Том 14, № 2 (2015)

В статье описывается математическая модель и программная реализация вычислительного алгоритма формирования программного движения при программном повороте опытно-технологического малого космического аппарата. Вычислительный алгоритм предназначен для расчёта программных параметров траектории программного поворота малого космического аппарата; определения моментов времени, в которые происходит смена законов движения объекта в процессе поворота, а также программных параметров движения в этих точках для определения интервалов, характеризующихся постоянством законов движения объекта, положения осей вращения объекта на этих интервалах. Приводятся сведения о приборном составе, базовых режимах функционирования, принципах организации системы управления движением. Опытно-технологический малый космический аппарат «АИСТ-2Д» имеет массу до 500 кг, функционирует на околокруговой орбите высотой 600 километров. Система управления движением включает в свой состав датчики и исполнительные механизмы, собственный вычислитель. Программное обеспечение организовано как встроенное в техническую систему и реализует полную поддержку логики управления системой управления движением как в нормальных, так и в аномальных ситуациях. Программное обеспечение проходит многостадийный процесс отладки, обеспечивающий достижение требуемых показателей качества и надёжности.

В статье приведены результаты исследований динамического поведения сборного однопролётного трубопровода с соединением по наружному конусу под воздействием кинематического возбуждения. Рассматривалось пять моделей трубопровода с различными условиями сопряжений в соединении по наружному конусу. Результаты получены с применением метода конечных элементов и решением контактной задачи механики твёрдого деформируемого тела. На первом этапе выполнено построение амплитудно-частотных характеристик для рассматриваемыхмоделей трубопровода. В результате показана зависимость амплитудно-частотных характеристик колебаний однопролётного трубопровода от условий сопряжений в сборном соединении трубопровода. В ходе исследования определено, что резонансная частота трубопровода изменяется при введении допускаемых зазоров в соединение по наружному конусу. Такое изменение может приводить к смещению резонансной частоты трубопровода в диапазон рабочих частот конструкции, что может привести к разрушению трубопровода. Отражено влияние внешнего динамического нагружения на распределение контактного давления в сборном соединении по наружному конусу при прохождении резонансной частоты. Данное распределение определяет герметичность соединения.

Представлена методика моделирования рабочих процессов двигателя внутреннего сгорания с использованием CAD/CAE – технологий. Рассмотрены вопросы моделирования газодинамических и тепловых процессов в четырёхтактных двигателях внутреннего сгорания с использованием программы ANSYS Fluent и ANSYS Steady-State Thermal, позволяющей получать поля распределений основных термодинамических параметров. Особое внимание уделяется созданию методики прочностного исследования, а также особенностям её настройки для решения задач, связанных с проектированием двигателей внутреннего сгорания.

В статье рассмотрены методы неразрушающего контроля диффузионно-насыщенных слоёв поликристаллических сплавов и, в частности, при цементации стали. Существуют сравнительно простые и надёжные рентгеновские методы изучения диффузионных процессов, важными достоинствами которых является их безопасность, доступность и отсутствие необходимости разрушать образец. Дифракционная картина рассеяния характеристического рентгеновского излучения на кристаллической решётке поликристаллического сплава несёт в себе информацию о структуре и концентрационном распределении диффундирующего вещества (диффузант - углерод) в решётке растворителя (сплав на основе железа) после изотермического отжига. Применение численных методов позволяет моделировать профиль рентгеновской линии (ПРЛ) по изменениям параметра решётки сплава, обусловленными, например, диффузионным проникновением углерода в сталь. Этот подход использован для выбора оптимальных условий насыщения поверхности металлического сплава для случая диффузии из постоянного источника. С некоторыми допущениями применение расчётного алгоритма показывает хорошее приближение для цементации поликристаллической стали, что позволяет устанавливать степень диффузионного насыщения в зависимости от технологических параметров этого процесса и контролировать его. Вариации в ПРЛ существенно зависят как от градиента концентрации диффузанта, так и от глубины проникновения рентгеновских лучей. Разработан и апробирован алгоритм моделирования, позволяющий прогнозировать параметры диффузионной зоны при цементации. Показано, что глубина анализа рентгеновскими лучами при определённых условиях съёмки позволяет получать информацию о размерах диффузионной зоны в слоях, значительно превышающих величину слоя половинного поглощения. Приведено сравнение экспериментальных данных, полученных при цементации образца, с результатами моделирования  дифракционного профиля.

Представлены результаты определения границы зажигания турбулентного потока алюминиево-воздушной смеси, а также влияние таких параметров, как скорость потока, турбулентность, размер частиц алюминия на границы зажигания. Установлено, что с ростом начальной турбулентности очаг воспламенения под действием пульсации раздваивается, языки пламени выносятся в основной поток и там гаснут, тем самым увеличивая время зажигания основного потока смеси; с увеличением начальной турбулентности потока границы зажигания алюминиево-воздушной смеси расширяются, а также увеличивается скорость потока алюминиево-воздушной смеси; граница зажигания порошка алюминиево-магниевого сплава соответствует границе зажигания для камер сгорания авиационных газотурбинных двигателей; наличие в зоне воспламенения частиц порошка алюминия мелкой фракции в значительной мере способствует расширению границы зажигания потока алюминиево-воздушной смеси. Также получено, что максимум скорости распространения пламени и тепловыделения для алюминиево-воздушной смеси наблюдается при составе смеси близком к стехиометрическому, как и для газовоздушных смесей. Однако отличительной особенностью алюминиево-воздушной смеси является наличие второго максимума скорости распространения пламени и тепловыделения при составах смеси . Полученные границы зажигания алюминиево-воздушной смеси лежат внутри области стабилизации пламени.

На основе разработанного ранее принципа соответствия расчёт деформированного состояния конструкций из анизотропных вязкоупругих материалов в условиях воздействия температур сведён к расчёту деформированного состояния конструкций из упругих материалов. На основе данного принципа создан метод расчёта деформированного состояния неоднородных анизотропных конструкций произвольной формы в случае их статического нагружения при воздействии температур.  Рассчитываются перемещения в стальной пластине квадратной формы с круглым вырезом, возникающие под действием внешней переменной нагрузки и переменного температурного поля. Выбранная в качестве модели задача линейной несвязной термовязкоупругости позволяет получить точное аналитическое решение, удобное для анализа состояния изделия при различных режимах эксплуатации.

Рассматривается влияние способа задания характеристик турбулентности на входной границе на результаты расчёта параметров потока за уголковым стабилизатором пламени при использовании метода крупных вихрей и подсеточной модели турбулентности – Смагоринского-Лилли. Исследование проводится для пропановоздушной смеси с температурой 300 К в канале квадратного сечения с расположенным в нём плохообтекаемым телом, в основании которого лежит равносторонний треугольник с длиной ребра 25 мм. Среднемассовая скорость потока на входе – 10 м/с. Рассматривались несколько способов задания граничных условий на входной границе. Два варианта без турбулентности на входе (равномерное распределение скорости по входному сечению и трубный профиль скорости) и два варианта с искусственно смоделированной турбулентностью (вихревой метод и спектральный синтезатор турбулентности). В результате исследования были получены значения интенсивности потока в области до стабилизатора, распределение скорости, кинетической энергии в поперечных и продольных сечениях за стабилизатором. Также приведены графики спектра энергетической плотности пульсаций скорости.

В статье рассматривается разработка численного метода для определения параметров модели ползучести. Предложена  линейно-параметрическая дискретная модель, описывающая в форме разностного уравнения связь между последовательными значениями деформации ползучести. Получены формулы, описывающие связь между коэффициентами линейно-параметрической дискретной модели и параметрами модели ползучести. Описана итерационная процедура  среднеквадратического оценивания коэффициентов линейно-параметрической дискретной модели. Показана методика оценки погрешности вычисления параметров модели ползучести, проведены численно-аналитические исследования достоверности и корректности описанной методики. Выполнена экспериментальная проверка полученных результатов с хорошей согласованностью теоретических и экспериментальных данных. Разработанный численный метод определения параметров кривой ползучести может быть применён в пределах стадии неустановившейся и установившейся ползучести.

Рабочим телом в процессах расширения циклов тепловых машин  являются продукты сгорания горючих. Общим свойством всех горючих веществ является факт  их состава – все они являются углеводородами, т.е. их молекулы состоят из атомов углерода и водорода. В статье рассмотрены только свойства продуктов стехиометрического сгорания горючего в среде атмосферного воздуха. Продукты сгорания представляют собой смесь окислов составляющих элементов CO₂, H₂O и основного элемента воздуха – азота N₂. Именно продукты сгорания определяют процессы расширения в наиболее распространённом цикле работы энергетических установок – цикле Брайтона. В статье проверяется привлечение методов статистической физики для описания свойств продуктов сгорания.

Представлены результаты  численного моделирования термодинамики закрученного потока при течении в камере энергоразделения вихревых устройств в стационарной и нестационарной постановках. Результаты расчётов подтвердили наличие прецессионного движения приосевого вихревого жгута, пульсаций скорости, давления и температуры. Их обработка с позиции термодинамики позволила в P,v-диаграмме построить реализуемый крупномасштабными вихревыми структурами обратный цикл, осуществляющий основной энергоперенос от периферийных слоёв к приосевым. Выявлено подмешивание подогретых масс газа к охлаждённому потоку у торцевой поверхности  диафрагмы за счёт формирующегося уголкового вихря. Предложено сопловой ввод сделать наклонным в виде скоса, выполненного по лемнискате Бернулли, что привело к улучшению характеристик энергоразделения на 1,5-2,0 %. Численное моделирование течения в вихревом энергоразделителе и исследование нестационарных явлений, имеющих место в ВТДП, показали, что источником крупномасштабных периодических колебаний в вихревой трубе является прецессия вихревого ядра.  Различные области потока: зона рециркуляции, вихревое ядро, свободная струя на выходе из щелевого диффузора – являются едиными компонентами одной колебательной системы.

Проведены численные расчёты течения за завихрителем, установленным в жаровой трубе камеры сгорания, на режимах, когда это течение является неустойчивым. Полученные в расчётах поля скорости использованы для моделирования нестационарного характера течения. Сравнение результатов расчётов, проведённых по этой модели, с результатами расчётов по коммерческому пакету fluent показало их хорошее согласование. Получено, что рассматриваемое течение является существенно нестационарным с признаками прецессии. В осреднённом поле течения выполнены численные расчёты распределений капельно-жидкого топлива в области, моделирующей конфигурацию жаровой трубы камеры сгорания. Получено, что значительная часть топлива попадает на стенки модельной камеры. Экспериментально исследованы процессы распыливания топлива в нестационарной прецессирующей струе, вытекающей из модельной камеры. Показано, что в результате взаимодействия топливной струи с прецессирующим воздушным потоком образуется достаточно однородная топливовоздушная смесь со средним диаметром капель приблизительно 50 мкм и меньше. Получены данные о зависимости распределения концентраций и размеров капель от режимов течения воздуха и топлива. Показано, что основание струи топлива в закрученном потоке воздуха за завихрителем под влиянием прецессии вихря совершает вращательно-колебательное движение. Этот процесс визуально наблюдается только при импульсном освещении потока.

На основе многолетнего опыта оценки вибрационного состояния ГТД показаны примеры выявления причин повышенной вибрации двигателей при их стендовых испытаниях с диагностикой таких дефектов как проскальзывание наружной обоймы подшипника опоры, несоблюдение геометрических параметров гидродинамического демпфера с упругими кольцами и условий подачи в него смазки, неудовлетворительная укладка двигателя на подмоторную раму, задевание отдельных элементов роторов, их подклинивание, вращающийся срыв. На примере этих дефектов показана практика использования современных методов обработки и анализа вибрационных процессов, позволяющая оптимизировать объём последующих работ со снятым с испытания двигателем. На базе полученного опыта предложена типовая методика диагностики причин повышенной вибрации ГТД с использованием наиболее эффективных методов обработки сигналов. В случае выявления стендовой виброизмерительной аппаратурой повышенной вибрации предлагается параллельно «штатным» вибродатчикам устанавливать дополнительные с регистрацией вибрации в диапазоне частот до 30 кГц. Далее проводится последовательная обработка данных с получением автоспектров в скорости и ускорении, расчёта взаимного спектра, спектра максимумов, спектра огибающей, каскадной демодуляции на базе максимумов, многократного повторения процедуры каскадной демодуляции. Эффективность предложенной методики подтверждена многолетней практикой её использования и может применяться как в условиях испытательного стенда, так и в эксплуатации при оценке технического состояния двигателей.  

Описан рабочий процесс камеры сгорания испарительного типа, применяющейся на большинстве типов современных вспомогательных силовых установок (ВСУ), имеющей при установившейся режимной работе высокоэффективный рабочий процесс с высокой полнотой сгорания, низким уровнем выбросов СО и NO_x и малое давление впрыска топлива. Однако пусковые характеристики камеры сгорания испарительного типа требуют совершенствования. Рассматриваются пути совершенствования пусковых характеристик вспомогательного газотурбинного двигателя (ГТД) с камерой сгорания испарительного типа путём оптимизации количества, месторасположения пусковых форсунок центробежного типа, корректировки закона топливоподачи. При этом приводятся сравнительные расчëтно-экспериментальные данные по изменению полноты сгорания топлива, парциальности работы турбины, полей температуры газа перед турбиной. Моделирование процесса запуска осуществляется по разработанной нелинейной динамической модели запуска, в которой полнота сгорания топлива представлена в виде произведения двух составляющих: известного критерия форсирования K_v и составляющей, аппроксимированной в зависимости от теплового состояния испарительной трубки камеры. Проверка запуска двигателя с мероприятиями по доработке камеры сгорания на высотно-климатическом стенде ЦИАМ показала необходимость корректировки характеристики топливоподачи для высотных условий Н ≥ 4000 м. Показана возможность снижения максимальной локальной температуры газа перед турбиной на 50-60°С, расширения диапазона надёжного запуска двигателя по подаче топлива в 1,5-2 раза за счëт проводимых мероприятий.

Представлены результаты анализа развития и построения информационно-измерительных систем океанографических параметров в 60-70 и 80-90-х годах. Большое влияние на проектирование измерительной аппаратуры оказали информационно-измерительные системы на основе стандарта САМАС, созданные под руководством академика Нестерихина Ю.Е. Однако прямое их использование в океанологических измерениях оказалось невозможным. Это было связано с необходимостью проведения измерения параметров среды in situ на значительном расстоянии от устройств управления. Была разработана базовая структурная схема измерительного комплекса, и к концу 80-х годов были созданы, сертифицированы и внедрены в практику океанологических исследований зондирующие, буксируемые, автономные измерительные комплексы. Ими обеспечивались экспериментальные исследования в океане в диапазоне пространственно-временных масштабов в пределах от секунд до десятков суток по времени и от сантиметров до сотен, тысяч километров по расстоянию. В настоящее время разрабатываются измерительные каналы на основе высокоскоростных приёмников информации (телевизионные камеры, акустические устройства). Разработана структурная схема многоканального гидролого-оптико-химического измерительного комплекса, позволяющая ассимилировать в своём составе измерительные каналы океанографических параметров с различной скоростью поступления информации. На основе этой схемы спроектирована и изготовлена технологическая платформа для разработки, испытаний и аттестации новых измерительных каналов параметров морской среды. Представлены результаты натурных испытаний технологической платформы, проведённых на Чёрном море вблизи Геленджика.

Разработаны программные модули-компоненты, позволяющие создавать собственное специализированное программное обеспечение для исследования динамики микромеханических датчиков инерциальной информации с учётом теории Тимошенко и при наличии гироскопического эффекта. Показана принципиальная возможность использования разработанного программного обеспечения для моделирования датчиков на примере суперминиатюрного микромеханического гироскопа и акселерометра и гироскопа с кардановым подвесом чувствительного элемента. Использование специализированного программного обеспечения обеспечивает возможность реализации необходимой функциональности, а также полный контроль над реализацией алгоритмов, ходом вычисления, отображения результатов на любом шаге исследования. Разработкой и использованием специализированного программного обеспечения можно добиться существенного (на порядки) уменьшения требований к вычислительным ресурсам и времени расчёта по сравнению с универсальными комплексами конечно-элементного моделирования. 

Представлены результаты анализа многоаспектности и состояния образования  с использованием технологий дистанционного обучения (ДО) для выявления положительных сторон и недостатков, проблем, а также возможных путей их решения с целью расширения доступности высшего образования и повышения эффективности образовательного процесса. Дистанционное обучение как педагогическая проблема и одновременно как новая форма получения образования вызвало, ввиду своих особенностей, появление преподавателя новой формации. Это – педагог, постоянно сопровождающий обучающегося в системе ДО, владеющий технологиями ДО и арсеналом техник и методик, в первую очередь, компьютерной грамотностью. Для решения проблемы необходимо определить сущность ряда ключевых понятий ДО, выявить многоаспектность проблемы его организации, проанализировать зарубежный и отечественный опыт подготовки преподавателей для ДО и наметить пути сохранения и приумножения накопленного отечественной системой образования кадрового, научно-педагогического и материального потенциала, эффективно применить существующие и перспективные средства новых информационных технологий. 

В статье приводятся показатели, характеризующие результативность производственно-коммерческой деятельности предприятия в условиях рыночных отношений. Среди важнейших из них: коэффициент экономического, социального, организационно-технического потенциала предприятия; экономическая результативность аппарата управления предприятием; коэффициент доли затрат на управление; соотношение численности аппарата управления к численности персонала предприятия; соотношение линейного и функционального персонала аппарата управления; коэффициент экономической эффективности управленческой деятельности; уровень организованности производства; результативность управления производством и реализацией продукции; уровень рентабельности продукции; уровень оплаты труда персонала; рентабельность (доходность) собственного капитала;уровень рентабельности производства и реализации продукции; коэффициент рентабельности активов, коэффициент реальной стоимости собственного капитала; коэффициент эффективного использования текущих активов; коэффициент эффективного использования оборотного капитала; коэффициент использования всех активов; стоимость одной акции; доход на одну акцию; дивиденд на акцию; цена – доход одной акции; коэффициент прибыльности общих активов; коэффициент валовой прибыли; коэффициент прибыльности, рентабельности продаж; комплексный обобщённый коэффициент эффективности управленческой деятельности руководства предприятия. Расчёт и анализ приведённых в статье показателей для конкретного предприятия поможет обоснованно решить поставленные задачи инжиниринга и реинжиниринга.