Мехатроника и робототехника

В. И. Евсеев, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Аннотация: Приведены основные научные взгляды, положения и определения, связанные с местом и ролью искусственного интеллекта в современном обществе, науке и технике. Отмечено, что искусственный интеллект имеет важное значение в научно-техническом и социальном развитии современного мира. Однако бессистемное его создание и применение может привести к опасным последствиям в руках агрессивных кругов, имеющих целью доминирование и диктат своей воли другим странам и народам в процессе глобализации, а также представителей недобросовестного бизнеса, преследующего цель коммерческого успеха любыми средствами. Отмечена гуманистическая направленность деятельности и ответственность ученых, инженеров, руководителей и политиков в недопущении разрушительных последствий применения искусственного интеллекта для мирового сообщества.

Ключевые слова: естественный интеллект, искусственный интеллект, интеллектуальная информационная система, управление, поддержка принятия решения, алгоритмическое и программное обеспечение, взаимодействие человека и машины, гуманистическая направленность, робототехника, нейрон, нейронная сеть, трудноформализуемые задачи, распознавание, обучение искусственного интеллекта.

Для цитирования: Евсеев В. И. Искусственный интеллект в современном мире: надежды и опасности создания и использования // Аэрокосмическая техника и технологии. 2023. Т. 1. № 1. С. 16–34.

Эксплуатация аэрокосмической техники

В. П. Зюзликов, Б. Е. Синильщиков, В. Б. Синильщиков, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Российская Федерация
Т. О. Абдурашидов, Филиал АО «ЦЭНКИ» – «НИИ СК», Москва, Российская Федерация
А. Б. Бут, Московский авиационный институт, Москва, Российская Федерация

Аннотация: Статья носит обзорный характер и посвящена рассмотрению различных аспектов использования водоподачи в стартовых комплексах ракет космического назначения. Анализируются физические процессы, вызывающие действие тепловых, акустических и ударноволновых нагрузок на элементы стартового комплекса и ракету при старте. Описываются принципы и физические механизмы, приводящие к снижению этих нагрузок при использовании водоподачи, а также факторы, влияющие на эффективность водоподачи в отношении снижения нагрузок. Рассматриваются различные виды систем водоподачи: внутриструйные, внешнеструйные, пристеночные и генераторы завес, а также их влияние на каждый из видов нагружения. Приводятся результаты численного моделирования газокапельных течений при работе систем водоподачи. Кратко рассматриваются методы исследования эффективности таких систем.

Ключевые слова: ракета космического назначения, стартовый комплекс, водоподача, газокапельные течения, нагрузки.

Для цитирования: Зюзликов В. П., Синильщиков Б. Е., Синильщиков В. Б., Абдурашидов Т. О., Бут А. Б. Использование систем водоподачи для снижения нагрузок при старте ракет космического назначения // Аэрокосмическая техника и технологии. 2023. Т. 1. № 1. С. 35–62.

Эксплуатация аэрокосмической техники

Г. Б. Крыжевич, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Российская Федерация, Санкт-Петербургский государственный морской технический университет, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Аннотация: Цель статьи – сформулировать основные положения универсального способа построения диаграммы предельных амплитуд (ДПА) цикла по экспериментальным данным, обеспечивающего создание научно обоснованного подхода к систематизации данных о влиянии средних напряжений цикла на усталостную долговечность слоистых полимерных композиционных материалов (ПКМ) в условиях растяжения-сжатия. Установлено, что формы ДПА для слоистых ПКМ обладают большим разнообразием (по сравнению с металлами, сплавами и другими конструкционными материалами), что объясняется существенным накоплением усталостных повреждений при действии переменных напряжений не только в тех частях цикла нагружения, когда зона потенциального повреждения растягивается, но и когда она сжимается. Установлено, что для слоистых ПКМ в общем случае характерно наличие трех участков ДПА. Предложены нелинейные зависимости для аппроксимации концевых участков и линейные – для среднего участка. Предложен алгоритм выделения среднего участка диаграммы на основе создания полиномиальной модели ДПА, осуществляемый методами теории планирования эксперимента.

Ключевые слова: ресурс конструкций, усталостные испытания образцов, слоистые полимерные материалы, усталость композиционных материалов, диаграмма предельных амплитуд.

Для цитирования: Крыжевич Г. Б. Влияние средних напряжений цикла на усталостную долговечность конструкций из полимерных композиционных материалов // Аэрокосмическая техника и технологии. 2023. Т. 1. № 1. С. 63–73.

Гидравлические системы в аэрокосмической технике

С. М. Стажков, А. О. Кузьмин, В. С. Ельчинский, Д. С. Мехоношин, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Аннотация: В настоящее время создание математических моделей объектов регулирования является одной из наиболее актуальных задач. В связи с развитием вычислительной техники стало возможным достаточно точно и быстро решать дифференциальные уравнения в частных производных, а также задачи динамики. В данной работе исследовано вычисление несущей способности смазочного слоя рабочей жидкости в паре поршень – направляющая втулка аксиально-поршневой гидромашины с наклонным диском с целью ускорения вычислений для дальнейшего решения динамической модели поршневой пары. В ходе работы было выяснено, что аппроксимация уравнения не является очевидным способом ускорения расчетов, поэтому следующий шаг – использование нейронных сетей для аппроксимации функции от изменяющихся во времени параметров.

Ключевые слова: аксиально-поршневой насос, гидродинамика, машиностроение, гидравлический привод, расчет, нейронные сети.

Для цитирования: Стажков С. М., Кузьмин А. О., Ельчинский В. С., Мехоношин Д. С. Особенности расчета несущей способности смазочного слоя поршневой пары аксиальнопоршневой гидромашины с наклонным диском // Аэрокосмическая техника и технологии.

Гидравлические системы в аэрокосмической технике

А. В. Гусев, Е. А. Кожевникова, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Аннотация: Рассмотрены различные способы торможения штока гидроцилиндра в гидроприводах при опускании объекта. Разработаны математические модели в динамической постановке для гидроприводов с каждым способом торможения: за счет наличия путевого дросселя; при опускании под собственным весом; за счет изменения настроенной мощности регулируемого аксиально-поршневого насоса. Приводится сравнительный анализ способов торможения с различными видами регулирования – дроссельным и объемно-дроссельным.

Ключевые слова: гидропривод, гидроцилиндр, аксиально-поршневой регулируемый насос, тормозной клапан, путевой дроссель, математическая модель, система дифференциальных уравнений.

Для цитирования: Гусев А. В., Кожевникова Е. А. Сравнение типов торможения гидравлического привода при опускании объекта // Аэрокосмическая техника и технологии. 2023. Т. 1. № 1. С. 85–104.

Аэродинамика и теплообмен

П. А. Архипов, А. В. Колычев, В. А. Керножицкий, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Аннотация: Произведен расчет термоэмиссионного охлаждения критической точки сферического затупления в диапазоне чисел Маха полета от M = 5 до M = 20 на высоте 40 км при высокоскоростном обтекании. Установлено, что термоэмиссионное охлаждение проявляется, начиная с M = 13, после чего возможно существенное снижение температуры критической точки сферического затупления. Впервые в мире предложено и обосновано проведение диагностики нагрева при числах Маха полета ниже M = 13 за счет термоэмиссии электронов, токи которой существенно превосходят токи ионного насыщения из плазмы набегающего потока.

Ключевые слова: термоэмиссионное охлаждение, скомпенсированный режим, тепловые нагрузки, работа выхода электронов.

Для цитирования: Архипов П. А., Колычев А. В., Керножицкий В. А. Термоэмиссионное охлаждение элементов высокоскоростных летательных аппаратов с учетом ограничения пространственным зарядом // Аэрокосмическая техника и технологии. 2023. Т. 1. № 1. С. 105–116.

Аэродинамика и теплообмен

Д. Ю. Евсеев, О. К. Овчинникова, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Аннотация: Развитие энергетики приводит к росту популярности возобновляемых источников энергии, среди которых энергия ветра является одним из самых известных. Распространение ветровой энергетики требует непрерывного совершенствования подходов к проектированию ветровых колес и, следовательно, к моделированию их аэродинамических характеристик. Лопасти ветровых колес представляют собой конструкцию, образованную путем закрепления аэродинамических профилей под различными углами атаки на изогнутой образующей. КПД ветрового двигателя напрямую зависит от формы лопасти и используемых при ее проектировании аэродинамических профилей. По этой причине задача исследования аэродинамических характеристик отдельных профилей с целью выявления оптимальных углов атаки для их закрепления на образующей, а также численного моделирования обтекания лопастей нестационарными воздушными потоками с переменной скоростью, является актуальной. В данной работе представлено численное решение задач обтекания аэродинамических профилей и лопасти ветрового колеса воздушным потоком с переменной скоростью. Полученные результаты представлены в виде полей газодинамических параметров и линий тока и дают представление о характере течения воздуха в окрестности лопастей ветрового двигателя.

Ключевые слова: ветровой двигатель, аэродинамический профиль, ветроколесо, лопасть ветрового колеса, аэродинамика.

Для цитирования: Евсеев Д. Ю., Овчинникова О. К. Численное моделирование обтекания аэродинамического профиля и лопасти ветрового колеса // Аэрокосмическая техника и технологии. 2023. Т. 1. № 1. С. 117–130.

Двигательные и энергетические установки

В. М. Мальков, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Российская Федерация
А. В. Емельянова, НПП «Адвент», Санкт-Петербург, Российская Федерация

Аннотация: Рассматриваются многосопловые эжекторы, у которых вместо одного центрального сопла имеется несколько сопел, расположенных по обечайке камеры смешения, что позволяется интенсифицировать процесс смешения эжектирующего и эжектируемого потоков. Эффективность многосоплового эжектора существенно увеличена по сравнению с эжектором традиционной компоновки за счет улучшения расходных характеристик. Проведен детальный анализ влияния всех геометрических параметров рабочего канала на характеристики эжектора. Показана взаимосвязь между геометрическими параметрами канала течения многосоплового эжектора и его запускными, срывными и нагрузочными характеристиками. Даны рекомендации для выбора конструктивных решений при разработке многосоплового эжектора для различных установок.

Ключевые слова: многосопловой эжектор, система восстановления давления, степень сжатия, коэффициент эжекции, давление запуска эжектора, давление срыва, сопло, камера смешения.

Для цитирования: Мальков В. М., Емельянова А. В. Эффективный многосопловой эжектор: влияние геометрических параметров рабочего канала на его характеристики // Аэрокосмическая техника и технологии. 2023. Т. 1. № 1. С. 131–148.

Двигательные и энергетические установки

А. И. Мустейкис, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Российская Федерация
С. В. Колосенок, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Российская Федерация
А. С. Колосенок, ООО «ВТР», Санкт-Петербург, Российская Федерация

Аннотация: Рассматривается проблема диагностики жидкостных ракетных двигателей малой тяги, разрабатываемых в вузах в рамках научных исследований в области перспективной коммерческой космонавтики. Выявлена необходимость в новых методах расширенной диагностики изготовляемых прототипов, поскольку расчет малогабаритных форсуночных головок дает результаты с точностью ниже ожидаемой. Составлен обзор литературы по оптической диагностике пламен и пусков жидкостных ракетных двигателей. Проведены предварительные тесты жидкостных ракетных двигателей малой тяги (70 Н). Излучение продуктов сгорания регистрировалось видеокамерой на участке спектра, соответствующем молекулярным полосам окислов разрушаемых конструкционных материалов. Проанализирована структура изображений пламени догорания водорода в затопленной области и элементов сверхзвуковых струй. Рассмотрены варианты автоматической обработки видеокадров с помощью библиотек алгоритмов для языка программирования Python. Предлагаемый инструментарий пригоден для исследовательских испытаний жидкостных ракетных двигателей малой тяги.

Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель, исследовательские испытания, разрушение конструкции, продукты сгорания, мультиспектральная диагностика.

Для цитирования: Мустейкис А. И., Колосенок С. В., Колосенок А. С. Выбор направлений разработки программно-аппаратного комплекса для оптического обнаружения предаварийных явлений при исследовательских испытаниях водородно-кислородных ЖРД малой тяги, изготавливаемых аддитивным способом // Аэрокосмическая техника и технологии. 2023. Т. 1. № 1. С. 149–159.

Двигательные и энергетические установки

П. Г. Смирнов, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Аннотация: При рассмотрении газодинамических процессов, связанных с горением различных видов топлива в ракетных двигателях, возникает задача определения равновесного состава продуктов сгорания и их свойств, а также теплового эффекта реакции. Расчет равновесного состава смеси можно проводить методами, основанными на использовании константы равновесия, а также методами минимизации термодинамических потенциалов: энергии Гиббса (изобарный потенциал) или энергии Гельмгольца (изохорный потенциал). Расчет равновесного состава с использованием констант равновесия является очень неудобным методом, так как требует сведений о протекающих химических реакциях, которые в большинстве случаев неизвестны. Методы расчета равновесия минимизацией термодинамических потенциалов требуют только данные об исходном составе и о термодинамических свойствах веществ, которые будут входить в состав продуктов реакции. В настоящей работе рассматривается метод расчета равновесного состава продуктов сгорания методом минимизации энергии Гиббса и его программная реализация.

Ключевые слова: равновесный состав, энергия Гиббса, многокомпонентная оптимизация.

Для цитирования: Смирнов П. Г. Расчет равновесного состава продуктов сгорания топливных композиций методом минимизации термодинамического потенциала // Аэрокосмическая техника и технологии. 2023. Т. 1. № 1. С. 160–172.

Проектирование и производство летательных аппаратов

Д. В. Васильков, А. С. Александров, В. В. Голикова, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Аннотация: Предложена нелинейная динамическая модель кусочно-линейного типа в пространстве переменных состояния, в которой на основе реологического подхода рассмотрены особенности контактных взаимодействий в технологической системе при обработке резанием со стороны передней и задней поверхностей режущего инструмента. Особенностью динамики резания являются адгезионно-деформационные контактные взаимодействия в форме фаз скольжения и схватывания, чередующихся с течением времени. Каждая фаза представлена динамической характеристикой в форме апериодического звена первого порядка с реологическими характеристиками, соответствующими данной фазе. Условия перехода из одной фазы в другую определяется синергетически самой системой в форме функции переключения между фазами схватывания и скольжения при формировании и разрыве адгезионных связей в зоне резания. Для решения задачи моделирования составлена нелинейная система дифференциальных уравнений движения кусочно-линейного типа. В результате моделирования удалось получить периодические решения с выходом на предельные циклы. Предложенная динамическая модель является основой для моделирования параметров качества при механической обработке, таких как шероховатость поверхности, начальные напряжения в поверхностном слое и др.

Ключевые слова: динамическая модель, переменные состояния, реологические элементы, нелинейная система кусочно-линейного типа, скольжение, схватывание, функция переключений.

Для цитирования: Васильков Д. В., Александров А. С., Голикова В. В. Моделирование динамики контактных взаимодействий в технологической системе механической обработки с учетом реологии в зоне резания // Аэрокосмическая техника и технологии. 2023. Т. 1. № 1. С. 173–183.

Проектирование и производство летательных аппаратов

П. А. Ермоленков, Г. О. Афимьин, З. Н. Расулов, К. А. Бильдина, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Аннотация: Исследованы режимы холодного изостатического прессования для плоских образцов, изготовленных SLM-печатью. Установлена методика проведения эксперимента, исследованы механические свойства, а также микроструктура и пористость образцов. Разработана принципиальная схема лабораторного образца комплекса изостатического прессования образцов и изделий, изготовленных методами аддитивных технологий, установлен лабораторный стенд для создания барометрического давления и проведения холодного изостатического прессования.

Ключевые слова: титановые сплавы, жаропрочные сплавы, изделия 3D-печати, изостатическое прессование, аддитивные технологии, микроструктура, пористость

Для цитирования: Ермоленков П. А., Афимьин Г. О., Расулов З. Н., Бильдина К. А. Разработка аппаратного комплекса изостатического прессования // Аэрокосмическая техника и технологии. 2023. Т. 1. № 1. С. 184–195.