Том 23, № 3 (2022)

В статье рассматриваются уравнения пластичности в двумерном случае и строятся линии разрыва напряжений. Построение линий разрыва напряжений основывается на факте: они находятся в точке пересечения линий одного семейства (характеристик) и направлены по биссектрисе угла образованными этими характеристиками. Поэтому для нахождения этих линий построены характеристики. Подобная задача проще решается в случае пластического кручения, тогда характеристика только одна и она направлена по нормали к внешнему контуру, и найти линии скольжения и их точки пересечения достаточно просто. Поэтому большинство работ, посвященных построению линий разрыва напряжений, решает задачу именно пластического кручения для изотропных и анизотропных сред. Для задач плоской деформации пластического материала этот метод не достаточно развит. Это объясняется сложностью построения линий скольжения для таких задач и наличием двух семейств линий скольжения.

В данной работе построена гомотопия двух известных точных решений: Прандтля и Надаи, т. е. непрерывная трансформация одного решения в другое. При этом можно наблюдать эволюцию характеристик, которые зависят от группового параметра а: при a = 1 получаются характеристики решения Прандтля; при a = 0 – характеристики решения Надаи, при a = 0,5 характеристики одного семейства начинают пересекаться и возникают линии разрыва напряжений. Эти линии построены в данной работе.

В представленной работе рассмотрен метод временного поиска широкополосных сигналов при частотной манипуляции с минимальным сдвигом (ЧММС) радионавигационных систем (РНС) наземного базирования. Метод основан на многоальтернативном оптимальном обнаружении сигнала (сигнал может принадлежать к одному из ортогональных сигналов) с использованием оценочно-корреляционного принципа обработки (ОКПО) сигнала в условиях априорной неопределённости.

Решена задача представления широкополосного сигнала с ЧММС как сигнала с двойной частотно-фазовой манипуляцией (ЧФМ). Определён закон фазовой манипуляции в форме двоичной последовательности элементов b_l кода длины Lt_э (в РНС «Спрут» L = 16383, t_э = 2,5 , мкс – длительность элемента сигнала) через закон частотной манипуляции в форме двоичной последовательности элементов d_l известного кода длины . Представление сигнала в форме с ЧФМ позволяет при корреляционной обработке применить замену корреляционного интеграла на интервале [0, Lt_э] на сумму  корреляционных интегралов на интервалах [0, t_э] или на сумму L поэлементных корреляций.

Вычисление поэлементных корреляций позволяет использовать матричный аппарат при ОКПО анализируемого сигнала. При технической реализации процедуры «поиска» отпадает необходимость в формировании 2L пар опорных квадратурных сигналов при длине L модулирующего кода, а вместо этого производится запоминание пары поэлементных корреляций и за время t_э, согласно элементуd_lk кода, циклически сдвинутого на k -1 элементов, частотной манипуляции и элемента b_kl кода, циклически сдвинутого на k -1 элементов, фазовой манипуляции, производится поблочное накопление L квадратурных корреляций.

Использование верхней левой и нижней правой треугольных матриц с бинарными элементами b_kl позволяет проводить поиск широкополосных сигналов с ЧММС при дополнительной фазовой манипуляции дискретным информационным сообщением.

Приведена структура оптимального алгоритма параллельного поиска при ОКПО широкополосного с ЧММС сигнала с применением матричного аппарата, позволяющего реализовать оптимальный алгоритм «поиска» за время длительности сигнала Lt_э в режиме реального времени.

Известно, что если система дифференциальных уравнений допускает группу непрерывных преобразований, то система может быть представлена в виде совокупности двух систем дифференциальных уравнений. Как правило, эти системы имеют меньший порядок, чем исходная система. Первая система – автоморфная, характеризуется тем, что все ее решения получаются из одного решения с помощью преобразований этой группы. Вторая система – разрешающая, ее решения под действием группы переходят сами в себя. Разрешающая система несет основную информацию об исходной системе. В данной работе  изучаются автоморфная и разрешающая системы, двумерные стационарные уравнения упругости, которые являются системами дифференциальных уравнений первого порядка. Впервые построены бесконечные серии законов сохранения для разрешающей и автоморфной систем уравнений. Поскольку двумерная система уравнений упругости линейна, то таких законов имеется бесконечно много. В данной работе построена бесконечная  серия законов сохранения линейных по первым производным. Именно эти законы позволили решить первую краевую задачи для уравнений теории упругости в двумерном случае. Эти решения построены в виде квадратур, которые вычисляются по контуру исследуемой области.

В жидкостных ракетных двигателях (ЖРД), выполненных по безгазогенераторной схеме, привод турбины турбонасосного агрегата (ТНА) осуществляется подогретым горючим в тракте охлаждения (ТО) камеры сгорания (КС). Отсутствие газогенератора в значительной мере повышает надежность ЖРД и дает ряд преимуществ по сравнению с другими схемами двигателя.

На данный момент существующие кислородно-водородные безгазогенераторные ЖРД не отвечают современным тактико-техническим требованиям по уровню тяг и давлений в (КС) двигателя. Поэтому необходимо изучить способы повышения энергетических параметров ЖРД и выявить перспективные схемы двигателя.

В данной статье предлагаются схемные решения кислородно-водородного ЖРД, приводится анализ влияния различных факторов на энергетические параметры двигателя, а также рекомендации по проектированию безгазогенераторных ЖРД.

Разработана математическая модель расчета основных энергетических и геометрических параметров двигателя. Предложены перспективные пневмогидравлические схемы (ПГС) кислородно-водородного безгазогенераторного ЖРД в зависимости от тактико-технических требований.

В настоящее время глобальные системы связи развиваются в сторону освоения высоких диапазонов частот для организации высокоскоростных каналов передачи информации, для чего необходимы крупногабаритные антенные системы с рефлекторами до 50 м. Большинство используемых технических решений для сборки крупногабаритных рефлекторов базируются на технологических объемных шаблонах, геометрически полностью имитирующих необходимую отражающую поверхность рефлектора. Масса таких шаблонов увеличивается в кубической зависимости относительно увеличения диаметра рефлектора, из-за чего использовать их при сборке крупногабаритных антенн становится всё более трудоемко из-за увеличения габаритов и массы шаблонов.

Целью исследования является проектирование узла крепления оттяжек на силовой спице рефлектора для «бесшаблонной» сборки. Спица представляет собой композитную изогридную структуру, на которой закреплены кронштейны для крепления силовых узлов. Узел крепления представляет собой сборочную единицу, состоящую из скобы и зажимов и позволяющую точно регулировать необходимую силу натяжения оттяжки для фиксации шнура в рабочем положении без использования неразъемных способов скрепления.

В качестве методов исследования были приняты аналитический подход и конечно-элементный анализ. С помощью аналитического расчёта была определена максимальная сила натяжения оттяжек в спроектированном узле, тем самым задана максимальная нагрузка для его эксплуатации. Коэффициент трения между шнуром и зажимом в каждом отдельном случае определяется экспериментально. После упрощения расчетно-конструктивной схемы скобы аналитический расчет проводился для пространственной стержневой рамы.

Для подтверждения результатов расчёта была построена конечно-элементная модель скобы и проведен её статический анализ. Для разработанной модели скобы определены максимальные напряжения и проведен их сравнительный анализ с результатами, полученными аналитически.

С помощью твердотельного моделирования определены массовые и габаритные характеристики узла крепления оттяжек. Были определены предельные диапазоны сил натяжения и материалы, используемые в узле, а также его прочностные характеристики.

В заключении сделан вывод, что данный узел может применяться в «бесшаблонном» методе сборки рефлектора для широкого спектра крупногабаритных антенн, он обладает высокой технологичностью и универсальностью.

На базе составленной ранее физико-математической модели рабочего процесса вихревого эжектора было произведено ее решение. Решение этой модели позволило составить две методики расчета: методика расчета оптимальной геометрии вихревого эжектора для заданных термодинамических характеристик и методика расчета термодинамических характеристик вихревого эжектора при известных геометрических размерах [1; 2].

Во многих областях аэрокосмической техники применяют вихревые эжекторы. Составленная разработка метода расчета термодинамических характеристик вихревого эжектора при известных геометрических размерах позволит более широко применять вихревые эжекторы в аэрокосмической промышленности. В основе методики расчета лежат понятия о касательных напряжениях, возникающих в вязкой среде, при взаимодействии двух потоков, движущихся с разными скоростями.

Показан механизм передачи кинетической энергии от высокоэнергетического газа к низкоэнергетическому.

При проектировании ракетных двигателей решается задача обеспечения заданных основных конструктивных параметров. В связи с повышением требований к изделиям ракетно-космической техники, возрастают и требования к обеспечению энергетической эффективности всех входящих в него элементов. Как правило, задача повышения энергетических характеристик ракетного двигателя осуществляется увеличением давления в камере сгорания и частоты вращения вала турбонасосного агрегата. Увеличение частоты вращения вала турбонасосного агрегата требует обеспечения бескавитационного режима работы насоса с отсутствием кавитационного срыва.

Данную проблему можно решить различными способами: конструктивным улучшением насоса или увеличением параметра давления на входе в насос. Однако слишком большое увеличение давления на входе невозможно, так как это приведет к увеличению толщины стенок топливных баков ракеты и соответствующему увеличению массы всей ракеты. Включение шнека хоть и не гарантирует бескавитационной работы при любом входном давлении, однако является наиболее предпочтительным способом.

Геометрия проточиной части как шнекового преднасоса, так и лопаток насоса проектируется с учетом обеспечения бескавитационного режима работы. При проектировании, на этапе экспериментальной отработки режимов насоса, возможно применение методов вычислительной гидродинамики (Сomputational Fluid Dynamics, CFD). Данные методы применяются в различных областях общего машиностроения и хорошо себя зарекомендовали. Однако насос ракетного двигателя отличается высоким перепадом давлений при относительно малых габаритах. Возникает вопрос об адаптации методов CFD к моделированию кавитационных испытаний.

Данная работа направлена на выведение функции, аппроксимирующей группу данных об испытании насоса турбонасосного агрегата с целью ее дальнейшей адаптации для методов CFD.

Основными требованиями, предъявляемыми к газогенераторам жидкостных ракетных двигательных установок (ЖРДУ), являются высокая стабильность работы, простота управления рабочим процессом, а также высокая работоспособность генераторного газа. Особо сложная задача – обеспечение устойчивости рабочего процесса. Кроме вероятности возникновения поперечных колебаний во внутрикамерном объеме, из-за наличия присоединенных к реакционной камере дополнительных объемов различной конфигурации и протяженности могут возникать акустические колебания сложных продольных мод. Большая часть существующих методик испытаний газогенератора носит критериально-эмпирический характер и основана на обработке экспериментальных результатов, что не всегда обеспечивает требуемую точность расчета динамических и тепловых характеристик. Необходимость экспериментально-теоретического уточнения расчетных методик термодинамических процессов газогенераторов является актуальной задачей, которая позволит существенно снизить материальные и временные затраты на эскизное проектирование, испытания и доводку современных образцов двигателей и энергосиловых установок летательных аппаратов. Поэтому расчет и анализ газогенератора жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) является важным этапом при проектировании и разработке современных образцов двигателей. При помощи метода конечных элементов программного пакета SOLID WORKS, построена модель двухзонного газогенератора наддува топливных баков ЖРДУ. Проведено исследование по моделированию рабочего процесса в газогенераторе, построена визуализация термодинамических процессов в изделии, получены числовые характеристики. Рассмотрена методика автономных стендовых (огневых) испытаний газогенераторов наддува топливных баков, методика верификации численных методов.

В работе измерено затухание микроволнового излучения в искусственно образованной наледи на ледяном покрове пресноводного озера в миллиметровом диапазоне. Измерения выполнены с использованием микроволновой радиометрии на частотах 22, 34, 90 и 125 ГГц при циклическом изменении температуры окружающей среды в интервале от –19 до –31 °C. Использована специальная методика, позволяющая по приращениям радиояркостной температуры между наледью и покровом без наледи определить затухание в ней микроволнового излучения. В предложенной методике находили фактор потерь при условии, если затухание в наледи определяется электромагнитными потерями в среде. Измерения проводили на ледяном покрове пресного озера с минерализацией вод около 100 мг/л. В результате исследования установлено, что на формирование излучения наледью сильно влияет рассеяние на неоднородностях среды. Этот вывод сделали из сравнения расчетов ожидаемого фактора потерь льда наледи и полученных данных из измерений по используемой методике. Наибольшее различие фактора потерь (в несколько десятков раз) обнаружено на частотах 90 и 125 ГГц. Высказано предположение, что рассеяние излучения возникает на кристаллогидратах солей и может быть вызвано повышенной электропроводностью тонких пленок воды на поверхности кристаллов. Эта особенность может возникать, как было недавно установлено, при образовании в среде кристалликов льда 0. Этот лед образуется из глубоко переохлажденной воды при температурах ниже –23 °С. Обнаруженный эффект представляет интерес для развития радарных измерений пресных природных льдов при низких температурах и малых концентрациях в них солей (порядка 100 мг/кг). Такие льды могут образовываться из слабосоленой воды с содержанием солей до нескольких граммов на литр или при замерзании воды с минерализацией ~ 100 мг/л в замкнутом пространстве. Полученные результаты интересны для микроволнового аэрокосмического определения областей ледяного покрова с его нарушениями структуры, через которые вода водоема может проникнуть на поверхность льда с последующим замерзанием. При этом радары могут быть эффективными при температурах наледей ниже –20 °С, когда жидкие включения практически полностью вымерзают. Для области температур выше точки эвтектики, где появляются жидкие включения, достаточно эффективными могут быть пассивные радиометрические измерения.

Освоение Солнечной системы человеком подразумевает создание долгосрочных обитаемых баз на ряде космических тел: Луне, Марсе и др. Поддержание на таких базах среды благоприятной для экипажа возможно благодаря системам жизнеобеспечения (СЖО), в которых реализуется замкнутый массообмен продуктов и отходов между экипажем, звеном высших растений и другими звеньями. Замкнутость повышает надежность и автономность системы, снижает стоимость ее снабжения. Управление таким массообменом представляется трудной технической задачей, требующей затрат многих человеко-часов, что является ценным ресурсом при осуществлении пилотируемых космических миссий. В общем случае эта задача решается средствами автоматики, однако, необходимо учитывать специфику процессов, поддерживающих массообмен, так как это позволит найти пути упрощения аппаратной и логической составляющих, повысить их универсальность и надежность.

В данной статье представлен анализ технологических процессов экспериментального блока выделения NaCl из растворов минерализованных метаболитов человека и предложен простой алгоритм управления, который без принципиальных изменений может быть использован для всех процессов блока. Без разработки цикла превращений NaCl становится практически невозможным создание долгосрочно функционирующей биолого-технической системы жизнеобеспечения – оптимального варианта СЖО для инопланетных баз. В таких системах происходит массообмен между экипажем и звеном высших растений и существует опасность накопления NaCl в ирригационных растворах и последующего отравления растительного звена. Поэтому проблема управления циклом превращений NaCl в массообменных процессах высокой степени замкнутости является актуальной, а универсальные принципы автоматизированного управления могут быть использованы не только в космических, но и земных приложениях: в замкнутых агротехнических циклах и научно-образовательных стендах.