Том 15, № 3 (2016)

Рассматривается многошаговое терминальное управление субгиперзвуковой первой ступенью аэрокосмической системы при трансатмосферном наборе высоты. Пассивное движение летательного аппарата исследуется в условиях совместного действия атмосферных и аэродинамических возмущений. Конечным условием движения является достижение заданного значения угла наклона траектории, а конечное значение высоты является регулируемой величиной. Используется алгоритм терминального управления для формирования командного значения коэффициента аэродинамической подъёмной силы. При определении командного управления используется метод Ньютона с несколькими итерациями на шаге управления. Исследуется работоспособность и эффективность алгоритма по компенсации влияния атмосферных и аэродинамических возмущений на выполнение заданного конечного условия движения летательного аппарата по высоте. Приводятся и обсуждаются результаты моделирования движения летательного аппарата при терминальном управлении для предельно «разреженной» атмосферы и различных уровней отклонений коэффициента силы лобового сопротивления.

В статье представлены результаты расчётно-экспериментального исследования влияния числа лопастей и диаметра на шум воздушного винта, работающего при числах Рейнольдса свыше 10⁶. Показано, что увеличение числа лопастей при условии сохранения геометрического и аэродинамического подобия винтов, а также постоянстве числа Маха окружной скорости, приводит к существенному снижению шума от аэродинамической нагрузки. При этом шум вытеснения и широкополосный шум увеличиваются незначительно. Предложены выражения, которые могут быть использованы для оценки влияния диаметра и числа лопастей на шум вращения и шум задней кромки воздушного винта при условии постоянства тяги рассматриваемых винтов. Измерения акустических характеристик лёгкомоторных самолётов Як-18Т с двух- и трёхлопастными винтами: МАИ-223М и F30, выполненные на аэродроме базирования малой авиации в статических условиях, качественно подтвердили расчётные оценки влияния диаметра и числа лопастей на шум воздушного винта. Увеличение числа лопастей приводит к заметному снижению акустического КПД винтомоторных силовых установок.

В статье исследуются причины и особенности высокочастотных газодинамических автоколебаний, возникающих в выходных трактах регуляторов давления газа. Показано, что такие автоколебания приводят к существенному увеличению уровня динамического нагружения узлов регуляторов за счёт возникновения интенсивных тональных составляющих в спектрах пульсаций давления в трубопроводе, вибрации выходного фланца регулятора, а также внешнего шума агрегата. Приведены результаты исследования условий возникновения высокочастотных газодинамических автоколебаний, возникающих вследствие взаимодействия потока газа с элементами конструкции регулятора, в том числе со стойками–пилонами центрального обтекателя. Показано, что с увеличением выходной скорости потока выше определённого значения (около 40 м/с) возникают тональные составляющие спектра пульсаций давления. Предложено мероприятие по устранению газодинамических автоколебаний с помощью перфорированной втулки, устанавливаемой в выходной тракт регулятора. Смоделировано три варианта конструкции втулки, проведено численное моделирование газодинамических процессов в выходном тракте регулятора давления при установке перфорированной втулки. Показано, что установка втулки в выходной тракт регулятора позволяет полностью устранить газодинамические автоколебания.

Рассмотрены результаты разработки технологий, обеспечивающих повышение износостойкости, снижение уровня шума и вибрации в узлах трения. Определены наиболее эффективные технологии образования на поверхностях трения фторсодержащих микроразмерных плёнок, повышающих износостойкость, контактную усталость и прочность соединения смазочного слоя с поверхностями трения; молекулярного армирования поверхностных дефектов, замедляющих развитие усталостных повреждений; эффекта мультисмазки, повышающего адгезию и нагрузочные характеристики смазочного слоя, его поглощающую способность и др. Технология образования фторсодержащих плёнок реализуется путём введения присадки фторированного графита в смазочное масло. При молекулярном армировании эффект повышения износостойкости и контактной выносливости связан с пассивацией поверхностных дефектов, образуемых при отделочной обработке. Пассивация дефектов реализуется армированием дефектов в резонансном режиме. При мультисмазке реализуется эффект от создания подслоя смазки из высокоадгезионного материала, например, полиметилсилоксанов. Важной сопутствующей разработкой является создание низкочастотного кавитационного способа и установок для мойки деталей узлов трения.

В статье рассмотрен новый газодинамический смеситель – смеситель закрытого типа. Экспериментально исследованы структура двухфазного течения, сформированного этим смесителем, поля скоростей дисперсной фазы, размер и концентрация капель. Рассчитаны пульсационные характеристики дисперсной фазы. Смеситель обеспечивает работу системы, формирующей получение двухфазных высококонцентрированных газокапельных струй при различных расходах и давлениях рабочих тел. Установлено, что благодаря наличию воздуха в двухфазном рабочем теле жидкость разгоняется на начальном участке струи, а затем тормозится. Поток является полидисперсным: существуют участки очень малых частиц, которые оптика практически не разрешает, есть очень крупные капли. Измерение дисперсности разными методами показало близкие результаты. Экспериментально установлено, что максимальные пульсации имеются на выходе из сопла, а в двухфазной струе есть локальные минимумы.

В статье описывается метод определения неравномерности температурного поля в условиях двигателя путём препарирования соплового аппарата. Представлены результаты температурной неравномерности для камеры сгорания с диффузорным насадком и конфузорным насадком в горелочном устройстве. Дано описание конструкции камеры сгорания и горелочных устройств. Построены графики, характеризующие изменение окружной и радиальной неравномерности температурного поля в зависимости от режима работы газотурбинного двигателя (ГТД). Произведена оценка полученной неравномерности температурного поля при помощи параметров: максимальная неравномерность, максимальная радиальная неравномерность и максимальная окружная неравномерность температурного поля. Приведён сравнительный анализ полученных испытаний для двух камер сгорания с различным исполнением горелочного устройства. Сделаны выводы о влиянии горелочного устройства на неравномерность температурного поля.

Обоснована целесообразность применения ионизационных датчиков для исследования и диагностики процесса сгорания топлива в поршневых энергетических установках с искровым зажиганием. Показано, что для расширения функциональных возможностей, увеличения надёжности работы и точности обработки сигнала ионизационного датчика необходимо знать влияние на него пульсационной скорости пламени. На основе анализа литературных данных и собственных исследований предложен механизм влияния пульсационной скорости на электропроводность углеводородного пламени, оцениваемой величиной ионного тока. Предложена формула для расчёта ионного тока, включающая пульсационную скорость, температуру пламени и концентрацию углеродсодержащих частиц в топливе. Для метановоздушного пламени выявлено, что при U′ < 8 м/с наблюдается рост ионного тока, который объясняется увеличением температуры пламени и концентрации углеродсодержащих частиц топлива в зоне химических реакций пламени. При U′ > 8 м/с происходит снижение ионного тока, что вызвано ростом затрат тепла на нагрев поступающего топлива во фронт пламени, которые прямо пропорциональны пульсационной скорости. Результаты работы могут быть использованы для прогнозирования и мониторинга ионизационным датчиком характеристик турбулентности в камерах сгорания энергетических установок.

Определены основные причины возникновения нежелательных изменений в частотной характеристике сигналов на выходе современных генераторов. Рассмотрена функциональная схема построения генератора радиосигналов специальной формы с использованием отечественной элементной базы на примере упрощённой схемы бортового радиопередающего устройства для малого космического аппарата «АИСТ-2». Описана работа и взаимодействие блоков функциональной схемы, а также принцип формирования сигналов с различными типами модуляции. Проведён анализ разработанного устройства. Определены блоки, вносящие наиболее значительные нежелательные изменения в частотную характеристику выходного сигнала. Описан метод устранения неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АХЧ). Приведены спектры выходного сигнала до и после частотной коррекции. Пояснён процесс возникновения паразитной амплитудной модуляции в цифровом вычислительном синтезаторе при формировании сигналов с частотами, близкими к частоте Найквиста. Описан метод борьбы с паразитной амплитудной модуляцией, возникающей вследствие применения цифрового аттенюатора в цифровом вычислительном синтезаторе. Приведены результаты практического применения метода. Показано, что применение предложенных методов позволяет разработать генератор сигналов специальной формы, обеспечивающий требуемые спектральные характеристики сигналов.

В статье приводится анализ возможных вариантов конструкций антенной системы (АС) для космического радиолокатора с синтезированной апертурой (РСА) в L- и P-диапазонах. Проведён анализ современного состояния создания космических аппаратов (КА) с РСА L- и P-диапазонов, в которых используются достаточно большие раскладывающиеся конструкции антенн. Показано, что для получения высоких тактико-технических (ТТХ) показателей РСА в L- и P-диапазонах используются большие раскладывающиеся рефлекторы диаметром до15 метров. Далее рассматриваются варианты антенных систем и проводится их сравнение с целью определения наилучшего сочетания с точки зрения получаемых характеристик и конструктивной сложности. В статье предложена АС, использующая в качестве элементов антенной решётки (АР) антенны типа Уда-Яги. Показана возможность создания космической системы (КС), состоящей из нескольких унифицированных малых космических аппаратов (МКА) с РСА L- и P-диапазона на борту.

В статье исследованы особенности применения вихретоковых преобразователей (ВТП) для контроля параметров дисперсных сред. В среде Ansys Maxwell 2015 построена трёхмерная конечно-элементная модель системы «частица – ВТП», для которой выполнен анализ влияния радиальных смещений частиц износа в поперечном сечении ВТП на суперкомпьютере «Сергей Королёв». Установлено, что вследствие неравномерности электромагнитного поля ВТП смещение частиц от оси ВТП к периферии приводит к увеличению вносимых параметров до трёх раз. При этом величина изменения вносимых параметров зависит главным образом от геометрического положения частиц в плоскости сечения ВТП и слабо зависит от частоты возбуждающего поля и размера частиц. На основе установленных зависимостей предложена конструкция ВТП, позволяющая отстроиться от влияния радиального смещения частиц на выходной сигнал.

В статье рассматривается бесконтактный метод контроля целостности лопастей несущего винта вертолёта. Существующие методы контроля целостности лопастей несущего винта вертолёта трудоёмки в реализации, имеют низкую надёжность и не позволяют составить общую картину состояния лопастей несущего винта в процессе полёта. Для решения задачи контроля целостности лопастей предложен метод, основанный на облучении лопасти зондирующим СВЧ-сигналом. Особое внимание уделено расчёту мощности сигнала, отражённого от лопасти несущего винта вертолёта. При выводе аналитических уравнений лопасть представляется недеформированной плоской металлической поверхностью. В результате получена пространственно-временная модель отражённого зондирующего СВЧ-сигнала от лопасти несущего винта вертолёта, параметры которой позволяет произвести оценку эксплуатационного состояния несущего винта вертолёта.

В статье рассматривается актуальная задача контроля электромагнитных параметров тонких плёнок и наноматериалов. Представлено обоснование метода бесконтактного контроля таких электромагнитных параметров как проводимость, а также диэлектрическая и магнитная проницаемости. Предложенный метод основан на зондировании контролируемой поверхности импульсным электромагнитным сигналом с последующим его анализом. Приведены аналитические соотношения, связывающие амплитуду и фазу отражённого сигнала с его спектральной составляющей, коэффициентом отражения, волновыми сопротивлениями контролируемой среды и среды распространения сигнала, а также с конструкционными параметрами измерительной системы, такими как угол падения зондирующего импульса и расстояния до объекта измерения. Произведён поиск диапазона эффективных измерений, позволяющий определить область применения метода, и анализ полученных зависимостей. Приведены графики зависимостей амплитуды и фазы отражённого сигнала от основных электромагнитных характеристик исследуемого материала.

В рамках теории пологих оболочек изучается влияние начальных отклонений от идеальной круговой цилиндрической формы на изгибные колебания тонких изотропных оболочек. В работе впервые показана возможность возникновения дополнительной зоны расщепления изгибного частотного спектра, обусловленная наличием у оболочки начальных несовершенств формы. Установлено, что расщепление частотного спектра имеет место не только в случаях, когда число волн окружных динамических деформаций равно числу волн несовершенств формы оболочки, как это принято считать в настоящее время, но и в случаях, когда число формообразующих волн в два раза меньше волн несовершенств формы. В первом случае обе расщеплённые частоты ниже соответствующих частот колебаний идеальной оболочки. Установлено, что при некоторых геометрических параметрах оболочки частоты радиальных колебаний могут быть соизмеримыми с изгибными. Решения, учитывающие взаимодействие сопряжённых изгибных и радиальных форм колебаний, дополнены новыми результатами и выводами. Сделан вывод, что при действии периодических нагрузок, неизбежно возникающих в условиях эксплуатации оболочечных конструкций, нерезонансные зоны, определённые согласно традиционному подходу, по существу могут оказаться резонансными. Резонансно опасные режимы колебаний оболочечных конструкций с неправильностями такого рода могут возникать на частотах, намного меньших или больших, чем это предсказывает традиционная теория. Такое поведение несовершенных оболочек может привести к высокому напряжённо-деформируемому состоянию конструкции и сложным видам динамической неустойчивости в условиях эксплуатации. Полученные в этой работе результаты и выводы требуют уточнения уже решённых ранее задач динамики оболочек с несовершенствами формы.

В статье рассмотрен алгоритм мониторинга экологического состояния прибрежных акваторий, предназначенный для выявления сильных нефтяных и крупнодисперсных загрязнений, определения наличия тонких нефтяных плёнок и оценки концентрации минеральных, органических загрязнений в приповерхностном водном слое. Представлен метод идентификации мелководья, включающий в себя выявление зон песчаного дна и зон зарастания береговой линии высшей водной растительностью (фитопланктон). Проведена оценка экологического состояния прибрежной зоны города Регенсия (Эспириту-Санту, Бразилия). Представленный алгоритм основан на анализе изменения вида спектрально-энергетических характеристик водной поверхности при её загрязнении компонентами различного типа и концентраций по отношению к спектрально-энергетическим характеристикам  условно чистой водной поверхности. На основе полученных оценок проводится кластеризация исходных данных, по результатам которой формируются тематические карты, отражающие классификацию исследуемой акватории по компонентному и суммарному уровню загрязнения и по глубине. На основе полученных результатов делаются выводы об общем загрязнении исследуемой акватории. Приведён пример обработки алгоритмом данных, представляющих собой гиперспектральное изображение, полученное с космического аппарата (КА) «Ресурс-П» №2 и прошедшее предварительную радиометрическую и атмосферную коррекцию.