ТРУДЫ МАИ

Необходимость правильной оценки эффективности проводимой разведки, осуществляемой с использованием интегрированных пространственно-распределенных авиационных комплексов пилотируемых средств воздушной разведки объясняется теми экстремальными условиями, в которых они часто должны быть реализованы. При этом правильное планирование таких полетов является одним из важнейших задач, решение которых обеспечил бы успешное завершение миссии беспилотных летательных аппаратов разведывательного типа. Принятие мер, обеспечивающих высокое качество изображений, получаемых в ходе полета БПЛА безусловно является существенной компонентой такого планирования. изображения. Целью настоящего исследования является определение основных закономерностей при организации адаптивного режима работы опто-электронной воспроизводящей аппаратуры. Суть предлагаемого адаптивного режима, заключается в оперативном изменении фокусного расстояния в зависимости от высоты полета БПЛА с целью достижения максимально возможной величины показателя по шкале NIIRS. В настоящее время для оценки качества изображений, получаемых от электрооптических систем БПЛА в инфракрасном диапазоне, используется критерий NIIRS. NIIRS является оценочной шкалой степени интерпретируемости получаемых от БПЛА изображений. Чем выше оценка по шкале NIIRS, тем больше деталей можно разобрать в полученном изображении. Шкала NIIRS содержит 10 уровней, где нулевой уровень обозначает изображение, в котором невозможно различить, какие-либо детали, девятый уровень обозначает изображения, в которых отчетливо видно передвижение людей. Математическим аппаратом, наиболее часто употребляемым для вычисления уровней этой шкалы является Общее уравнение качества изображения. Исследованы возможности адаптивного построения БПЛА разведывательного типа с переменным фокусным расстоянием. Показано, что корневая зависимость второй степени высоты полета БПЛА от фокусного расстояния оптоэлектронной аппаратуры является наихудшим вариантом адаптивного управления высотой полета, при реализации которого оценка выполнения миссии БПЛА по шкале NIIRS достигает минимальной величины. При проектировании, а также функционировании БПЛА разведывательного типа, целесообразно избегать организации такого режима адаптивного управления.

Исследуются финитно-временной и спектрально-финитный методы обработки (фильтрации) сигналов. Эти подходы основаны на теореме ортогонального проецирования и являются оптимальными по критерию минимума суммы дисперсии ошибок. Подходы способны выдавать линейные рекуррентные оценки не марковских сигналов с коррелированными и не коррелированными помехами. Алгоритмы оценки, полученные на основе данного подхода, совпадают по точности с фильтрацией Калмана, применимы к широкому классу моделей сигналов и помех. Разработанные алгоритмы являются более простыми при их реализации, как при полной и не полной априорной определенности, помехоустойчивыми и робастными. Моделирование осуществлялось в среде Mathcad. В настоящее время реализованы и изучены следующие алгоритмы: финитно-временной и спектрально-финитный; с обратной связью / без обратной связи; адаптивный / не адаптивный; с известной помехой или нет, и их комбинации.

Приведенные в работе [1] результаты экспериментов с круговыми цилиндрами достаточно большого относительного удлинения дополнены опытами с цилиндром меньшего удлинения. Подтверждено, что при сравнительно малых удлинениях обтекание с ламинарным отрывом затягивается до бо́льших значений чисел Рейнольдса, чем у цилиндра бесконечного удлинения. В области чисел Рейнольдса, соответствующих переходу от ламинарного отрыва к турбулентному, как и в [1], обнаружен гистерезис в величине коэффициента сопротивления при «прямом» и «обратном» ходе эксперимента по скорости.

Представлены результаты расчетно-экспериментального исследования особенностей течения двухфазного сверхзвукового потока при воздействии сносящего потока. С помощью экспериментальной установки, созданной на базе стенда для газодинамического напыления покрытий, определено влияние скоростного напора сносящего потока на поперечное распределение частиц дисперсной фазы в сверхзвуковом потоке. Определены значения эмпирических коэффициентов в уравнениях преобразования дискретных траекторий частиц в локально-непрерывное поле расходонапряженности дисперсной фазы. Проведен анализ влияния скоростного напора сносящего потока на среднеквадратичное отклонение локализации частиц вдоль траектории в сверхзвуковом потоке на основе сравнения расчетных и экспериментальных данных.

Разработана эффективная методика аэродинамического проектирования вертолетных профилей на основе параметризации контура профиля универсальным методом PGT (Parent function/Generating functions Transformation). На первом шаге выполняется редукция пространства переменных проектирования (ППП) с использованием решателей низкого уровня. На втором шаге поиск оптимума продолжается в редуцированном ППП с привлечением решателя высокого уровня. Обосновано минимальное количество переменных проектирования необходимое для успешного решения оптимизационной задачи. Проведено сравнение с предыдущим уровнем целевых аэродинамических критериев профилей.

Турбулентный и ламинарный режимы течения жидкости или газа неотличимы на масштабах теплового движения молекул. Однако на мезо- и макро- масштабах проявляются существенные отличия между ними. Турбулентный режим, имеет черты стохастического необратимого по времени процесса на всех масштабах рассмотрения, причем, стохастические пульсации в турбулентном режиме на разных масштабах являются коррелированными - имеют коллективный характер. В отличие от него, ламинарный режим является детерминированным и обратимым по времени на всех масштабах, существенно превосходящих масштаб теплового движения молекул. Существуют диапазоны параметров течения выше некоторых критических значений, при которых с разной вероятностью могут реализовываться и существовать как ламинарный, так и турбулентный режимы. Переходы между ними происходят скачкообразно, необратимым образом, то есть обратный переход при изменении параметров в противоположном направлении может происходить (и обычно происходит) при других значениях параметров. Таким образом, уравнение, описывающее оба этих режима, должно допускать неединственное решение, с негладким и неоднозначно определенным переходом между ними.

Ранее были проведены исследования возможности описания как ламинарного, так и турбулентного течения жидкости на основе одних и тех же «модифицированных» уравнений Навье-Стокса, учитывающих в турбулентном режиме производство энтропии за счет возбуждения стохастических возмущений на разных масштабах течения [1-4]. Решения, соответствующие ламинарным и турбулентным режимам течения несжимаемой нетеплопроводной жидкости, были аналитически получены для задач Хагена-Пуазейля, плоского течения Пуазейля и плоского течения Куэтта. Проведено сравнение экспериментальных и аналитических решений для различных значений числа Рейнольдса.

В настоящей работе показана возможность перехода от уравнения Лиувилля, учитывающего производство энтропии на разных масштабах («модифицированного» уравнения Лиувилля) к «модифицированному» уравнению Больцмана через цепочку «модифицированных» уравнений Боголюбова. На основе этих уравнений приводится вывод «модифицированной» системы уравнений Навье-Стокса.

Представлено исследование расходной характеристики центробежной форсунки методами численного моделирования и методом проливок компонентов ракетного топлива. Для определения угла распыла форсунки были проведены численные исследования в программном комплексе ANSYS CFX. В качестве объекта исследования была разработана трехмерная модель центробежной форсунки. Для определения массового расхода через форсунку были проведены замеры объема истекающего жидкого топлива за определенный промежуток времени при соответствующем перепаде давления в баке с горючим и окружающей средой. Результаты проведенных исследований показывают, что расходная характеристика реальной центробежной форсунки может отличаться от идеальной, что скорее всего связано с отклонением геометрических характеристик от номинальных значений в процессе изготовления форсунок, а также с погрешностью полученных данных с соответствующих датчиков на проливочном стенде.

В статье представлены результаты разработки и гидродинамические исследования режимов работы водоструйного эжектора, работающего в широком диапазоне расходной характеристики (3÷100 л/мин) и представляющего собой струйный насос с осевым подводом активной (рабочей) однофазной жидкой среды и радиальным подводом пассивной (эжектируемой) однофазной жидкой среды. В ходе проведения вычислительного эксперимента с последующей верификацией результатов с натурным экспериментом выявлены работоспособные и неработоспособные режимы работы устройства, получена зависимость КПД от значений расходов активной и пассивной сред в широком диапазоне. В процессе верификации установлена разница вычислительного эксперимента с натурным, не превышающая 5 %, что соответствует достаточной инженерной точности.

В работе даётся описание вычислительной модели, основанной на методе численного интегрирования и предназначенной для решения в линейной эйлеровой постановке задач устойчивости сжимаемых в осевом направлении вафельных цилиндрических оболочек. С принятием гипотезы «размазывания» указанные оболочки рассматриваются по схеме конструктивно-ортотропных оболочек, подчиняющихся гипотезам Кирхгофа-Лява. На основе тетраэдрального элемента (Tet10) в среде программного комплекса MSC Patran/Nastran строится также альтернативная конечно-элементная модель для решения тех же задач. Достоверность получаемых численных решений подтверждается хорошим согласованием результатов расчётов на основе отмеченной альтернативной вычислительной модели и имеющимся решением методом конечных разностей. Результаты проведённых расчётов на устойчивость при осевом сжатии образцов вафельных цилиндрических оболочек, изготовленных из алюминиевых сплавов, сравниваются с имеющимися экспериментальными данными.

Реакция тонкой прямоугольной полосы на воздействие механической (в плоскости объекта) нагрузки и температурного поля рассматривается в постановки плоской задачи теории упругости. Основу решения составляет применение метода Сен-Венана-Пикара-Банаха интегрирования уравнений теории упругости тонкостенны систем (SVPB). Метод сочетает в себе итерационный и асимптотический подходы и обладает большей свободой от ограничивающих решение допущений.

Первой особенностью является переход к последовательному интегрированию исходных уравнений. Соотношения выстраиваются таким образом, что результат предшествующего используется в последующем выражении как известная величина. Введение начального приближения позволяет рассматривать такую последовательность как итерационный оператор метода последовательных приближений. Выбор в качестве начального неизвестных функций, определяемых (уточняемых) в процессе решения отвечает идее полу-обратного метода Сен-Венана, расширяя его трактовку до итерационной.

Исключение операторов дифференцирования по координате толщины в уравнениях интегрированием включает в состав итерационного оператора операторов интегрирования соотносимых с операторами Пикара метода решения дифференциальных уравнений первого порядка, разрешенных относительно производной (также являющегося итерационным).

Последовательное применение итерационного оператора дает интегралы (форму решения для неизвестных задачи) в виде асимптотических радов по малом параметру тонкостенности. Погрешность решения оценивается степенью малого параметра (являющегося сколь угодно малой величиной) старшего члена отбрасываемой части ряда. Существование и единственности решения определяются принципом сжатых отображений (теоремой Банаха о неподвижной точке).

Полученные интегралы (итерационные приближения для функций напряженно-деформированного состояния) применяются для выполнения граничных условий задачи. В результате этого определяются основные неизвестные задачи (произволы интегрирования, к числу которых относятся функции начального приближения).

SVPB является аналитическим методом, и асимптотический подход применяется обычно также для вычленения из уравнений доступных соотношений, характеризующих составляющие решения с определенными свойствами (в частности, быстро и медленно меняющихся компонент, отвечающих за краевой эффект и основное решение). При решении рассматриваемой задачей вид решения для основных неизвестных получен путем прямых преобразований без применения асимптотических гипотез. Для первой итерации проведено сопоставление с асимптотическим решением. Решение дополнено результатами, полученными на соотношениях следующей итерации.

Работа посвящена численному моделированию процесса предварительного деформирования (раздача - увеличение внутреннего радиуса) толстостенной цилиндрической муфты из сплава с памятью формы (СПФ) постоянным давлением в процессе прямого термоупругого фазового превращения. В рамках задачи рассматривается процесс накопление, упругих, фазовых и структурных деформаций при охлаждении муфты из СПФ через интервал температур прямого мартенситного превращения.

В рамках работы был произведен процесс интеграции модели нелинейного деформирования при фазвых и структурных превращениях в конечно - элементный комплекс Simulia AbaQus посредствам процедуры создания пользовательского материала по технологии UMAT и явного определения касательной матрицы жесткости. Процесс предварительного деформирования толстостенной цилиндрической муфты из СПФ рассматривается в однократно связной термомеханической постановке, с учетом влияния действующего напряжения на величины температур фазового перехода.

В работе показано влияние учета структурного перехода в процессе прямого термоупругого фазового перехода для двух типов граничных условий. Достоверность результатов работы подтверждена валидацией разработанных программных модулей по результатам натурных испытаний элементарных образцов на базе системы Ni-Ti и верификацией по известным аналитическим решениям краевых задач механики СПФ.

Результаты представленные в работе, могут быть использованы при проектировании термомеханических соеденительных муфт из СПФ.

В статье выполнена экспериментальная проверка характеристик колебательного процесса, полученных на основе математической модели колебаний тонкостенной цилиндрической оболочки усовершенствованным методом рядом Фурье. Проведен анализ полученных данных. Описано простое и в тоже время точное решение, основанной на решении методом рядов Фурье (МРФ) применяемое при анализе колебаний цилиндрических оболочек. В качестве закрепления принято шарнирное опирание. В каждом элементе конструкции функций смещения выражена в виде суперпозиции из двойного ряда Фурье и нескольких дополнительных функций. Неизвестные параметры деформаций находятся как обобщенные координаты и определены с помощью метода Релея-Ритца. Использование метода Фурье для комплексной задачи объединенной пластины и оболочки, соединенных симметричной и ассиметричной границей может быть получено без преобразований уравнений движения или выражения перемещений.

Жесткость закрепления может оказывать существенное влияние на модальные характеристики сопряженной конструкции. В процессе работы высоты резонансов находятся на пике в местах опирания. Изменение жесткости изменяет только вибрационные характеристики пластины и не влияет на оболочку.

Полученное решение проверено сравнением теоретических результатов и экспериментальных данных. При проведении экспериментальных исследований использован бесконтактный измеритель частотных характеристик системы HSV-2000 состоит из контроллера HSV2001/2002, лазерного блока HSV-800 и прочной компактной сенсорной головки HSV-700. Лазерный блок содержит интерферометр и маломощный лазер, а так же осциллограф Rohde&Schwarz RTB2002.

Компоненты перемещения цилиндрической оболочки и круглой пластины обычно разлагаются независимо от граничных условий как суперпозиция двумерного ряда Фурье и нескольких дополнительных функций. Неизвестные коэффициенты разложения трактуются как обобщенные координаты и определяются с помощью известной процедуры Рэлея-Ритца. Граничные условия и условия связи учитываются путем применения используется реакционные составляющие шарнирного закрепления. Приемлемая точность текущих решений демонстрируется сравнением с результатами, полученными в ходе экспериментальных исследований. С помощью системы Polytec получены удовлетворительные результаты, показывающие применимость полученного метода.