Том 21, № 4 (2022)

Представлены теоретические основы автоматизированной компоновки бортовой аппаратуры в отсеках космических аппаратов в топологической постановке. Цель работы состоит в создании гибкой модели размещения, позволяющей решать задачу для любой конфигурации конструкции с учётом технико-эксплуатационных ограничений, предъявляемых к объектам, находящимся в ограниченном пространстве. Технология формализуется по методам основ топологии и в настоящей работе демонстрируется для двумерного случая путём сличения с эталонной конструктивно-компоновочной схемой. Учитываются функциональные, монтажные, габаритные, тепловые, виброакустические требования при массово-центровочных ограничениях компоновки. Предложен новый подход к описанию процесса конструирования сборок бортовой аппаратуры, который может быть полностью оцифрован и затем интегрирован в известные системы автоматизированного проектирования. Такой подход верифицирован на примере системы электропитания космического аппарата «Янтарь-2к».

Обоснована возможность применения для двигателей воздушно-космических самолётов криогенного топлива, в частности водорода, обладающего более высокими энергетическими свойствами по сравнению с авиационным керосином. Доказана необходимость охлаждения воздуха перед входом в двигатель при высоких скоростях полёта летательного аппарата. Предложена конструкция теплообменного аппарата для охлаждения воздуха, поступающего на вход в компрессор, и разработана методика его теплового расчёта, необходимого при проектировании конструктивно-компоновочной схемы силовой установки воздушно-космического самолёта.

Работа посвящена определению влияния оптических характеристик тонкого многослойного солнечного паруса на его орбитальное движение. Исследуется влияние коэффициентов отражения, рассеивания и поглощения. Эти коэффициенты рассчитываются на базе математической модели оптических характеристик многослойной эпитаксиальной тонкой плёнки – солнечного паруса. В работе учитывается изменение оптических свойств паруса под влиянием изменения температуры и деградации поверхности. Моделирование изменения оптических характеристик проводится на примере перелёта от Земли к Меркурию с использованием локально-оптимальных законов управления. С использованием метода матриц переноса и с учётом распределения спектрального излучения Солнца получены значения оптических характеристики двух конструкций паруса: с отражающей лицевой поверхностью из алюминия и из серебра.

Рассмотрено влияние термической обработки на механические свойства алюминиевых сплавов с высоким содержанием магния и малыми добавками скандия 1570, 1580 и 1590. Изучено влияние температуры нагрева (в диапазоне 260…440°С), времени выдержки (в диапазоне 2…100 ч), предела текучести, предела прочности и относительного удлинения исследуемых сплавов. Механические свойства определялись с помощью испытаний на одноосное растяжение в соответствии с ISO 6892-1. Для некоторых режимов термической обработки было проведено изучение микроструктуры на наличие и распределение β-фазы Al₃Mg₂ методами оптической металлографии. Исследования показали, что пересыщенный твёрдый раствор в сплаве 1570 во всем исследуемом температурном диапазоне быстрее распадается и сплав после 48 часов выдержки начинает терять свои прочностные свойства. В то же время сплавы 1580 и 1590 гораздо более термостабильны, при длительной выдержке в них несколько снижается предел текучести, в то время как значения предела прочности сохраняются. Температурные режимы отжига 260°С неблагоприятны для пластических свойств, которые сильно снижаются из-за формирования β-фазы в сплавах 1570 и 1580. При более высоких температурах выдержки падение пластических свойств не столь заметно, при этом сплав 1590 сохраняет наиболее высокие показатели пластичности.

Проведено проектирование микроячеек для последующего моделирования из них пьезо- и оптоэлементов. Осуществлена разработка пьезоэлектрических и оптических элементов из микроячеек и подготовлены модели для печати на 3D-принтере. Эти конструкции можно практически использовать в качестве пьезоакустических или пьезоэлектрических датчиков в ультразвуковых расходомерах, если в их состав добавляется пьезоэлектрический порошок, или использовать для создания оптических структур дифракционных оптических элементов. Проведён анализ ключевых характеристик и коэффициентов пьезоэлектрических структур, таких как диэлектрическая константа, коэффициент преобразования, коэффициент потерь диэлектрика, добротность упругой системы, частотная константа, коэффициент электромеханической связи, коэффициент пьезоэлектрического заряда, пьезоэлектрический коэффициент напряжения, коэффициент упругой податливости, скорость старения, точка Кюри. Элементы, полученные с помощью 3D-печати, будут иметь свойства, отличные от свойств элементов, полученных стандартными методами. Данные структуры открывают новые возможности для развития ультразвуковых исследований, машиностроения и приборостроения.

Предложены приближённые аналитические модели двух типов многоканальных систем массового обслуживания с частичной взаимопомощью между обслуживающими каналами и ожиданием в очереди ограниченной и неограниченной длины. Входящий поток заявок представляет собой суперпозицию нескольких простейших потоков. Предполагается, что установлены нормативные численности каналов для обслуживания заявки, различающиеся в зависимости от потока поступления заявки. В системах первого типа выделение нормативного числа каналов не является обязательным: заявка принимается на обслуживание при наличии в системе свободных каналов и меньшей, чем нормативная, численности. Время обслуживания распределено показательно со средним, обратно пропорциональным числу выделенных каналов. В системах второго типа обслуживание заявки всегда выполняется каналами нормативной численности. Время обслуживания может быть распределено произвольно (не только показательно), со средним, не зависящим от числа выделенных каналов. Представлены итоги сравнительного анализа результатов решения ряда задач проектирования обслуживающих систем в широком диапазоне исходных данных с использованием имитационного моделирования и расчётов на базе приближённых аналитических моделей, позволившие оценить область применимости последних и сделать вывод об их удовлетворительной точности. Приведены примеры использования моделей технологических процессов аэропортового наземного обслуживания как систем массового обслуживания рассмотренных типов.