано, что форма функции истечения существенно влияет на наличие и амплитуду температурного всплеска в газогенераторе. Для того чтобы результаты математического моделирования запуска ЖРД были адекватны натурным испытаниям двигателей, необходимо проведение специальных экспериментов по заполнению смесительных головок как на высококипящих, так и на низкокипящих компонентах топлива.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):469-481
469-481
BOOTSTRAP-МЕТОД ДЛЯ ОЦЕНКИ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАЛЫХ ВЫБОРОК АВИАЦИОННЫХ АГРЕГАТОВ
Аннотация
Выбор адекватного срока службы авиационных приборов - важная часть процесса эксплуатации воздуш- ных судов. Изменение срока межсервисного интервала для приборов оказывает влияние как на надежность (так как уменьшение этого интервала приводит к возможному выявлению проблем с узлами и агрегатами на ранней стадии), так и на экономические показатели, повышая эксплуатационные расходы. Увеличение межсервисного интервала без потенциального снижения надежности является важной экономической задачей. Для уточнения межсервисного интервала авиационных узлов и агрегатов необходимо как можно с более высокой достоверностью знать оценку срока службы тех или иных узлов и агрегатов. Задача вычисления та- ких оценок осложняется тем, что данные по отказам таких узлов и агрегатов носят разрозненный характер и невелики по объему, что затрудняет корректную оценку их статистических характеристик. Цель данной статьи - подобрать действенный метод для оценки статистических характеристик малых выборок в качестве первого этапа моделирования надежности авиационных узлов и агрегатов. Такое условие обусловлено производственными особенностями обменных фондов авиационных агрегатов небольших авиа- компаний, эксплуатирующих советскую технику. В статье выбираются два метода передискретизации - bootstrap и jackknife, проводится исследование эмпирических данных. В работе оценивается математическое ожидание наработки на отказ манометров, а также дисперсия и среднеквадратичное отклонение. Произведено сравнение методов bootstrap и jackknife. Показана недостаточная адекватность метода jackknife, продемонстрированы преимущества метода bootstrap. Показана возможность использования метода bootstrap для оценки статистических характеристик наработки на отказ авиационных узлов и агрегатов в случае малого размера выборок для анализа на примере манометров. Результаты работы могут быть использованы авиационными компаниями для оценки наработки на отказ различных узлов и агрегатов.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):482-488
482-488
О КОНЦЕПЦИИ ПОЛНОСТЬЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
Аннотация
В последние несколько лет среди заказчиков и разработчиков геостационарных космических аппа- ратов (КА) набрала популярность и активно обсуждается концепция так называемого полностью электриче- ского космического аппарата. Подчеркиваются преимущества данной концепции в части снижения массы КА и повышения экономической эффективности за счет парного вывода на орбиту. Имеются конкретные приме- ры ее реализации американскими, европейскими и российскими компаниями. Вместе с тем, ее содержание трактуется специалистами по-разному, из-за чего возникают проблемы, связанные с формированием облика космических аппаратов. Поэтому представляется важным рассмотреть эту концепцию более подробно, сопоставить различные точки зрения с тем, чтобы выработать понимание, более точно отра- жающее ее суть. Одновременно на основе имеющихся примеров и проектных оценок целесообразно провести анализ преимуществ и недостатков данной концепции по сравнению с другими подходами к формированию двигательных систем КА. Предложена трактовка понятия полностью электрического космического аппа- рата, позволяющая однозначно понимать его содержание специалистами как российской, так и западной технической школы. Предложено определить полностью электрический космический аппарат как аппарат, не имеющий в своем составе апогейной двигательной установки на химическом топливе. Он должен выполнять маневры по довыведению на геостационарную орбиту, коррекции орбиты и разгрузке маховиков системы ориентации с использованием только электрореактивной двигательной системы. Показано, что при существующем уровне совершенства оборудования данная концепция не имеет преимуществ перед концепцией раздельных двигательных подсистем для коррекции и ориентации как по суммарной массе, так и по уровню надежности.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):489-496
489-496
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СВЧ-КАНАЛОВ МОДУЛЕЙ АКТИВНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
Аннотация
В настоящее время в мире ведутся активные работы по исследованию структуры приёмопередающего мо- дуля активной фазированной антенной решетки (АФАР), а также его составных элементов. Увеличение мощ- ностей АФАР при общей тенденции уменьшения массогабаритных характеристик требует внедрения новых конструктивно-технологических решений, направленных на стабильную работу устройств. От выбора схемы многоканального модуля и АФАР в целом существенно зависят их показатели надежно- сти, следовательно, и эксплуатационные расходы, которые возможно оптимизировать на этапе проектиро- вания и тем самым минимизировать стоимость эксплуатации всей системы. Рассмотрено влияние схемных решений модулей и надежности их функциональных узлов на надежностные характеристики АФАР. Показано, что надежностные характеристики АФАР тем хуже, чем больше СВЧ-каналов в модуле, из чего следует, что очевидным путем улучшения надежностных характеристик АФАР является переход к одноканальным модулям. Приводятся расчетные величины среднего времени нара- ботки на отказ АФАР при различных сценариях отказов элементов, входящих в модули.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):497-503
497-503
ВЫБОР ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СПИЦЫ ЗОНТИЧНОЙ АНТЕННЫ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ИЗГИБНОЙ ЖЕСТКОСТИ
Аннотация
Рассмотрена оптимизация геометрии поперечного сечения тонкостенных спиц крупногабаритных разво- рачиваемых спутниковых параболических антенн зонтичного типа с радиальными спицами-ребрами. В подоб- ной конструкции спицы должны обладать максимальной изгибной жесткостью при минимальной массе. Спицы с постоянной толщиной стенки как в отдельном сечении, так и по длине не являются оптимальными для достижения максимальной жесткости при заданной массе, так как имеют одинаковую жесткость при изгибе в любом направлении. Предлагается изменить форму поперечного сечения спицы за счет использования участков различной толщины. Это позволит увеличить изгибную жесткость спицы в направлении, перпендикулярном поверхности антенны при сохранении заданной массы конструкции. В областях сечений, максимально удалённых друг от друга, в плоскости изгиба толщина будет ступенчато увеличена, в оставшейся части сечения - уменьшена. Основной целью данной работы явилось получение аналитических зависимостей для оценки изгибной же- сткости поперечного сечения спицы зонтичной антенны со ступенчатым изменением ее толщины. Формулы были получены в рамках балочной теории изгиба. Полученные аналитические зависимости были проверены численным моделированием в универсальной программной системе конечно-элементного анализа Ansys. Вери- фикация полученных результатов численным моделированием показала хорошую сходимость с теоретически- ми выводами. Полученные в статье формулы позволяют дать практические рекомендации по конструированию больших разворачиваемых космических антенн с улучшенными параметрами, а именно, максимальной жесткостью при минимальной массе конструкции.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):504-509
504-509
ОРГАНИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ИСПЫТАНИЙ КОМАНДНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
Аннотация
Представлено программное обеспечение для проведения комплексных испытаний командно-измерительной системы космического аппарата. Командно-измерительная система отвечает за коммуникацию космического аппарата с наземным комплексом управления. Разработанное программное обеспечение предназначено для поддержки взаимодействия автоматизированного испытательного комплекса космического аппарата и кон- трольно-проверочной аппаратуры командно-измерительной системы. Комплексные испытания представляют собой тестирование всех или части сопряжённых элементов космического аппарата, объединенных в единую систему, с имитацией штатных и возможных нештатных режимов функционирования. Комплексные испы- тания командно-измерительной системы проводятся с использованием автоматизированного испытательно- го комплекса, основной задачей которого является передача команд управления на контрольно-проверочную аппаратуру командно-измерительной системы. Автоматизированный испытательный комплекс также при- нимает от контрольно-проверочной аппаратуры пакеты телеметрической информации о состоянии борто- вых систем. Во время проведения комплексных испытаний командно-измерительной системы разработанное программное обеспечение поддерживает обмен пакетами команд и телеметрии между автоматизированным испытательным комплексом и контрольно-проверочной аппаратурой. Разработанное программное обеспечение внедрено в программное обеспечение контрольно-проверочной аппаратуры как подсистема организации проведения комплексных испытаний. Подсистема принимает ко- манды от автоматизированного испытательного комплекса, идентифицирует и отправляет их на контроль- но-проверочную аппаратуру, предварительно преобразовав в понятную командно-измерительной системе структуру. На каждую команду подсистема отправляет квитанцию об успешной идентификации либо с ко- дом произошедшей ошибки. Подсистема принимает от командно-измерительной системы телеметрию, пре- образует её согласно протоколам взаимодействия и отправляет на автоматизированный испытательный комплекс. Помимо телеметрии командно-измерительной системы на автоматизированный испытательный комплекс посылается телеметрия контрольно-проверочной аппаратуры, которая содержит параметры дат- чиков различного оборудования, входящего в ее состав, а также параметры, необходимые для настройки ка- налов передачи между контрольно-проверочной аппаратурой, командно-измерительной системой и другими системами космического аппарата. Все действия, происходящие в процессе комплексных испытаний команд- но-измерительной системы, фиксируются в протоколе испытаний. Все протоколы пройденных испытаний сохраняются, имеется возможность их воспроизведения.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):510-516
510-516
РАЗРАБОТКА ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ НА БАЗЕ ДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ ТЯГИ И СХЕМЫ ПОЛЁТА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ К ЦЕНТРУ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
Аннотация
Рассмотрены особенности разработки траекторий полёта к центру Солнечной системы двух перспек- тивных российских космических аппаратов. Научной целью проекта является исследование околосолнечного пространства с близких расстояний (60-80 радиусов Солнца) и внеэклиптических наклонений. В рамках пред- варительного проекта руководством принято решение о создании двух космических аппаратов (КА), где в качестве маршевой предлагается вариант с химической двигательной установкой на базе двигателей малой тяги. В связи со значительным увеличением начальной массы КА необходимо использовать средство выведе- ния более тяжёлого класса. Поэтому в настоящий момент дополнительно рассматриваются варианты выве- дения с помощью ракет-носителей «Ангара-А5» и «Союз-5» («Сумкар») с разгонными блоками «ДМ» и «Фре- гат-СБУ» с космодромов Восточный и Байконур соответственно. Срок активного существования аппаратов должен превышать семь лет, за который должно быть достигнуто наклонение более 25°. Приведено описание дополнительного варианта двигательной установки с применением в составе двухком- понентных двигателей производства НИИМаш (г. Нижняя Салда) и указаны основные характеристики схем полёта двух КА. Разработанная схема полёта первого КА предполагает старт в августе 2026 года. Сближе- ние с Солнцем на минимальное расстояние 61,5 радиуса Солнца происходит через 6 лет после старта. После последнего, восьмого, гравитационного манёвра через 8,3 года после старта КА достигает гелиоцентрической широты 33,1°. Траектория второго КА предполагает старт в апреле 2028 года. Он также через 6 лет после старта сближается с Солнцем до примерно такого же расстояния - 63,0 радиуса Солнца. Последующими гравманёврами у Венеры аппарат достигает гелиоцентрической широты 29,1°. Представленный проектный облик химической двигательной установки с применением двигателей малой тяги позволяет достичь заданных параметров орбиты Солнца и выполнить научную программу в течение заданного срока активного существования двух КА.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):517-525
517-525
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ СПЕЦИАЛЬНЫХ МАШИН АЭРОДРОМНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Аннотация
Проведена проектировка тензометрического измерительного преобразователя в рамках подготовки инст- рументальной базы для выявления зависимости силовых параметров, а именно, силы сопротивления резанию прочных снежно-ледяных образований (ПСЛО). Актуальность статьи обусловлена необходимостью выполне- ния программы «Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации на период до 2020 года» и реализацией стратегии её выполнения. Это влечет за собой разработку новых рабочих органов специальных машин аэродромно-технического обеспечения, выполненных на базе дискового режущего инстру- мента. На этапах проектирования необходимо знать силовые параметры, действующие на рабочий орган. Описаны условия проведения лабораторных экспериментов по изучению процесса взаимодействия дискового режущего инструмента с ПСЛО. Показан процесс выбора оптимального с точки зрения необходимых дефор- маций места наклейки тензорезисторов и способ сборки их в измерительные мостовые схемы. Сделаны выводы о корректности подбора материала тензометрического элемента. Подтверждена гипотеза об ис- ключении взаимного влияния измеряемых составляющих друг на друга. Получены тарировочные коэффициен- ты преобразования напряжения в значение силы для каждой составляющей усилия резания. Подчёркивается важность проведения тарировки измерительного преобразователя перед проведением очередного опыта. Работа является продолжением серии экспериментальных лабораторных исследований процессов взаимодей- ствия дискового режущего инструмента с ПСЛО в течение ряда лет, проводимых в Сибирском федеральном университете.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):526-531
526-531
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ДИАПАЗОНА ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ УНИФИЦИРОВАННЫХ КОСМИЧЕСКИХ ПЛАТФОРМ
Аннотация
В АО «ИСС» задача оценки эффективности использования разработанных ранее унифицированных косми- ческих платформ (УКП) для создания нового космического аппарата решалась в большей степени эмпириче- ским путем, путем обобщения задела по существующим разработкам и оценкb возможности и целесообраз- ности применения имеющегося задела в перспективе (преемственность развития). Однако методической ос- новы решения такого рода задачи до сих пор разработано не было, bз чего следует вывод об актуальности разработки методики оценки диапазона эффективного применения УКП и необходимости ее внедрения. Рассмотрен методический подход к проблематике целесообразности использования существующих унифи- цированных космических платформ для создания на их базе новых космических аппаратов. Определены источ- ники неопределенностей, возникающих при проектировании космических аппаратов. и этапы выбора опти- мального проекта в условиях неопределенности. Описан такой подход к проектированию космических аппара- тов, как рациональное проектирование, обозначена главная задача этого подхода. Также перечислены проектные параметры, определяющие структурную устойчивость космического аппарата. Разработана математическая модель космического аппарата на базе унифицированной космической платформы, опреде- ляющая зависимость проектных параметров от характеристик полезной нагрузки. Сформирован критерий оптимального проекта космического аппарата на базе унифицированной космической платформы, определяе- мый как отношение показателя эффективности к показателю затрат на создание космического аппарата. Разработана методика оценки диапазона эффективного применения унифицированных космических плат- форм. Апробация разработанной методики проведена на основе существующих геостационарных космических аппаратов связи на базе унифицированной космической платформы «Экспресс-1000НТ» разработки АО «ИСС». Представлены расчетные данные и графические изображения диапазонов эффективного применения уни- фицированной космической платформы «Экспресс-1000НТ». По результатам апробации можно сделать вы- вод, что разработанная методика позволяет корректно оценивать диапазон эффективного применения уни- фицированных космических платформ для спутников связи на геостационарной орбите.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):532-537
532-537
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС РАСЧЕТА ДАВЛЕНИЯ В СМАЗОЧНОМ СЛОЕ ПОДШИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ
Аннотация
Описан итерационный алгоритм схемы расчета распределения давления в смазочном слое подшипника скольжения конечной длины, которая учитывает переменную вязкость, зависящую от давления и температу- ры, эффекты кавитации и упругой деформации контактирующих тел в зоне повышенного давления, а также неровности поверхностей и условия неполного прилипания жидкой смазки на рабочих поверхностях тел. Центральной частью алгоритма является блок численного решения модернизированного уравнения Рейнольдса относительно давления на основе неявной конечно-разностной схемы с расщеплением по направлениям. На каждом шаге итерации по найденному распределению давления вычисляется распределение мощности тепло- выделения в слое, с использованием которой выполняется расчет распределения температуры в слое смазки путем решения уравнения теплопроводности методом разложении Фурье. Вычисленные значения давления и температуры используются при перерасчете коэффициента вязкости на каждом шаге итераций. Показана достаточно быстрая сходимость итерационных циклов. Проведены сравнительные тестовые расчеты с ря- дом других программ, которые показывают хорошую сходимость и высокую точность вычислений. Представ- ленный метод решения задачи упруго-гидродинамического контакта реализован в виде комплекса программ, вычислительная часть которого написана на языке программирования Fortran 77. Интерфейс разработан на платформе Microsoft .NET Framework с использованием языка С# (C Sharp) для операционных систем Windows 7/8/10. Программный комплекс позволяет эффективно и быстро выполнять расчет механических и термоди- намических характеристик смазочного слоя при высоких нагрузках, не требуя больших вычислительных ресур- сов. Это обстоятельство имеет важное значение при проектировании узлов трения при создании космических аппаратов и пусковых установок. Применение данного программного комплекса позволяет существенно уско- рить расчеты конкретных инженерных задач, снизить требования к используемой компьютерной технике и снизить затраты на вычислительные ресурсы.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):540-549
540-549
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ КОНТАКТНОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕКУЩЕЙ ПЛОЩАДИ КРИСТАЛЛОВ, ВЫРАЩИВАЕМЫХ СПОСОБОМ ЧОХРАЛЬСКОГО
Аннотация
Для кристаллов, выращиваемых из жидкого расплава по способу Чохральского, при контроле и управлении текущей площадью кристалла, на основе контактного метода измерения определены основные требования для обеспечения точности измерения площади кристалла на цилиндрической части выращивания. В системе управления по координатам перемещения кристалла и тигля необходимо применять фотосчитывающие оптические линейки с дискретностью отсчета 0,1 мкм для определения величины перемещений за время цикла оценки сигнала управления. Для устранения ошибки из-за точности стабилизации уровня расплава в тигле предложен следующий алгоритм работы установки выращивания кристаллов. За время оценки сигнала управления на цилиндрической части выращиваемого кристалла принимается время выборки заданного количества импульсов перемещения тигля. Начинается вычисление времени оценки сигнала управления в момент замыкания датчика расплава и заканчивается в момент замыкания датчика расплава при условии выборки заданного количества импульсов перемещения тигля. Время оценки сигнала управления в предыдущем цикле управления используется в текущем цикле для вычис- ления паузы замыкания как части вычисленного времени цикла оценки. В системе управления в момент замы- кания контактного датчика выдерживается пауза замкнутого и последующая такая же пауза разомкнутого состояния датчика уровня. В моменты пауз состояние контактного датчика системой управления не анали- зируется, и управление подъемом тигля происходит с замедленной и ускоренной скоростью подъема тигля в моменты «условно замкнутого» и «условно разомкнутого» состояний датчика уровня. Все это обеспечивает в данной системе управления точность измерения текущей площади кристалла на цилиндрической части величиной не хуже 1 %.
Сибирский аэрокосмический журнал. 2018;19(3):550-561
550-561