Том 14, № 1 (2015)

Изложены возможности роботизации системы ориентации солнечных батарей летательного аппарата на основе микропроцессора. Роботизация позволяет повысить автономность системы ориентации солнечных батарей и расширяет функциональность её устройства управления. Рассмотрен вариант роботизации электропривода ориентации солнечных батарей на базе микроконтроллера PIC16F873А для малого космического аппарата. Подобная реализация устройства управления позволяет осуществлять ориентацию солнечных батарей на Солнце, контролировать температуру и освещённость солнечных батарей, выполнять непрерывное регулирование мощности солнечных батарей в оптимальной рабочей точке вольтамперной характеристики, управлять процессом заряда и разряда аккумуляторной батареи, управлять стабилизацией напряжения на шинах нагрузки, сообщать бортовой цифровой вычислительной машине об аварийных режимах и нештатных ситуациях. Кроме того, в представленном устройстве управления реализован автономный режим работы – «следящий привод». Представлены результаты структурного и математического моделирования подобной системы и её реализация в виде физической модели. Разработанная модель системы ориентации солнечных батарей позволяет в лабораторных условиях проанализировать работоспособность системы в различных режимах, сопряжение отдельных элементов и узлов, а также реализовать работу системы под управлением персонального компьютера или при автономной работе от программы микроконтроллера.

Предложен подход к обоснованию ресурса модифицированной конструкции транспортного самолёта на основе данных ресурсных испытаний базового самолёта, комплекса расчётно-экспериментальных работ, лётных испытаний и данных эксплуатации самолёта-модификации, не требующий постройки и испытаний полноразмерного модифицированного планера. Приведён пример реализации применительно к модификации самолёта, разработанного ТАНТК им. Г. М. Бериева, Бе-200ЧС.  Подобраны компоненты вычислительного кластера, обеспечивающего расчёт и постпроцессинг моделей необходимой размерности. Отмечены преимущества твёрдотельных конечно-элементных сборок при сопровождении серийного строительства. Показано перспективное применение твёрдотельной сборки для диагностики повреждений по критерию изменения форм собственных колебаний конструкции с трещинами в эксплуатации. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для идентификации частот и форм колебаний самолёта в полёте под воздействием атмосферной турбулентности на основе анализа отклика конструкции на широкополосное возмущение с использованием современного цифрового измерительного комплекса. Показаны способы учёта накопленной повреждаемости в эксплуатации не только по наработке (налёту, количеству посадок), но и по эквивалентному изгибающему моменту в контрольных сечениях планера. Внедрение предлагаемых технических решений позволит получить экономический эффект на всех стадиях жизненного цикла изделия – от проектирования до эксплуатации.

Приведены результаты экспериментов, которые проводились в 90-е, 2000-е годы как в нашей стране, так и за рубежом по изучению воздействия радиации на электронное оборудование космических аппаратов. Дана общая характеристика факторов космического пространства, приведены характеристики ионизирующих излучений. Предложена концепция построения устройства контроля воздействия ионизирующих излучений космического пространства на отдельные элементы бортовой аппаратуры космических аппаратов. Рассмотрены отказы, вызываемые в интегральных микросхемах ионизирующим излучением космического пространства, приведена их классификация. Рассмотрены радиационные мониторы, применяемые в экспериментах, такие как Radiation Environment Monitor, Standard Radiation Environment Monitor, Cosmic-Ray Effects and Dosimetry, Призма-3, СТЭП-Ф, МДП-дозиметры (RadFET). Рассмотрены характеристики радиационных мониторов, общие принципы измерения характеристик ионизирующих излучений. Рассмотрен комплекс аппаратуры «ДЧ-ДМС» для проведения эксперимента по изучению воздействия факторов космической среды на образцы оптических элементов, покрытий и электронных компонентов. Рассмотрен модуль «ЭРИ ИП», предназначенный для проведения эксперимента по исследованию воздействия ионизирующего излучения космического пространства на электрорадиоизделия иностранного производства (commercial off-the-shelf – COTS). В данном эксперименте испытываются микросхемы Atmega168PA, STM32F303, AM29F010b, AM24C32.

Рассматривается концепция построения адаптивного бортового информационно-измерительного комплекса малого космического аппарата. Разработанная концепция многоуровневой адаптации комплексных навигационных систем малых космических аппаратов позволяет обеспечить требуемые показатели точности и живучести в условиях воздействующих факторов и возникновения нештатных ситуаций. Отличительной особенностью предложенной концепции является отсутствие ярко выраженного информационно-измерительного ядра, присущего существующим комплексным навигационным системам различных подвижных объектов. Формирование базовой информации навигационной системы, относительно которой предполагается коррекция других систем, осуществляется в соответствии со сложившейся ситуацией, определяемой уровнем возмущающих воздействий, возникающих отказов, а также режимами функционирования малого космического аппарата. Концепция предполагает три уровня адаптации: параметрический, информационный и структурный. На параметрическом уровне осуществляется автоматическая настройка параметров датчиков измерительных систем, обеспечивающих оптимальный с точки зрения точности режим функционирования. Информационный уровень адаптации обеспечивает требуемую точность определения параметров ориентации и навигации посредством реализации адаптивного метода комплексной обработки навигационной информации. Структурный уровень обеспечивает самоорганизацию системы, заключающуюся в создании управления режимами работы измерительной аппаратуры и управления информационными ресурсами, сохраняющими целостность навигационной информации в условиях возникновения нештатной ситуации. При разработке концепции многоуровневой адаптации адаптивного бортового информационно-измерительного комплекса малого космического аппарата использовались методы системного анализа.

В статье представлены результаты аналитических исследований точности автономной навигации космического аппарата (КА), орбитальный полёт которого происходит в условиях воздействия возмущающих факторов космического пространства. В качестве измеряемого параметра рассмотрена высота полёта. Средством выбран адаптивный высотомер, способный выполнять реконфигурацию своей структуры при возникновении возмущающего фактора. Аналитическим путём получены ковариационные матрицы погрешностей определения параметров движения центра масс КА. В основе аналитической оценки точности адаптивного высотомера лежит теория аналитического оценивания навигационных систем, использующих астро-радиотехнические измерители. Выражения для расчёта оценок элементов ковариационной матрицы погрешностей навигации КА по измерениям высоты, полученные в процессе известных исследований при условии отсутствия возмущающих факторов, являются частным случаем результатов, приведённых в настоящей статье. С помощью полученных аналитических оценок, которые являются функциями дисперсий установленных на борту КА измерителей высоты, могут быть решены задачи, возникающие на этапе обоснования облика системы навигации, например, задача определения требований к погрешностям бортовых высотомеров.

В данной статье рассматривается проблема автоматизированного проектирования авиационных газотурбинных двигателей. Описывается разработанная на базе системы имитационного термогазодинамического моделирования авиационных двигателей DVIGw экспертная система для подбора материалов, покрытий и других видов подготовки поверхности основных деталей и сборочных единиц проточной части авиационных газотурбинных двигателей на стадии проектирования. При анализе система выполняет термогазодинамический расчёт двигателя и его основных узлов, разрабатывает наиболее вероятную конструкцию основных деталей, оценивает тепловое состояние элементов проточной части, выполняет приближённый прочностной расчёт основных деталей и сборочных единиц, анализирует применимость материалов из разработанной базы данных, генерирует список наиболее применимых материалов, предлагает возможные варианты покрытий и режимов термообработки. В статье приводится топологическая модель ТРДДФсм для военного высокоманёвренного самолёта в разработанной экспертной системе. Приводятся некоторые результаты моделирования и выбора материала для основных узлов двигателя. Показано, что экспертная система может анализировать как металлические, так и композиционные материалы. Для композиционных материалов выполняется конструирование однонаправленного ортотропного композиционного материала из базы данных композиционных материалов и прогнозирование его свойств при действующих температурах потока. Главное преимущество от применения данной методики – сокращение времени и трудозатрат при проектировании новых авиационных двигателей и их отдельных узлов.

При разработке и эксплуатации жидкостной ракеты-носителя (РН) важным является обеспечение её устойчивости по отношению к продольным колебаниям корпуса (продольной устойчивости) при всех возможных возмущающих воздействиях. Известно, что одним из эффективных способов обеспечения продольной устойчивости РН является применение газовых демпферов, устанавливаемых в топливоподводящей магистрали. Корректный выбор характеристик демпфера позволяет исключить совпадение собственных частот колебаний давления жидкости в топливной магистрали и корпуса РН и тем самым обеспечить продольную устойчивость. Для исследования характеристик газового демпфера применяются методы математического и численного моделирования с использованием программных пакетов MatLab/Simulink и AMESim. В работе представлена математическая модель газового демпфера, исследованы его переходные и частотные характеристики. Рассчитана входная акустическая проводимость газового демпфера как его обобщённая динамическая характеристика. Построены зависимости изменения объёма от давления жидкости на входе в демпфер при гармонических колебаниях. Разработанная модель может быть использована при анализе частотных характеристик топливоподающей магистрали в рамках решения задачи обеспечения продольной устойчивости РН.

Приведены результаты исследований выгорания диффузионных струй, истекающих в неподвижную атмосферу в ламинарном, переходном и турбулентном режимах с направлением начального импульса в диапазоне углов α от 0 до 360° относительно вертикали. Получены данные по влиянию угла α на значения относительной криволинейной длины пламени, её проекций на оси Ox, Oy, координаты положения точки стабилизации пламени в диапазоне чисел Рейнольдса от Re = 500 до Re = 15000. Результаты экспериментов представлены в виде графических зависимостей в относительном виде и обобщены в форме критериальных уравнений, учитывающих влияние свободной конвекции в рамках теории струйно-факельного горения на положение фронта пламени, геометрию и объём зоны горения. Приведены результаты фотосъёмки процесса горения струй. Предложены рекомендации по повышению полноты сгорания топлива и выбору оптимальных начальных, геометрических и теплофизических параметров струи (число Re, число Fr, относительная длина струи, начальный диаметр струи, положение точки стабилизации пламени, угол к вертикали), обоснованы теплофизические особенности формирования диффузионных реагирующих газовых струй, истекающих в неподвижную атмосферу с учётом влияния свободной конвекции.

Представлены результаты исследования теплоотдачи от интенсивно закрученного потока газа к боковой поверхности камеры энергоразделения вихревой трубы, уточнено  распределение коэффициента теплоотдачи по длине камеры энергоразделения с учётом влияния затухания окружного компонента скорости и наличия эффекта подогрева периферийного потенциального вихря. Численные расчёты, результаты которых представлены в данной работе, показали наличие в камере энергоразделения прецессирующего приосевого вихревого жгута и периодически расположенных по периферии вдоль всей оси крупномасштабных вихревых структур – тороидальных вихрей. Приведена зависимость коэффициента теплоотдачи от значения степени расширения газа в вихревой трубе, а также изменение температурной эффективности с ростом диаметра камеры энергоразделения. Показано, что неадиабатность оказывает большее влияние на термодинамическую эффективность вихревых труб малого масштаба из-за роста относительной  доли энергии, отводимой от боковой поверхности, в форме тепла.

Проведён анализ механизмов зарядки микрочастиц в области зарядной иглы электростатического инжектора. Основное внимание уделено рассмотрению процесса зарядки проводящей частицы за счёт эмиссии электронов с её поверхности под действием сильного электростатического поля. Описана математическая модель контактной и бесконтактной зарядки частицы. Приведены результаты решения системы уравнений, описывающих динамику зарядки и движения микрочастицы в области зарядной иглы инжектора. Рассчитаны значения отношения заряда микрочастицы к её массе на выходе электростатического инжектора при различных диаметрах зарядной иглы и размерах микрочастиц. Проведён сравнительный анализ результатов расчёта значений отношения заряда микрочастицы к её массе в зависимости от механизмов зарядки и параметров микрочастицы и зарядной иглы. Приведены результаты расчёта максимально возможных значений отношения заряда, полученного частицей в инжекторе, к её массе в зависимости от механизма зарядки. Представлена зависимость значения отношения заряда микрочастицы к её массе от расстояния до иглы в момент начала автоэлектронной эмиссии с поверхности частицы. Рассчитаны значения отношения заряда микрочастицы к её массе на выходе электростатического инжектора при реальных начальных значениях скоростей движения и зарядах частицы в зарядной камере.

В работе аналитически и численно исследуется острая фокусировка однородно-поляризованных лазерных гауссовых пучков с вихревой фазой вдоль оси анизотропного кристалла. Для анализа использованы две модели – геометрооптическая, реализованная в программном продукте ZEMAX, и волновая, основанная на разложении по плоским волнам. В рамках волновой модели в непараксиальном случае получено аналитическое выражение для комплексной амплитуды при фокусировке вихревого гауссова пучка в анизотропной среде. Показано, что в режиме слабой фокусировки обыкновенный и необыкновенный пучки смешиваются и формируемый пучок имеет смешанный «спиральный» тип поляризации. При острой фокусировке лазерного излучения вдоль оси кристалла формируется два фокуса, соответствующих обыкновенному и необыкновенному пучкам. При наличии в падающем пучке с круговой поляризацией вихревой фазы первого порядка в этих фокусах имеют место векторные цилиндрические распределения – с азимутальной поляризацией для обыкновенного пучка и с радиальной поляризацией для необыкновенного. Аналитические выкладки проиллюстрированы результатами численного моделирования. Детально показано как покомпонентное распределение интенсивности формируемых лазерных полей, так и их поляризационное состояние. Выполненные исследования полезны для разработки устройств, выполняющих поляризационные преобразования.

В статье рассматривается вопрос, связанный с особенностью государственной научно-технической политики советского государства в предвоенный период. Главной целью научно-технической политики становится укрепление обороноспособности страны. Обращено внимание на основные направления деятельности советского правительства: привлечение к решению важнейших научно-технических задач дореволюционных специалистов и учёных, сохранение и развитие научно-технического потенциала, подготовка новых кадров учёных и инженерно-технических работников, связь науки с производством, обеспечение учёных и инженерно-технических работников специальной научно-технической литературой, открытие новых научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро и вузов в соответствии с развитием новых отраслей в народном хозяйстве – авиационной, химической, электротехнической, машиностроительной. Выделена роль научно-технических обществ и изобретательства в ускорении научно-технического прогресса. Показаны основные противоречия осуществления технической задачи в условиях формирования тоталитарной системы, когда творческая инициатива учёных и специалистов направлялась сверху. Усиление роли Народного комиссариата внутренних дел (НКВД) в технической модернизации страны.

В статье в рамках семиотического подхода рассматривается вопрос о сущности техники. Под техникой понимается проективный способ работы сознания со знаками, представляющий собой обращение рецепции и приводящий к формированию новых «значений» при реализации семантических, синтаксических и прагматических правил на каждой из ступеней познания, будь то чувственное восприятие, рассудок или разум. Техническое сознание рассматривается на трёх ступенях: как «традиция», где техника определяется в качестве неосознаваемой правилосообразной деятельности, удовлетворяющей требованию выживания человека в естественной природной среде; как «вторая природа», где техника есть процесс создания нового, возможный за счёт контроля над материей, и замещающий естественную среду искусственной; как «третья природа», где техника есть способ управления рефлексией. Техническое сознание, описываемое как проективный семиозис, показывает эволюцию индивида от традиции к неочеловечеству. Человек, рождаясь, осваивает транслируемую культурной памятью сумму навыков, обеспечивающих выживание в естественной среде его рождения; фантазия, вымысел, метафизическое представление, порождённые удивлением, эстетическим переживанием или практической проблемой, вызывают процессы самосознания,  позволяют косвенным образом увидеть рефлексивный характер практической деятельности; способность воплощать в материальных субстратах фикциональные объекты порождает вторую природу, замещающую естественные объекты восприятия и представления; способность материального изменения правил рефлексии открывает путь к осознанной и контролируемой автоэволюции человека, создавая «третью природу», в которой человек превращается в неочеловека, способного изменять качество своего человеческого существования как рефлексивного существа.