Актуальные проблемы ракетно-космической техники. Сборник материалов конференции. Том 2 - Кирилин А.Н., Ахметов Р.Н., Ткаченко С.И., Аншаков Г.П.

Автор: Кирилин А.Н. Ахметов Р.Н. Ткаченко С.И. Аншаков Г.П.

Теги: авиация и космонавтика летательные аппараты ракетная техника космическая техника астрономия космонавтика сборник материалов материалы конференции

ISBN: 978-5-93424-743-1

Год: 2015

Похожие

Развитие отечественной ракетно-космической науки и техники. Том 3. История развития отечественных автоматических космических аппаратов

Развитие отечественной ракетно-космической науки и техники. Том 1. История развития отечественного ракетостроения

От «Спутника» до «Глонасса»

Развитие отечественной ракетно-космической науки и техники. Том 5. История развития отечественных ракетно-космических двигательных установок

Текст

IV Всероссийская научно-техническая конференция
«Актуальные проблемы ракетно-космической техники»
(IV Козловские чтения)
СБОРНИК
МАТЕРИАЛОВ КОНФЕРЕНЦИИ
ТОМ II
АО «РКЦ «Прогресс», Самара, Россия
14 -18 сентября 2015 г.
IV Всероссийская научно-техническая конференция
«Актуальные проблемы ракетно-космической техники»
(IV Козловские чтения)
СБОРНИК
МАТЕРИАЛОВ КОНФЕРЕНЦИИ
Том 2
АО «РКЦ «Прогресс», Самара, Россия
14-18 сентября 2015 г.
УДК 629.7
Под общей редакцией
доктора технических наук, профессора
А.Н. Кирилина
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
А.Н. Кирилин, Р.Н. Ахметов, С.И. Ткаченко, Т.П. Аншаков,
Н.Р. Стратилатов, А.Д. Сторож, А.И. Мантуров,
А.В. Соллогуб, Ю.Н. Горелов, В.В. Салмин
Рецензент: д.т.н., профессор Ю.Н. Лазарев
Материалы IV Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы
ракетно-космической техники» (IV Козловские чтения) (14-18 сентября 2015 года,
г.Самара); под общ. ред. А.Н. Кирилина/СамНЦ РАН - Самара, 2015.-
стр.
УДК 629.7
ISBN 978-5-93424-743-1
© СамНЦ, Самара, 2015
© Коллектив авторов, 2015
СОДЕРЖАНИЕ
СЕКЦИЯ 4: ДВИГАТЕЛИ. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ
ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КА. МЕХАНИЗМЫ СПЕЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМ
ОТРАБОТКА КОНТУРНЫХ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ ДЛЯ СОТР МКА 17
«АИСТ-2»
В.В. Соболев, А.А. Великанов (ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша», г. Москва),
В.А. Николаев (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
УЧЁТ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ЖИДКИХ 21
УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГОРЮЧИХ И ОХЛАДИТЕЛЯХ ПРИ
ПРОЕКТИРОВАНИИ И СОЗДАНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЖРД
МНОГОРАЗОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
В.А. Алтунин, К.В. Алтунин (КАИ им. А.Н. Туполева, г. Казань),
В.П. Демиденко (МВАА, г. Санкт-Петербург), Е.Н. Платонов,
Л.А.Обухова, А.А. Терентьев, С.Я. Коханова (КАИ им. А.Н. Туполева,
г. Казань), М.Л. Яновская (ЦИАМ им. П.И. Баранова, г. Москва)
ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ 24
КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С РЕЗКО ПЕРЕМЕННОЙ
ЦИКЛОГРАММОЙ НАГРУЗКИ
М.М. Черная, Ю.А. Шиняков, А.В. Осипов (ТУСУР, г. Томск)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ 27
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ ПОВЫШЕННОЙ
ТЕПЛОВОЙ ПРОВОДИМОСТИ
В.В. Бирюк (СГАУ им. академика С.П. Королева, г. Самара), А.И. Китаев
(АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара), А.Л. Лукс, А.Г. Матвеев (СамГУ,
г. Самара), А.В. Порядин (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
АЛГОРИТМ ВЫЧИСЛЕНИЯ КОМПЛЕКСА ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ 36
ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ПЕРА ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА ГТД
В.А. Печенин, И.С. Степаненко, Н.В. Рузанов, М.А. Болотов
(СГАУ им. академика С.П. Королева, г. Самара)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ НАПЫЛЕНИЯ 40
ПЛАЗМЕННЫХ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ В
ПРОИЗВОДСТВЕ ДВИГАТЕЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
В.И. Богданович, МГ. Гиорбелидзе (СГАУ им. академика С.П. Королева,
г. Самара)
СИСТЕМНО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 43
ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДВИГАТЕЛЬНОЙ
УСТАНОВКИ
Н.Р. Горюнова, А.А. Горюнов (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
3
ПРАВИЛА ОТБОРА ПРУЖИН ПРОЦЕССА СБОРКИ КЛАПАНОВ В 46
ИЗДЕЛИИ
Е.В. Белое (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ПОСТРОЕНИЕ ПРОЦЕССА СБОРКИ ПРИ УСЛОВИИ ДИНАМИКИ 51
ДРЕНАЖНО-ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА
И.К. Рыльцев (СамГТУ, г. Самара), Е.В. Белов (АО «РКЦ «Прогресс»,
г. Самара)
СЕКЦИЯ 5. НАПРАВЛЕНИЕ 1: ИСПЫТАНИЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ
ТЕХНИКИ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ, 61
ВОЗНИКАЮЩИХ В ПРОМЕЖУТКАХ ВРЕМЕНИ МЕЖДУ
ИСПЫТАНИЯМИ СИСТЕМ ИЗ СОСТАВА ИЗДЕЛИЙ РКТ, В
ПРОЦЕССЕ ИХ ПОДГОТОВКИ К ПУСКУ
Д.Ю. Шайкина (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
КОНТРОЛЬ СТАБИЛЬНОСТИ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ 66
ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ С ПОМОЩЬЮ ЛАЗЕРНОЙ
ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
А.С. Нонин, А.С. Ткаченко, Д.Н. Вобликов (АО «РКЦ «Прогресс»,
г. Самара), Н.А. Сазонникова. (СГАУ им. академика С.П. Королева,
г. Самара)
ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ПОДГОТОВКИ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ НА 69
ОСНОВЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОБНАРУЖЕНИЯ ОТКАЗОВ И
НЕИСПРАВНОСТЕЙ
И.В. Муштакова (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ПРИМЕНЕНИЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ 74
ПРОВЕДЕНИИ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ РАКЕТНО-
КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
Д.Н. Гребнев, В.К. Дуплихин, Я.А. Зуперман, А.И. Аистов, В.Е. Кукушкин
(АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО АНАЛИЗА 77
ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
С.В. Бочков (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
АДАПТИВНЫЕ МЕТОДЫ ДЕШИФРОВКИ ТМИ 78
Д.Ю. Чайка (Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - ОКБ «Спектр», г. Рязань)
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОПРОВОЖДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ 81
ИЗДЕЛИЙ РКТ
Д.Ю. Чайка (Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - ОКБ «Спектр», г. Рязань)
4
СЕКЦИЯ 5. НАПРАВЛЕНИЕ 2: ЭКСПЛУАТАЦИЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ
ТЕХНИКИ
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ 87
ЭКСПЛУАТАЦИИ РАКЕТНОЙ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ
ТЕХНИКИ
С.А. Лысенко (ФГУП «ЦНИИмаш», г. Королев М.о.)
ОЦЕНКА РЕАЛИЗУЕМОСТИ ОПЕРАТОРОМ РОССИЙСКИХ 90
КОСМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЗЗ ЗАЯВОК НА КОСМИЧЕСКУЮ
СЪЕМКУ
А.Л. Федотов, Д.И. Бубненков, Л.А. Гршианцева, А.А. Емельянов, КС.
Емельянов, А.Л. Федотов («НЦ ОМЗ» ОАО «Российские космические
системы», г. Москва)
ТРАНСПОРТНО-ПУСКОВОЙ КОНТЕЙНЕР ДЛЯ НАНОСПУТНИКОВ 93
ТИПОРАЗМЕРА 3U, 3U+
Д.С. Зарецкий, А.А. Кирсанов, Е.В. Космодемьянский, А.М. Романов,
М.Е. Сивов, М.Г. Трусов, В.В. Юдинцев (АО «РКЦ «Прогресс»,
г. Самара)
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ НАЗЕМНОЙ 96
КОСМИЧЕСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ КОСМОДРОМА
«ВОСТОЧНЫЙ»
С.С. Пастухова, А.М. Гераськин, Ф.Ф. Деду с (ФГУП «ЦНИИмаш»,
г. Королев М.о.)
СИСТЕМА МОНИТОРИНГА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ 99
РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ В ОКП НА ОРБИТАХ
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ РАЗРАБОТКИ АО «РКЦ
«ПРОГРЕСС»
Е.А. Буренина, А.С. Дементьев, А.М. Привалова, Е.В. Чурилин
(АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
СЕКЦИЯ 6: МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ, УПРАВЛЕНИЯ
И ОПТИМИЗАЦИИ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА БОКЗ СИСТЕМЫ 102
АСТРООРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НА ОСНОВЕ
РЕШЕНИЯ СВЯЗАННОЙ ТЕРМОУПРУГОЙ ЗАДАЧИ
С.В. Цаплин, С.А. Колычев (СамГУ, г. Самара)
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ 113
МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОТЛАДКИ СИСТЕМ ОРИЕНТАЦИИ
КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
А.В. Лебедев (ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ», г. Москва)
5
РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ВЫБОРА 115
ОПТИМАЛЬНЫХ ПРОЕКТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ
ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА КОСМИЧЕСКОГО
АППАРАТА
В.В. Купцов (СГАУ им. академика С.П. Королева, г. Самара)
РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ВЫБОРА 118
ОПТИМАЛЬНЫХ ПРОЕКТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЭНЕРГОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
А. В. Письмаров (СГАУ им. академика С.П. Королева, г. Самара)
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОЛЕБАНИЯ ТОПЛИВА В 121
ИЗМЕРИТЕЛЬНОМ КАНАЛЕ СУРТ
Н.П. Клюев (СамГУ, Самара), Ю.А. Крюков (АО «РКЦ «Прогресс»,
г. Самара)
РАЗЛИЧНЫЕ РЕЖИМЫ ЦИКЛИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ 124
КОНСТРУКЦИЙ: КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ДВУХОСНОГО
НАГРУЖЕНИЯ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОЙ ПЛАСТИНЫ С ВЫРЕЗОМ
В.А. Туркова (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ЗАДАЧА ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОЙ КОНФИГУРАЦИИ БОРТОВЫХ 126
СРЕДСТВ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
А.Ю. Кулаков (ФГУП «КБ «Арсенал», г. Санкт-Петербург)
ТЕЧЕНИЕ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ В ТОНКОМ СЛОЕ НА 129
ПОЛУПЛОСКОСТИ
Н.И. Клюев (СамГУ, Самара), Е.И. Бакулин (АО «РКЦ «Прогресс»,
г. Самара)
РАСЧЕТ ДОЛГОВЕЧНОСТИ СИЛЬФОНА ПО КРИТЕРИЯМ 132
МАЛОЦИКЛОВОЙ ПРОЧНОСТИ
А.И. Аистов, Ю.В. Скворцов, С.А. Чернякин, С.В. Глушков (СГАУ им.
академика С.П. Королева, г. Самара)
ПРИВЕДЕНИЕ ОРБИТЫ К ПЛОСКОСТИ ПРИ ДВИЖЕНИИ 134
КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С ЭЛЕКТРОРАКЕТНЫМИ
ДВИГАТЕЛЯМИ ВБЛИЗИ АСТЕРОИДА
А.Ю. Шорников, М.К. Файн, Р.М. Хабибуллин (СГАУ им. академика
С.П. Королева, г. Самара)
УПРАВЛЕНИЕ ПЛОСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ ОРБИТЫ 142
ГЕОСТАЦИОНАРНОГО СПУТНИКА С ПОМОЩЬЮ ДВИГАТЕЛЯ
МАЛОЙ ТЯГИ
В.В. Салмин, А.С. Четвериков (СГАУ им. академика С.П. Королева,
г. Самара)
6
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНТРОЛЯ НАД ЗАДАННОЙ ТОЧНОСТЬЮ 145
ИЗДЕЛИЙ КОСМИЧЕСКОГО КОМЛЕКСА НА ЭТАПЕ РАЗРАБОТКИ
КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
В.Д. Еленев (СГАУ им. академика С.П. Королева, г. Самара),
Ю.П. Шупляк (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
ОСОБЕННОСТИ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ 156
КОНСТРУКТОРСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА В ЕДИНОМ
ИНФОРМАЦИОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ПРЕДПРИЯТИЯ
И.В. Никашина, Е.В. Головненко, С.М. Микушкина, А.Н. Филатов
(АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДВУХЗАХОДНОЙ 160
КОНИЧЕСКОЙ ЛОГОСПИРАЛЬНОЙ АНТЕННЫ НА ОСНОВЕ
ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Д.П. Табаков (ПГУТИ, г. Самара), С.Б. Филиппов, А.С. Мальцев
(АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
КОМПЛЕКС МЕТОДИК И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 168
ВЕРОЯТНОСТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СУРТ И РКС РАКЕТ-
НОСИТЕЛЕЙ
Л.Н. Бельский, Т.Н. Ложкина, Г.П. Лосев, Е.Н. Маханек, П.Л. Селезнев,
С.В. Слепцова, С.Н. Цуканова, В.А. Якимов (ОАО «НПОА им. академика
НА. Семихатова», г. Екатеринбург)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ РАЗВЁРТЫВАНИЕМ 172
ОРБИТАЛЬНОЙ ТРОСОВОЙ СИСТЕМЫ С ОГРАНИЧЕНИЯМИ НА
СКОРОСТЬ ВЫПУСКА ТРОСА
С.А. Ишков, Г.А. Филиппов, Сюй Сяое (СГАУ им. академика
С.П. Королева, г. Самара)
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ В 181
ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СЛЕДЯЩИХ СИСТЕМАХ
В.В. Бирюк (СГАУ им. академика С.П. Королева, г. Самара),
В.М. Бронштейн, А.С. Алчина, М.Ю. Шатилова, С.Ф. Ильмурзина
(АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ КОНСТРУКТИВНЫХ 185
ПАРАМЕТРОВ ОБЛЕГЧЕННОГО ЗЕРКАЛА НА ЕГО МАССУ И
СОХРАННОСТЬ ФОРМЫ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ В ПОЛЕ СИЛ
ТЯЖЕСТИ
С.А. Архипов, М.А. Сальникова, С.А. Морозов (ПАО «Красногорский
завод им. С.А. Зверева», г. Красногорск)
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ 192
СЕТЕЙ
В.В. Бирюк (СГАУ им. академика С.П. Королева, г. Самара),
В.М. Бронштейн (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара), А.Н. Коптев
(СГ4 У им. академика С.П. Королева, г. Самара), НА. Надеев,
В.Р. Рахмеева (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ АСИМПТОТИЧЕСКОГО 199
РАЗЛОЖЕНИЯ М. УИЛЬЯМСА ПОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ В
ОКРЕСТНОСТИ ВЕРШИН ДВУХ КОЛЛИНЕАРНЫХ ТРЕЩИН ПРИ
ОДНООСНОМ СИММЕТРИЧНОМ РАСТЯЖЕНИИ ПЛАСТИНЫ
77. С. Росляков (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
АНАЛИТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ЗАКОНА УПРАВЛЕНИЯ 208
КОСМИЧЕСКИМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ
Б.К. Чостковский (СамГТУ, г. Самара), В. Ю. Денисов
(АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
АЛГОРИТМ ДИНАМИЧЕСКИ ПЕРЕСТРАИВАЕМОЙ СЕТКИ В 213
ЗАДАЧЕ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ОБТЕКАНИЯ БОКОВЫХ
БЛОКОВ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ «СОЮЗ» В ПРОЦЕССЕ ИХ
РАЗДЕЛЕНИЯ
А.А. Костарев (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
СЕКЦИЯ 7: ИНФОРМАТИКА И ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ
СИСТЕМЫ. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
О ВОЗМОЖНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ОБЛАЧНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ ДЛЯ 216
МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ НА АЭРОКОСМИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
Д.Л. Головашкин (ИСОИ РАН, г. Самара)
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ ИНФОРМАЦИИ 221
ПРИ УПРАВЛЕНИИ РИСКАМИ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ:
МЕТОДОЛОГИЯ И РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСНОГО ПОДХОДА
О.П. Скоробогатов, А.В. Василевский, Н.С. Кулиш, А.Н. Баутов
(ФГУП «ЦНИИмаш», г. Королев М.о.)
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ 223
ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НПОА НА ПРИМЕРЕ
КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ ПРОВЕРОК АППАРАТУРЫ СУ
Д.О. Пехотин, М.А. Горшков, НВ. Соловьева (ОАО «НПОА
им. академика НА. Семихатова», г. Екатеринбург)
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДАННЫМИ ИНЖЕНЕРНОГО АНАЛИЗА И 226
ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Д.В. Авдеев (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
НЕОБХОДИМОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ НОВОГО ПОДХОДА К ВЫПУСКУ 232
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ГС. Канчер, О.В. Космодемьянская (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
8
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ И ВЫПУСКА 236
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
А.Н. Филатов, С.М. Микушкина, О.В. Космодемьянская, Г.С. Канчер
(АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ МЕТОДОМ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ 240
ХАОТИЧЕСКИХ АВТОКОЛЕБАНИЙ
В.В. Зайцев, А.Н. Шилин (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МУЛЬТИАГЕНТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В 243
УПРАВЛЕНИИ КАЧЕСТВОМ
М.Н. Скобленков (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ОБНАРУЖЕНИЕ СИГНАЛОВ ПЕРВИЧНЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ НА 247
ЧАСТОТАХ ОВЧ ЧМ РАДИОВЕЩАНИЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ
КОГНИТИВНОГО РАДИО
Е.Д. Струфелев (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара), С.Н. Елисеев
(ПГУТИ, г. Самара)
СЕКЦИЯ 8. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ
В АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РЕЗКА ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБОК 253
В.А. Исаченко, Е.А. Митрюшин, Б.П. Саушкин (ФГУП «НПО
«Техномаш», г. Москва)
БАЛАНСИРОВКА РОТОРОВ ГИРОСКОПОВ С ЛАЗЕРНОЙ 258
КОРРЕКТИРОВКОЙ МАСС
В.С. Кузнецов, А.М. Камалдинов (ФГУП «НПО «Техномаш», г. Москва)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ 261
КОНТРОЛЯ МОМЕНТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИНАМИЧЕСКИ
НАСТРАИВАЕМЫХ ГИРОСКОПОВ
Е.Э. Чурюмова, А.М. Камалдинов (ФГУП «НПО «Техномаш», г. Москва)
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ 263
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ
СОСТАВНЫХ ШПАНГОУТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Р.В. Машко, В.И. Кулик (ФГУП «НПО «Техномаш», г. Москва)
РАСЧЕТ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПИЛОТИРУЕМОГО 270
ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С ПИТАНИЕМ ОТ СОЛНЕЧНОЙ
ЭНЕРГИИ
И.Н. Васимова (АО «НПП «Квант», г. Москва)
ПРИМЕНЕНИЕ И ВОЗМОЖНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ С ПЕРЕМЕННЫМИ 273
ХАРАКТЕРИСТИКАМИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МЕТОДАХ ОБРАБОТКИ
Н.В. Боброва, С. В. Сухоруков (ВМЗ - филиал ФГУП «ГКНПЦ им.
М.В. Хруничева», г. Воронеж)
9
ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ 279
ТЕХНИКИ В СОСТАВЕ ЭНЕРГОПРЕОБРАЗУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ
СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
КГ. Гордеев, К.В. Тараканов, В.В. Лейман В.О. Нагорный (АО «НПЦ
«Полюс», г. Томск)
ВЫРАВНИВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ АККУМУЛЯТОРОВ ЛИТИЙ- 281
ИОННОЙ БАТАРЕИ МЕТОДОМ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ДОЗАРЯДА
М.М. Хандорин, В.Г. Букреев (АО «НПЦ «Полюс», г. Томск)
СХЕМОТЕХНИКА ЗАРЯДНЫХ УСТРОЙСТВ 284
ЭНЕРГОПРЕОБРАЗУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ ПРОИЗВОДСТВА АО
«НПЦ «ПОЛЮС»
В.И. Апасов (АО «НПЦ «Полюс», г. Томск)
ШТАМП ДЛЯ ГИБКИ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА 287
А.О. Кузин (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ 290
МЕХАНООБРАБОТКОЙ НА ОСНОВЕ МОДЕЛЕЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ
А.А. Степанов (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ РАЗРАБОТКА ПОСТПРОЦЕССОРОВ ДЛЯ 298
МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ
А. А. Степанов (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ 304
ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ТРЕХСЛОЙНЫХ
КОНСТРУКЦИЯХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
О.Б. Кудрявцев, А.М. Булаев (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
НАНЕСЕНИЕ ЗАЩИТНОГО ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ НА 308
ПЕЧАТНЫЕ УЗЛЫ
В.Ю. Маликов, В.Г. Небога (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ УСТРОЙСТВА СБОРА ДАННЫХ 311
О ПАРАМЕТРАХ ДВИЖЕНИЯ МИКРОМЕТЕОРОИДНЫХ ТЕЛ
Е.А. Щелоков, А.В. Рузанов (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
РАЗРАБОТКА ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ И 316
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ОСНАСТКИ ДЛЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
ПОЛУСФЕР, ВХОДЯЩИХ В КОНСТРУКЦИЮ ВЫСОКОПРОЧНЫХ
ШАРОБАЛЛОНОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (330 КГ/СМ2), ИЗ
ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
И.Т. Коптев, С.С. Юхневич, Л.Д. Гладкова, Ю.Д. Золотухин,
Г. А. Сиделева (ВМЗ - филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева»,
г. Воронеж)
10
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНОГО 323
ПЕРЕМЕЩЕНИЯ С ЗАКРЫТЫМ ОПТИЧЕСКИМ КАНАЛОМ
Г. И. Леонович (СамГУ, г. Самара), Н.В. Рясной, С. В. Некое,
Н.А. Лиеочкина (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ТЕСТОПРИГОДНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ 328
ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ РАКЕТНО-
КОСМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
В.М. Гречишников, А.А. Курицкий, И.Ю. Мануйлов, А.Д. Бутько (СГАУ
им. академика С.П. Королева, г. Самара)
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАЗРАБОТКИ КД И 3D МОДЕЛЕЙ МОНТАЖА 332
БКС И КАБЕЛЕЙ В СРЕДЕ ELEMENTS/PRO «CABLING» НА
ИЗДЕЛИЯХ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
О.Б. Кудрявцев (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ВЫЯВЛЕНИЕ НИЗКОПЛАВКИХ СОСТАВОВ В РЯДУ 335
ЦИКЛОДОДЕКАН - Н-АЛКАН С ЦЕЛЬЮ СОЗДАНИЯ НОВЫХ
ТЕПЛО АККУМУЛИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ РКТ
Е.П. Петров, Н.А. Журавлев (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СБОРКИ УЗЛОВ С 338
КОНСТРУКЦИЯМИ ИЗ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Р.В. Абдуллов (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара), И.К. Рыльцев (СамГТУ,
г. Самара)
ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА ЭРИ С 340
ПРИМЕНЕНИЕМ КАПЛЕСТРУЙНОГО ПРИНТЕРА MY-500 И
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УСТАНОВЩИКА ATOZ-PP050
А.В. Иванов, А.С. Пахомов (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ 349
ТИПА «КЕРМЕТ»
С.С. Юхневич, ГА. Сухочев, Д.В. Силаев (ВМЗ-филиал ФГУП «ГКНПЦ
им. М.В. Хруничева», г. Воронеж)
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КОМБИНИРОВАННОЙ 352
ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ
НЕПРОФИЛИРОВАННЫМ ЭЛЕКТРОДОМ-ЩЕТКОЙ
А.Ю. Рязанцев, О.Н. Кириллов (ВМЗ - филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В.
Хруничева», г. Воронеж)
РАЗРАБОТКА НОВОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПАЙКИ 355
КРУПНОГАБАРИТНОГО СОПЛА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ
РД191 С ПОДГОТОВКОЙ ПОВЕРХНОСТИ БЕЗ ПЕСКОСТРУЙНОЙ
ОБРАБОТКИ И НИКЕЛИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ
СЛОЖНОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 06Х16Н5МВФ
А.С. Грибанов, О.Г. Кудашов, Г.И. Козырева, В.А. Мячина,
С.Н. Подгорное (ВМЗ - филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева»,
г. Воронеж)
11
СЕКЦИЯ 9: МАЛЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ: ПРОЕКТЫ,
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
НАУЧНАЯ АППАРАТУРА ДЧ-01 362
М.П. Канаев, Д.М. Рязанов, Н.Д. Сёмкин (СГА У им. академика
С.П. Королева, г. Самара)
РАЗВИТИЕ НАЗЕМНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ 365
МАЛЫМИ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ
Р.Н. Ахметов, Р.Р. Халилов, В.С. Якунин, Д.Е. Готин (АО «РКЦ
«Прогресс», г. Самара)
МОНОСТАТИЧЕСКИЙ РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС 369
Р-ДИАПАЗОНА ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНОГО КА
О.В. Горячкин (ПГУТИ, г. Самара), Б.Г. Женгуров, И.В. Маслов (АО «РКЦ
«Прогресс», г. Самара)
МАЛЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ 376
МИКРОМЕТЕОРИДОВ И ЧАСТИЦ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА
Н.Д. Семкин, А.М. Телегин (СГА У им. академика С.П. Королева,
г. Самара)
МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ НАВИГАЦИОННО-БАЛЛИСТИЧЕСКОГО 378
ОБЕСПЕЧЕНИЯ МАЛОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА «МАЯК»
А.А. Недогарок, А.Ю. Шаенко, Р.Э. Аюпов, И.А. Просвирина (НУК СМ
МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва)
БОРТОВОЙ АЛГОРИТМ ДЛЯ СИСТЕМЫ ОРИЕНТАЦИИ И 381
СТАБИЛИЗАЦИИ НАНОСПУТНИКА 8АМ8АТ-218Д
А.В. Крамлих (СГАУ им. академика С.П. Королева, г. Самара),
М.Е. Мельник (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ПАРИРОВАНИЯ СБОЕВ И 390
ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА
УПРАВЛЯЮЩЕГО БОРТОВОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЯ СУ МКА
Н.В. Соловьева, А.Б. Уманский, А.В. Леонтьев, А.В. Есиповский
(ОАО «НПОА им. академика Н.А. Семихатова» г. Екатеринбург)
РАЗРАБОТКА ОПЫТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МАЛОГО 394
КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА «АИСТ-2Д»
Р.Н. Ахметов, Н.Р. Стратилатов, В.И. Абрашкин, А.В. Никитин
(АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ВЫБОР ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ АЭРОДИНАМИЧЕСКИ 396
СТАБИЛИЗИРОВАННОГО НАНОСПУТНИКА
И.В. Белоконов, И.А. Тимбай (СГАУ им. академика С.П. Королева,
г. Самара)
12
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ПРОГРАММЫ ОТДЕЛЕНИЯ ГРУППИРОВКИ 406
НАНОСПУТНИКОВ ПРИ КЛАСТЕРНОМ ЗАПУСКЕ ИЗ
ПЕРЕХОДНОГО ОТСЕКА ОРБИТАЛЬНОЙ СТУПЕНИ PH «СОЮЗ»
М.С. Щербаков, Д.П. Аваряскин (СГАУ им. академика С.П. Королева,
г. Самара)
ПОВЫШЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СИМПЛЕКСНЫХ 411
ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ РАДИОЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
С МАЛЫХ НИЗКООРБИТАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА
ЗЕМНЫЕ СТАНЦИИ
А.П. Кирпичева, В.М. Колосов (ЗАО «Меркурий», г. Москва)
МАГНИТО-ИМПУЛЬСНОЕ УСТРОЙСТВО ОТДЕЛЕНИЯ 413
НАНОСПУТНИКОВ: АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ
РЕШЕНИЙ
З.И. Гимранов, О.В. Филонин (СГАУ им. академика С.П. Королева,
г. Самара)
СЕКЦИЯ 10: ВОПРОСЫ ЭКОНОМИКИ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ.
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ ДЛЯ
АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ
ФОРМИРОВАНИЕ БЮДЖЕТА РАСХОДОВ И ДОХОДОВ В УСЛОВИЯХ 418
КОНКУРЕНТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ ПРЕДПРИЯТИЯМИ
ПО ПРОИЗВОДСТВУ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
С.А. Кирилина, ГМ. Гришанов (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ОЦЕНКА ФИНАНСОВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ ПО 423
ПРОИЗВОДСТВУ РКТ
С.А. Кирилина (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ФИНАНСОВЫЕ РЕСУРСЫ ПРЕДПРИЯТИЙ РАКЕТНО- 427
КОСМИЧЕСКИЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ
ОРГАНИЗАЦИОННО-ПРАВОВОЙ ФОРМЫ
И.В. Зиновьева (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
МОДЕЛИ МОТИВАЦИИ И СТИМУЛИРОВАНИЯ РАБОТНИКОВ 435
ПРЕДПРИЯТИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ РКТ
Д.А. Щелоков (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ОРГАНИЗАЦИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ 437
СИСТЕМЕ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ВЫПУСКЕ ПРОДУКЦИИ РКТ
КА. Пекина (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫВЕДЕНИЯ СВЕРХЛЕГКОГО 441
КЛАССА
Е.В. Кирилина (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
13
ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ КАПИТАЛ КАК ОСНОВНОЙ ФАКТОР 444
ПРОИЗВОДСТВА В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ
Н.И. Верховых, М.Ю. Давыдова (ОАО «НПО А им. академика НА.
Семихатова», г.Екатеринбург)
ПСИХОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА СПЕЦИАЛИСТОВ ПО 447
ОРГАНИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЮ ПЕРЕВОЗКАМИ НА ТРАНСПОРТЕ
Ю.В. Гатен (СГАУ им. академика С.П. Королева, г. Самара)
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО 449
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ (ПОВЫШЕНИЯ
КВАЛИФИКАЦИИ) ПО ТЕМЕ: «ТЕСТОПРИГОДНОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ДИАГНОСТИКА
ВЫСОКОИНТЕГРИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ»
В.М. Гречишников, А.А. Курицкий, А.Д. Бутько (СГАУ им. академика
С.П. Королева, г. Самара)
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ ПРЕДПРИЯТИЕМ ПО ПРОИЗВОДСТВУ 452
РКТ И РАБОТНИКАМИ НА РЫНКЕ ТРУДА
Д.А. Щелоков (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ 454
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В
УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕННОГО ФИНАНСИРОВАНИЯ (НА ПРИМЕРЕ
КОСМИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ «КОНУС А» И «НУКЛОН»)
П.А. Карасев, А.С. Карасев, Е.Ю. Морозова (ФГУП «КБ «Арсенал»,
г. Санкт-Петербург)
СЕКЦИЯ 11: ИСТОРИЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ И
КОСМОНАВТИКИ
ПОДГОТОВКА К ЛЕТНЫМ ИСПЫТАНИЯМ РАКЕТЫ Р-5 В 1952 ГОДУ 464
77.77. Вершинина (ФГУП «ЦНИИмаш», г. Королёв М.о.)
ИСТОРИЯ ЧЕРЕЗ ЛИЧНОСТЬ: ПРОБЛЕМЫ РЕКОНСТРУКЦИИ 465
БИОГРАФИИ ЛИДЕРОВ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
СССР
В.Н. Парамонов (СамГУ, г. Самара)
ЖИЗНЬ И ТВОРЧЕСТВО ПИОНЕРА КОСМОНАВТИКИ А.А. 475
ШТЕРНФЕЛЬДА (К 110-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ)
С.Г. Морозова (Политехнический музей, г. Москва)
ОБЗОР ФОНДОВ ФИЛИАЛА РГАНТД ПО ИСТОРИИ СОЗДАНИЯ И 479
РАЗВИТИЯ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ КОСМОНАВТИКИ ЗА 1928-1996 ГГ.
Л.Е. Антонова (Филиал РГАНТД, г. Самара)
ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКИЙ САМОЛЕТ - ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ 485
КОСМОНАВТОВ 1-ГО НАБОРА
В.В. Лебедев (СПбФ ИИЕТ им. С.И. Вавилова РАН, г. Санкт-Петербург)
14
«КОЗЛОВУ Д.И. ПРЕДОСТАВЛЯЕТСЯ ПРАВО ОКОНЧАТЕЛЬНОГО 489
РЕШЕНИЯ ВОПРОСОВ...»: О ПОЛНОМОЧИЯХ РУКОВОДИТЕЛЯ
ФИЛИАЛА № 3 ОКБ-1 В 1960-1961 ГГ.
С.В. Семенов (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
ПЕРВЫЕ ЛАУРЕАТЫ ЛЕНИНСКОЙ ПРЕМИИ ЗА РАЗРАБОТКУ 492
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
В.И. Ивкин (BA РВСН им. Петра Великого, г. Москва)
К 55-ЛЕТИЮ НАЧАЛА ЗАПУСКОВ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ 8К78 497
«МОЛНИЯ»: САМАРСКИЕ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛИ В ПРОГРАММАХ
ИССЛЕДОВАНИЙ ЛУНЫ, ВЕНЕРЫ И МАРСА
Н. В. Богданова (СГА У им. академика С.П. Королева, г. Самара)
Н.Н. ПОЛИКАРПОВ И РАКЕТНАЯ ТЕХНИКА СССР В ГОДЫ 500
ВЕЛИКОЙ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ВОЙНЫ
В.П. Иванов ( СПИИРАН, г. Санкт-Петербург)
АРТЕМЬЕВ ВЛАДИМИР АНДРЕЕВИЧ: У ИСТОКОВ СОВЕТСКОГО 505
РАКЕТОСТРОЕНИЯ
Р.П. Парамонова (СГ.А У им. академика С.П. Королева, г. Самара)
ИЗ ИСТОРИИ СОЗДАНИЯ ПЕРВОГО ОТЕЧЕСТВЕННОГО КА ДЗЗ 508
«ЯНТАРБ-2К» С БАЗОВОЙ ЦИФРОВОЙ СУД И НЕКОТОРЫЕ
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЕЕ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ
Ю.В. Белов (СГАУ им. академика С.П. Королева, г. Самара) Т.А.
Тимонина (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
АЭРОСТАТНЫЙ КОМПЛЕКС ПРОЕКТА АМС «ВЕГА» В ФОНДАХ 515
ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО МУЗЕЯ
В. Г Иванов (Политехнический музей, г. Москва)
КРАТКИЙ ОБЗОР НАУЧНОГО НАСЛЕДИЯ УЧЕНЫХ САМГТУ С 517
УЧЕТОМ ЕГО ВАЖНОСТИ ДЛЯ РАЗВИТИЯ РАКЕТНО-
КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
А.А. Барсова (СамГТУ, г. Самара)
КОСМИЧЕСКАЯ БЕЗЫМЯНКА: ОТ ЗАВОДА № 24 ДО ОАО 521
«КУЗНЕЦОВ»
Н.Н. Аладьева (ОАО «КУЗНЕЦОВ», г. Самара)
МКС - ИСТОРИЯ В ПОЛЕТАХ КОСМИЧЕСКИХ КОРАБЛЕЙ. ПРАВДА, 523
ВЫМЫСЛЫ, ФАКТЫ
ГЕ. Фомин (почетный работник АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
525
15
IV Всероссийская научно-техническая конференция
«Актуальные проблемы ракетно-космической техники»
(IV Козловские чтения)
Секция 4: Двигатели. Энергетические установки и
системы терморегулирования КА.
Механизмы специальных систем
16
УДК 536.2
ОТРАБОТКА КОНТУРНЫХ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ ДЛЯ СОТР МКА «АИСТ-2»
©2015 В.В. Соболев1, А.А. Великанов1, В.А. Николаев2
'Государственный научный центр Российской Федерации — федеральное
государственное унитарное предприятие «Исследовательский центр
имени М.В. Келдыша» (ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша»), г. Москва
2АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Приведены результаты отработки контурных тепловых труб для термостабилизации корпуса малого
космического аппарата. Проведена доработка конструкции КТТ для повышения надежности и теплофизиче-
ских характеристик. Отработаны методики финишной промывки натурным теплоносителем, дозированной
заправки аммиаком особой чистоты и герметизации методом лазерной сварки. Эффективность проведенных
работ подтверждена экспериментально.
Ключевые слова: система терморегулирования КА, контурная тепловая труба, тепловые испыта-
ния, контроль качества, энергодисперсионный микроанализ
Контурные тепловые трубы (КТТ) -
высокоэффективные теплопередающие
устройства, работающие по принципу
переноса тепла скрытой теплотой испа-
рения двухфазного теплоносителя. Такие
устройства нашли широкое применение в
системах обеспечения теплового режима
КА, поскольку кроме отличных массо-
энергетических характеристик и высокой
надежности, значительно расширяют
возможности гибкой компоновки СОТР -
испаритель и радиатор КТТ связаны тон-
кими гладкостенными трубками. Контур-
ные тепловые трубы, рассматриваемые в
данной работе, являются первым опытом
АО «РКЦ «Прогресс» в создании таких
устройств. По сложившейся для произ-
водства аксиальных тепловых труб (АТТ)
кооперации, отработка, заправка тепло-
носителем и тепловые испытания КТТ
проводились в ГНЦ ФГУП «Центр Кел-
дыша»[1]. КТТ предназначены для вы-
равнивания полей температур по корпусу
малого космического аппарата «Аист-2»
[2], перераспределяя тепло между тепло-
выми сотовыми панелями, образующими
его корпус. КТТ должны обеспечивать
отвод тепловой мощности не менее 40
Вт, при перепаде температур между пла-
стинами испарителя и конденсатора не
более 15°С, при температуре пластины
теплообменника конденсатора 20 ± 5 °C.
Устройства разработаны и изготовлены
АО «РКЦ «Прогресс» в 2014 году на базе
капиллярной структуры спеченной из по-
рошка титана в Институте теплофизики
УрО РАН (г. Екатеринбург). Корпус ис-
парителя и магистрали контура изготов-
лены из нержавеющей стали, теплооб-
менные поверхности из алюминиевого
сплава. Теплоноситель - аммиак особой
чистоты. На рис. 1 приведен общий вид
КТТ.
Для обеспечения заданных пара-
метров при возможности запуска КТТ на
минимальной мощности на стенде тепло-
вых труб ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша»
[3] проведены испытания по определе-
нию оптимальной массы теплоносителя
заправляемого в КТТ. Испытания прово-
дились с различной массой заправленно-
го в КТТ теплоносителя с расчетным ша-
гом от минимальной до максимально
возможной. Контроль осуществлялся по
заполнению конденсатора КТТ паровой
фазой теплоносителя во время её работы
при штатной нагрузке. Оптимальная мас-
са аммиака по результатам испытаний
9,5 г.
После заправки аммиаком особой
чистоты КТТ должна быть герметично
закрыта и отделена от системы заправки
таким образом, чтобы исключить утечку
заправленного теплоносителя и не нару-
шить высокие требования по чистоте
внутренней полости. Герметизация про-
водилась путем предварительной
17
1590
Рисунок 1. Общий вид КТТ
холодной деформации с последующей
лазерной сваркой. Отработка методики
проводились на 20 образцах, рабочие
участки которых полностью повторяли
геометрию участка сварки, материал и
качество обработки штатных КТТ.
Герметичность образцов контроли-
ровалась гелиевым течеискателем. Об-
разцы с внутренней электрополировкой
показали лучшие результаты, как при хо-
лодной деформации, так и при сварке
плавлением, это обусловлено высокой
чистотой обработки внутренней поверх-
ности, способствующей лучшей адгезии
при сжатии стенок.
С целью повышения надежности
устройства произведена замена паяных
соединений трубопроводов КТТ на свар-
ные с последующим контролем герме-
тичности и финишной промывкой перед
заправкой аммиаком особой чистоты.
Для подготовки внутренней поло-
сти КТТ к заполнению теплоносителем и
удаления следов пайки разработана мето-
дика многократной промывки полости
теплоносителем с контролем чистоты ме-
тодом сканирующей электронной микро-
скопии с рентгеновским микродисперси-
онным анализом. Определена необходи-
мая кратность промывок, приводящая к
практически полному отсутствию в смы-
вах химических элементов, вступающих
в реакцию с аммиаком.
Дозированная заправка КТТ тепло-
носителем и теплофизические испытания
проводились на установке, включающей
гидравлический контур, системы подвода
и отвода тепла, термостабилизации гид-
роаккумулятора, системы продувки и ва-
куумирования, систему управления и ре-
гистрации показаний измерительной ап-
паратуры. Заправка КТТ осуществляется
из предварительно заполненной термо-
статируемой ёмкости по методике отра-
ботанной при оптимизации массы тепло-
носителя. Устройство работает при за-
данной мощности, достигается заполне-
ние контура, при котором паровой фазой
теплоносителя будет занято -75% длины
конденсатора (контроль по датчикам
температуры на трубке), затем произво-
дится отделение устройства от системы
заправки. В процессе заправки в обяза-
тельном порядке производится останов и
перезапуск контура с требуемой мини-
мальной мощности (5 Вт). Такой способ
заправки позволяет получить оптималь-
ную массу заправляемого теплоносителя
на работающей КТТ при гарантирован-
ном соблюдении заданных требований по
тепловым характеристикам.
После заправки КТТ и сварки про-
верка герметичности замыкающего шва
18
проводилась методом индикаторных
масс.
Проведенная отработка КТТ позво-
лила достичь требуемых характеристик
СОТР малого КА «Аист-2» и сформиро-
вала необходимый научно-технический
задел для создания высокоэффективных
систем терморегулирования с КТТ для
перспективных КА средней и высокой
энерговооруженности.
Библиографический список:
1. A.I. Kitaev, A.L. Luks, V.V. Sobo-
lev et al. “Thermal pipes application at
«TSSKB-PROGRESS» enterprise and re-
sults of their tests” // 1st International con-
ference «Heat pipes for space applications»,
Khimki, Russia, 2009.
2. http://samspace.ru/products/ satel-
lites_of_scientific_purpose/mka_aist/.
3. Беднов C.M., Вежневец П.Д.,
Лукоянов Ю.М., Соболев В.В. Комплекс-
ный стенд для заправки и испытаний ам-
миачных тепловых труб систем тер-
морегулирования космических аппаратов
// Пятый Международный аэрокосмиче-
ский конгресс 1АС’О6, Москва, Россия,
2006.
References:
1. A.L Kitaev, A.L. Luks, V.V. Sobo-
lev et al. “Thermal pipes application at
«TSSKB-PROGRESS» enterprise and re-
sults of their tests” // 1st International con-
ference «Heat pipes for space applications»,
Khimki, Russia, 2009.
2. http://samspace.ru/products/ satel-
lites_of_scientific_purpose/mka_aist/
3. Bednov S.M., Vezhnevets P.D.,
Lukoyanov Yu.M., Sobolev V.V.
“The complex facility for filling and testing
of ammonia heat pipes for thermal control
systems of spacecraft” // Fifth International
aerospace congress IAC’06, Moscow, Rus-
sia, 2006.
WORKING OUT OF LOOP HEAT PIPES FOR TCS OF SMALL
SPACECRAFT “AIST-2”
©2015 V.V. Sobolev1, A.A. Velikanov1, V.A. Nikolaev2
1 SSC FSUE «Keldysh Research Centre», Moscow
2 JSC «SRC «Progress», Samara
The results of working out of loop heat pipes for thermal stabilization of small spacecraft are presented. LHP
design enhancement was carried out to improve the reliability and thermal characteristics. The methods of final
cleaning with coolant, dosed filling with high purity ammonia and sealing by laser welding were worked out. The
effectiveness of this work confirmed experimentally.
Key words: spacecraft thermal control system, loop heat pipes, thermal tests, quality control, energy disper-
sive microanalysis
Информация об авторах:
Соболев Виктор Владимирович, начальник сектора, ГНЦ ФГУП «Центр
Келдыша», 125438, Россия, г. Москва, ул. Онежская 8, т. +7(495)456-64-64,
handgum@mail.ru.
Область научных интересов: тепловые режимы космических аппаратов, наземные
испытания.
Великанов Александр Анатольевич, ведущий инженер, ГНЦ ФГУП «Центр
Келдыша», 125438, Россия, г. Москва, ул. Онежская 8, т. +7(495)456-64-64,
velikanov a@bk.ru.
Область научных интересов: тепловые режимы космических аппаратов, наземные
испытания.
Николаев Вадим Александрович, начальник отдела АО «РКЦ «Прогресс», 443086,
Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. +7(846)228-93-75, vadim-nik82@mail.ru.
19
Область научных интересов: тепловые режимы космических аппаратов.
Sobolev Viktor Vladimirovich, head of science sector, SSC FSUE Keldysh Research
Centre, 125438, Russia, Moscow, Onezhskaya 8, tel.: +7(495)456-64-64, handgum@mail.ru.
Area of research: spacecraft thermal control systems, ground tests.
Velikanov Aleksandr Anatolyevich, leading engineer, SSC FSUE Keldysh Research
Centre, 125438, Russia, Moscow, Onezhskaya 8, tel.: +7(495)456-64-64, velikanov a@bk.ru.
Area of research: spacecraft thermal control systems, ground tests.
Nikolaev Vadim Aleksandrovich, head of department, JSC SRC Progress, 443009,
Russia, Samara, Zemetsa str., 18, tel.: +7(846)228-93-75, vadim-nik82@mail.ru.
Area of research: spacecraft thermal control systems.
20
УДК 629.194.34:536.468
УЧЁТ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ЖИДКИХ УГЛЕВОДО-
РОДНЫХ ГОРЮЧИХ И ОХЛАДИТЕЛЯХ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И СОЗДА-
НИИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЖРД МНОГОРАЗОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
©2015 ’В.А. Алтунин, ’К.В. Алтунин, 2В.П. Демиденко, ’Е.Н. Платонов,
’Л.А. Обухова, ’А.А. Терентьев, 'С.Я. Коханова, 3М.Л. Яновская
’Казанский национальный исследовательский технический университет
им. А.Н. Туполева-КАИ, г. Казань
2Михайловская военная артиллерийская академия, г. Санкт - Петербург
Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова, г. Москва
На основе экспериментальных исследований показаны особенности позитивных и негативных тепло-
вых процессов в жидких углеводородных горючих и охладителях, которые очень слабо учитываются при
проектировании и создании перспективных ЖРД многоразового использования, или не учитываются вооб-
ще. Разработаны новые методики учёта позитивных и негативных процессов в топливно-охлаждающих
трактах ЖРД и ЖРД многоразового использования без применения, с применением электростатических по-
лей, гибридно. Подробно показаны новые запатентованные конструктивные схемы перспективных ЖРД
многоразового использования на жидких углеводородных горючих и охладителях. Применение результатов
экспериментальных исследований, новых методик учёта особенностей тепловых процессов в жидких угле-
водородных горючих и охладителях, новых запатентованных конструктивных схем топливно-охлаждающих
каналов- позволит создавать новые отечественные ЖРД и ЖРД многоразового использования повышенных
характеристик по ресурсу, надёжности, эффективности и экономичности.
Ключевые слова: жидкостной ракетный двигатель (ЖРД) многоразового использования (ЖРДМИ),
жидкое углеводородное горючее (УВГ), жидкий углеводородный охладитель (УВО), осадкообразование,
теплоотдача, термоакустические автоколебания (ТААК) давления, критические и сверхкритические пара-
метры по давлению и температуре, ресурс, надёжность, эффективность
В ходе проведения эксперимен-
тальных исследований были обнаружены
и выявлены особенности позитивных и
негативных тепловых процессов в жид-
ких УВГ и УВО: увеличение коэффици-
ента теплоотдачи в 2-3 раза за счёт теп-
лофизических свойств в зоне критиче-
ских давлений УВГ и УВО; термоакусти-
ческие автоколебания (ТААК) давления,
из-за которых происходит увеличение
коэффициента теплоотдачи на 40%, отка-
лывание твёрдых углеродистых осадков и
засорение топливно-охлаждающих кана-
лов, образование локально-
чередующихся зон перегревов и прогаров
топливно-охлаждающих каналов в зоне
критических сечений ЖРД, ЖРДМИ с
дальнейшим пожаром и взрывом; нега-
тивный процесс осадкообразования, из-за
которого происходит частичное или пол-
ное закоксовывание форсунок, фильтров,
каналов с частичной или полной потерей
тяги, происходит несанкционированный
и внезапный перегрев и прогар рубашки
охлаждения в зоне критического сечения
сопла ЖРД, ЖРДМИ с дальнейшим по-
жаром и взрывом.
Эти особенности очень слабо учи-
тываются при проектировании и созда-
нии перспективных ЖРД и ЖРДМИ, или
не учитываются вообще. Разработаны
новые методики учёта позитивных и
негативных процессов в топливно-
охлаждающих трактах ЖРД и ЖРДМИ
без применения, с применением электро-
статических полей, гибридно. Созданы
новые запатентованные конструктивные
схемы перспективных ЖРД, ЖРДМИ на
жидких УВГ и УВО. Результаты иссле-
дований внедрены в космические энерго-
установки «Курс» и «Барьер», в перспек-
тивные отечественные энергоустановки
аэрокосмических систем 5 поколения и в
другие техносистемы
21
Библиографический список:
1. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф.,
Тишин А.П. Теория ракетных двигателей.
(Под ред. акад. В.П. Глушко). М.: Изд-во
«Машиностроение», 1989. 464с.
2. Алтуни В.А. Способ повышения
надёжности ЖРД одно-и многоразового
использования //Патент на изобретение
РФ № 2287715. Бюлл. № 32 от
20.11.2006 г.
3. Алтунин В.А., Алтунин К.В.,
Демиденко В.П., Обухова Л.А., Платонов
Е.Н., Яновская М.Л. Некоторые пробле-
мы развития жидкостных ракетных дви-
гателей многоразового использования
(90-летию со дня рождения академика
В.Е. Алемасова - посвящается) // Ма-
тер.докл. 48 научных Чтений памяти К.Э.
Циолковского. РАН. ИНЕТ РАН. РАКЦ.
Сек. №2: «Проблемы ракетной и косми-
ческой техники». Калуга: Изд-во «Наша
Полиграфия», 2013. С. 88-90.
4. Алтунин В.А., Алтунин К.В.,
Демиденко В.П., Гуреев В.М., Обухова
Л.А., Платонов Е.Н., Терентьев А.А.,
Яновская М.Л. Новые конструктивные
схемы форсунок для силовых установок
гиперзвуковых и воздушно-космических
летательных аппаратов // Матер.докл. 39
академических чтений по космонавтике,
посвящ. памяти акад. С.П. Королёва и др.
выдающихся отечественных учёных -
пионеров освоения космического про-
странства «Актуальные проблемы Рос-
сийской космонавтики». Сек №15: «Ком-
бинированные силовые установки для
гиперзвуковых и воздушно-космических
летательных аппаратов». РАН. М.: Изд-
во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2015. С. 393-
394.
THE CONSIDERATION OF THE THERMAL CHARCTERISTICS OF THE
LIQUIDHYDROCARBONE FUELSFULS AND COOLANS DURING DESIGNING AND
PRODUCING PERSPECTIVE LIQUID REUSABLE ROCKET ENGINES
©2015 'V.A. Altunin, ’K.V. Altunin, 2V.P. Demidenko, ’E.N. Platonov, 'L.A. Obukhova,
*A.A. Terentyev, *S.J. Kokhanova, 3M.L. Yanovskaya
’Kazan National Research Technical University named after A.N.Tupolev- KAI, Kazan
2Mikhailovskaya Military Artillery Academy, Saint - Petersburg
Ventral Institute of Aviation Motors named after P.I. Baranov, Moscow
Some aspects of positive and negative heat processes in liquid hydrocarbon fuels and refrigerants based on
experimental researches are shown in the article. Unfortunately these heat processes are said to have been paid very
slight attention while designing and creating the most perspective reusable liquid rocket engines. The novel account-
ing methods of positive and negative processes in the fuel and cooling paths of reusable rocket engine without the
use and with the use of electrostatic fields, and simultaneously, have been created. The new patented design schemes
of perspective reusable rocket engines on liquid hydrocarbon fuels and coolants are presented in detail. The applica-
tion of experimental studies, new accounting methods of the thermal processes in liquid hydrocarbon fuels and cool-
ants, new patented design schemes of fuel and cooling channels will result in the creation of new domestic reusable
rocket liquid engines with enhanced properties such as high life, reliability, efficiency and economy.
Key words: reusable liquid rocket engine (LRE), liquid hydrocarbon fuel (HCG), liquid hydrocarbon refrig-
erant (SVR), deposit formation, heat interchange, thermoacoustic oscillations of pressure, critical and supercritical
parameters of pressure and temperature, life, reliability, efficiency
Информация об авторах:
Алтунин Виталий Алексеевич - профессор кафедры «Теплотехники и энергетиче-
ского машиностроения» (ТиЭМ) Казанского национального исследовательского техниче-
ского университета - КАИ им. А.Н. Туполева (КНИТУ-КАИ), д.т.н., академик Российской
академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, Президент Казанского отделения Россий-
ской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского (КазРО РАКЦ), г. Казань.
22
E-mail: altspacevi @ yahoo.com.
Алтунин Константин Витальевич - доцент кафедры ТиЭМ КНИТУ-КАИ, к.т.н.,
г. Казань.
Демиденко Владимир Петрович - профессор Михайловской военной артиллерий-
ской академии, Заслуженный деятель науки и техники РТ и РФ, Заслуженный изобрета-
тель РТ и РФ, академик Академии тыла и транспорта, академик Российской академии ра-
кетных и артиллерийских наук, д.т.н., профессор, генерал-майор запаса, г. Санкт - Петер-
бург.
Платонов Евгений Николаевич - докторант кафедры ТиЭМ, старший научный со-
трудник КНИТУ-КАИ, к.т.н., г. Казань.
Обухова Лариса Александровна - зам. директора института «Авиации, наземного
транспорта и энергетики» (ИАНТЭ) КНИТУ-КАИ, соискатель учёной степени к.т.н.,
г. Казань.
Терентьев Александр Андреевич - студент КНИТУ-КАИ, активный участник сту-
денческого научного общества кафедры ТиЭМ, г. Казань.
Коханова Светлана Яковлевна - доцент кафедры ТиЭМ КНИТУ-КАИ, к.т.н.,
доцент, г. Казань.
Яновская Мария Леонидовна - младший научный сотрудник ЦИАМ им. П.И. Ба-
ранова, к.т.н., г. Москва.
Vitaly Alekseevich Altunin - Professor of the department "Heat and power engineering" of
Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev (KNRTU-KAI),
Doctor of Engineering Science, Academician of the Russian Academy of Cosmonautics named
after K.E. Tsiolkovsky, the President of the Kazan Branch of the Russian Academy of Cosmo-
nautics named after K.E. Tsiolkovsky, Kazan.
E-mail: altspacevi@yahoo.com
Konstantin Vitalyevich Altunin - associate Professor of the department "Heat and power
engineering" of Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev
(KNRTU-KAI), Ph.D., Kazan
Demidenko Vladimir Petrovich - Professor of Mikhailov Military Artillery Academy,
Honored Science and Technology worker of the Russian Federation and the Republic of
Tatarstan, Honored Inventor of the Republic of Tatarstan and the Russian Federation, academi-
cian of the Academy of Logistics and Transport, academician of the Russian Academy of Missile
and Artillery Sciences, Professor, retired Major General, St.Petersburg
PlatonovEvgeniyNikolaevich - doctoral candidate of the department "Heat and power en-
gineering" of Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev
(KNRTU-KAI), senior researcher of KNRTU-KAI, Ph.D., Kazan
Obukhova Larisa Aleksandrovna - vice-principal of the Institute, " INSTITUTE of
AVIATION, LAND VEHICLES and ENERGETICS " KNRTU-KAI, the competitor of a scien-
tific degree of candidate of technical sciences, Kazan.
Terentyev Alexander - student of Kazan National Research Technical University named
after A.N.Tupolev (KNRTU-KAI).
Kokhanova Svetlana Yakovlevna - associate Professor of the department "Heat and pow-
er engineering" of Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev
(KNRTU-KAI), Ph.D., Associate Professor, Kazan.
Yanovskaya Maria Leonidovna - Junior Researcher of The Central Institute of Aviation
Motors named after P. I. Baranov, Ph.D., Moscow
23
УДК 621.311
ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО
АППАРАТА С РЕЗКО ПЕРЕМЕННОЙ ЦИКЛОГРАММОЙ НАГРУЗКИ
©2015 М.М. Черная, Ю.А. Шиняков, А.В. Осипов
Томский государственные университет систем управления и радиоэлектроники, г. Томск
Приведена структура высоковольтной системы электропитания космического аппарата на основе ре-
гулируемых инверторов тока с резко переменной циклограммой нагрузки, которая позволяет регулировать
напряжение на солнечной батарее в широком диапазоне и обеспечивать режим экстремального регулирова-
ния мощности солнечной батареи. Методами математического и имитационного моделирования исследова-
на работа системы электропитания в различных режимах функционирования космического аппарата.
Ключевые слова: Высоковольтная система электропитания, космический аппарат, инвертор тока,
экстремальное регулирование мощности
Система электропитания (СЭП)
космического аппарата (КА) обеспечива-
ет гарантированное питание бортовых
потребителей при различных соотноше-
ниях мощностей солнечных, аккумуля-
торных батарей и нагрузки. При этом,
выбор наиболее энергоэффективной
структуры СЭП определяется цикло-
граммой нагрузки КА и совокупностью
режимов работы. В России в настоящее
время наибольшее распространение по-
лучила параллельно-последовательная
структура с реализацией экстремального
регулирования мощности СБ, используе-
мая на КА, разработанных ведущими го-
ловными предприятиями Федерального
космического агентства - АО «Информа-
ционные спутниковые системы» имени
академика М.Ф. Решетнёва» (г. Железно-
горск), ФГУП «НПО им. С.А. Лавочки-
на» (г. Химки) и АО «РКЦ «Прогресс»
(г. Самара) и др.
За долгие годы научными коллекти-
вами наработан значительный научно-
технический задел в области разработки
и создания низковольтных КА (27-28 В),
однако, требование повышения энергово-
оруженности космических аппаратов
привело к росту выходной мощности
СЭП КА и к увеличению токов в кабель-
ной сети. Что поспособствовало переходу
к высоковольтной выходной шиной пи-
тания нагрузки до 100 В.
Основной проблемой, связанной с
использованием солнечных батарей,
имеющих ярко-выраженный максимум
мощности вольт-ваттных характеристик,
при шине питания нагрузки до 100 В
является повышение напряжения холо-
стого хода СБ при их выходе из теневых
участков орбиты, что создает условия для
возникновения электростатических раз-
рядов между цепочками фотодиодов СБ
или элементами токосъема. Проблема
была решена путем применения парал-
лельной структуры СЭП КА с шунто-
выми стабилизаторами напряжения на СБ
[1]. Однако, это сказалось на недоисполь-
зовании СБ по мощности и не позволило
достичь оптимальных массогабаритных
характеристик СЭП.
Радикальным методом решения по-
ставленных задач является построение
высоковольтных СЭП автоматических
КА на основе инверторно-
трансформаторных преобразователей со
звеном повышенном частоты [2, 3].
Предложен вариант реализации высоко-
вольтной СЭП КА с резко переменной
циклограммой нагрузки и с регулятором
напряжения и зарядным устройством на
основе регулируемых инверторов тока. В
работе описан принцип функционирова-
ния СЭП КА. Определены крайние зна-
чения оптимальных напряжений СБ при
воздействии внешних факторов окружа-
ющей среды с целью проведения даль-
нейших исследований. Проведено мате-
матическое и имитационное моделирова-
ние системы. Показаны результаты рас-
пределения энергии в системе между
преобразующими устройствами в зави-
24
симости от изменяющейся мощности
нагрузки. Обосновано преимущество по-
строения СЭП КА на основе инверторов
тока, что позволяет достаточно просто
согласовывать источники энергии и
нагрузки, в том числе применять СБ с
напряжением как ниже, так и выше ста-
билизируемого значения напряжения на
нагрузке, регулировать напряжение на СБ
в широком диапазоне, включающем точ-
ку ВАХ СБ с максимальной мощностью,
и использовать АБ любых типов.
Работа выполнена в рамках реали-
зации постановления Правительства Рос-
сийской Федерации от 09.04.2010 г. №
218 "О мерах государственной поддерж-
ки развития кооперации российских
высших учебных заведений и организа-
ций, реализующих комплексные проекты
по созданию высокотехнологичного про-
изводства" и в рамках Программы страте-
гического развития Томского государ-
ственного университета систем управле-
ния и радиоэлектроники 2014, проект
2.3.1., подпроект 2.3.1.2.
Библиографический список:
1. Лесных А.Н., Сарычев В.А.
Исследование высоковольтных систем
электропитания космических аппаратов
со стабилизаторами напряжения вольто-
добавочного типа // Вестник Сибирского
государственного аэрокосмического уни-
верситета имени академика М.Ф. Решет-
нева, 2006. № 6. с. 63-66.
2. Осипов А.В., Шиняков Ю.А.,
Отто А.И., Черная М.М. Системы элек-
тропитания космических аппаратов на
основе регулируемых преобразователей с
промежуточным звеном повышенной ча-
стоты // Известия Томского политехниче-
ского университета, 2013. Т. 323. №. 4. с.
126-132.
3. Осипов А.В., Шиняков Ю.А.,
Отто А.И., Черная М.М., Ткаченко А.А.
Системы электропитания космических
аппаратов на основе регулируемых ин-
верторов тока// Известия Томского поли-
технического университета, 2014. Т. 324.
№. 4. с. 102-109.
References:
1. Lesnykh A.N., Sarychev V.A.
The research of high-voltage power supply
systems for space crafts with boost converter
// Bulletin of Siberian state aerospace uni-
versity named after academician M.F. Resh-
etnev, 2006. № 6. pp. 63-66.
2. Osipov A.V., Shinyakov Yu.A.,
Otto A.L, Chernaya M.M. Power supply
systems of spacecrafts based on controlled
converters with intermediate high frequency
link // Bulletin of the Tomsk Polytechnic
University, 2013. V. 323. №. 4. pp. 126-132.
3. Osipov A.V., Shinyakov Yu.A.,
Otto A.L, Chernaya M.M., Tkachenko A.A.
Power supply systems of spacecraft based
on adjustable current inverters // Bulletin of
the Tomsk Polytechnic University, 2014. V.
324. №. 4. pp. 102-109.
HIGH-VOLTAGE POWER SUPPLY SYSTEM OF SPACECRAFT WITH VARYING
LOAD CYCLOGRAM
©2015 M.M. Chernaya, Yu.A. Shinyakov, A.V. Osipov
Tomsk State University of Control System and Radio Electronics, Tomsk
The structure of the high-voltage power supply system of the spacecraft on the basis of regulated current inverters
with varying load cyclogram, which allows to adjust the voltage on the solar battery in a wide range and to provide
maximum power point control of the solar battery are shown. The power supply system in various modes of opera-
tion of the spacecraft studied by mathematical modeling and simulation.
Key words: High-voltage power supply system, spacecraft, current inverter, maximum power point tracker
25
Информация об авторах:
Черная Мария Михайловна, аспирантка, младший научный сотрудник, ТУСУР,
634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 40, 205 мк, т. 8 (3822) 900-106, cmm91 @ inbox.ru.
Область научных интересов: силовая электроника, системы электропитания косми-
ческих аппаратов, математическое моделирование, компьютерное моделирование.
Шиняков Юрий Александрович, д.т.н., директор, ТУСУР, 634050, Россия,
г. Томск, пр. Ленина, 40, 205 мк, т. 8 (3822) 900-106, shua@main.tusur.ru.
Область научных интересов: силовая электроника, системы электропитания косми-
ческих аппаратов, математическое моделирование, компьютерное моделирование.
Осипов Александр Владимирович, к.т.н., старший научный сотрудник, ТУСУР,
634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 40, 205 мк, т. 8 (3822) 900-106, ossan@mail.nj.
Область научных интересов: силовая электроника, системы электропитания косми-
ческих аппаратов, математическое моделирование, компьютерное моделирование.
Chernaya Mariya Mikhailovna, junior researcher, TUSUR, 634050, Russia, Tomsk,
Lenina avenue, 40, 205, 8 (3822) 900-106, cmm91 @inbox.ru.
Area of research: power electronics, power supply systems of space crafts, mathematic
simulation and simulation modeling.
Shinyakov Yuriy Aleksandrovich, Dr. Sc., director, TUSUR, 634050, Russia, Tomsk,
Lenina avenue, 40, 205, 8 (3822) 900-106, shua@main.tusur.ru.
Area of research: power electronics, power supply systems of space crafts, mathematic
simulation and simulation modeling.
Osipov Aleksandr Vladimirovich, Cand. Sc., senior researcher, TUSUR, 634050, Russia,
Tomsk, Lenina avenue, 40, 205, 8 (3822) 900-106, ossan@mail.ru.
Area of research: power electronics, power supply systems of space crafts, mathematic
simulation and simulation modeling.
26
УДК 629.786.048:536.248
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ
ТЕПЛОВЫХ ТРУБ ПОВЫШЕННОЙ ТЕПЛОВОЙ ПРОВОДИМОСТИ
©2015 В.В. Бирюк ', А.И. Китаев 2, А.Л. Лукс 3, А.Г. Матвеев 3, А.В. Порядин 2
1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профес-
сионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет
имени академика С.П. Королёва» (Национальный исследовательский университет),
г. Самара
2 Акционерное общество «Ракетно-космический центр «Прогресс», г. Самара,
3 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профес-
сионального образования «Самарский государственный университет», г. Самара
Проведён анализ основных теплофизических характеристик аммиачных тепловых труб повышенной
тепловой проводимости с каплевидной капиллярной структурой конструкционного фитиля из алюминиевых
сплавов различных типоразмеров и конфигураций по результатам испытаний.
Ключевые слова: тепловые трубы, системы терморегулирования (СТР), излучающие теплообменни-
ки.
Работа представляет собой
экспериментальное исследование
теплофизических характеристик ТТ,
выполненное по заказу с АО «РКЦ
«Прогресс», применяемых в системах
терморегулирования (СТР) космических
аппаратов (КА). Проведён сравнительный
анализ основных расчётных и
экспериментальных теплофизических
характеристик аммиачных ТТ
повышенной тепловой проводимости с
Q- образной (каплевидной) капиллярной
структурой конструкционного фитиля из
алюминиевых сплавов АД31 (6060, 6061,
6063) различных типоразмеров и
конфигураций по результатам испытаний
в лаборатории «Теплоэнерготехника»
Управления научных исследований
СамГУ, в научно-исследовательском
центре им. М.В. Келдыша (Центре
Келдыша), а также в корпорации
Лавочкина, осуществляемых по
программе квалификационных
испытаний в строгом соответствии с
европейским стандартом ESA PSS-049 и
отечественными стандартами.
Полуэмпирические зависимости для
теплопередающей способности и
термических сопротивлений при рабочей
температуре теплоносителя
удовлетворительно описывают опытные
данные. Даны рекомендации для
проектирования и эксплуатации
улучшенных артериальных тепловых
труб.
Согласно государственному стан-
дарту ГОСТ23073-78 тепловыми трубами
(ТТ) называются испарительно-
конденсационные устройства для пере-
дачи тепла. В них конвективный перенос
скрытой теплоты парообразования осу-
ществляется за счет испарения жидкости
в зоне подвода тепла (испарителя) и кон-
денсации ее паров в зоне отвода (конден-
сатора), то есть при фазовых переходах.
При этом замкнутая циркуляция тепло-
носителя внутри корпуса поддерживает-
ся действием капиллярных или массо-
вых сил (гравитационных, центробежных
и др.).
К важнейшим универсальным теп-
лофизическим характеристикам ТТ отно-
сятся удельное термическое сопротивле-
ние и коэффициент теплопередачи.
Термическое сопротивление ТТ опреде-
ляется как величина, численно равная
отношению разности среднеповерхност-
ных температур корпуса в зонах испаре-
ния и конденсации к тепловому потоку
(K/Вт), а ей обратная величина - как
тепловая проводимость (Вт/К).
27
В соответствии с законом тепло-
проводности Фурье тепловой поток, воз-
никающий как следствие температурного
перепада (Т1-Т2) по длине ТТ, вычисля-
ется по уравнению
е = 1(т;-т2), (1)
К
где R- термическое сопротивление.
Конвективный теплоперенос насы-
щенным паром описывается уравнением
Клаузиуса-Клайперона. Оно связывает
температуру и давление насыщенного
пара внутри канала ТТ с перепадом тем-
пературы по длине:
Т>~Тг = Т^. (2)
PvrJ
Тепловая труба работает ниже пре-
делов (ограничений) передаваемой теп-
ловой мощности. Ограничение рабочих
параметров (максимальной переносимой
мощности) в ТТ связано с предельной
перекачивающей способностью капил-
лярной структуры или капиллярным впи-
тыванием фитиля (капиллярное ограни-
чение), с запиранием парового потока в
паровом канале (звуковой предел), уно-
сом (срывом) капель жидкости с межфаз-
ной границы жидкость - пар фитиля па-
ром, который движется с большой скоро-
стью, чем жидкая пленка (ограничение по
уносу), разрушением потока жидкости
пузырьковым кипением в фитиле (огра-
ничение по кипению или высыхание
фитиля).
Основными теплофизическими ха-
рактеристиками тепловых труб с кон-
струкционными фитилями, определяю-
щими эффективность их использования,
являются максимальная теплопередаю-
щая способность и удельное термическое
сопротивление, а также коэффициент
теплопередачи.
Из многих ограничений теплопере-
дающей способности тепловых труб низ-
котемпературным тепловым трубам при-
сущи два ограничения:
1) максимальный передаваемый
тепловой поток QMax, связанный с капил-
лярными и транспортными возможно-
стями пористой структуры фитиля;
2) максимальная радиальная плот-
ность теплового потока в зоне нагрева
q™, определяемая кризисом кипения в
пористой структуре фитиля.
Обычно более жестким ограниче-
нием для передаваемой мощности для
низкотемпературных ТТ являются преде-
лы по капиллярному впитыванию и ки-
пению.
Эти ограничения имеют различную
физическую природу, однако превыше-
ние любого из них приводит к одинако-
вому результату - резкому увеличению
температуры стенки в зоне подвода тепла
и, соответственно, к резкому увеличению
перепада температур по длине тепловой
трубы.
В экспериментах тепловой поток
QMax обычно фиксируется по резкому воз-
растанию температуры испарителя, кото-
рое имеет место в результате осушения
его внутренней поверхности фитиля.
Работа ТТ характеризуется коэффи-
циентом теплопередачи Кгг , который
определяется из уравнения
Q-AKriATpe-Tpc), (3)
где Q - передаваемая мощность или
тепловая нагрузка; Т е,Т - температура
наружной поверхности испарителя и
конденсатора тепловой трубы.
В качестве А может быть взята
площадь поперечного сечения трубы Ар,
площадь поверхности испарителя Ае,
площадь поверхности конденсатора Д.
или любая другая площадь.
Из уравнения (3) следует равенство
тепловых проводимостей при стационар-
ном режиме:
ЛК„ =ЛгК^г=Л,К,-,,=ЛгКПл. (4)
Для универсальности в качестве ос-
новной в расчёте выбирается Ар. Это
уравнение является опорным при прове-
дении экспериментов и позволяет увязать
проводимости источника, ТТ и стока теп-
лоты.
Теплообмен в зоне испарения
характеризуется, как правило, наличием
двух режимов: испарение и кипение. В
испарительном режиме теплообмен
осуществляется теплопроводностью,
через пропитанную жидкостью
28
капиллярную структуру (КС) фитиля, а
затем испарением жидкости с
поверхности менисков. Конвективный
перенос теплоты через капиллярную
структуру мал и им пренебрегаем.
Тепловой поток Q условно разде-
лим на составляющие:
1) тепловой поток, передаваемый
через элементы капиллярной структуры
рёбра канавок;
2) поток, передаваемый теплопро-
водностью через жидкость в канавках.
Составляющие суммарного тепло-
вого потока Q находятся в сложной за-
висимости от теплопроводности матери-
ала капиллярной структуры и жидкости,
пористости и однородности структуры,
определяющих размеров элементов КС.
Их аналитическое определение за-
трудняется из-за отсутствия достаточно
надёжных данных о закономерностях
теплообмена между каркасом структуры
и насыщающей жидкостью.
Поэтому при исследованиях интен-
сивности теплообмена в зоне испарения
ТТ пользуются результирующей характе-
ристикой теплопереноса через насыщен-
ную жидкостью КС - коэффициентом
эффективной теплопроводности Aef e или
коэффициентом теплообмена испарением
«. = Л”'/е . (5)
/ ик.с
где Зкс - толщина КС, полностью
насыщенной жидким теплоносителем.
На величину ае значительно влияет
переменное положение границы раздела
фаз жидкость-пар в КС, когда толщина
жидкости 8 < 8КС. Толщина плёнки из-
меняется в поперечном сечении канавки
и в продольном.
Поэтому результаты исследований
теплообмена при испарении жидкости в
канавках отличаются друг от друга. Но
они свидетельствуют об автомодельности
коэффициентов теплообмена относитель-
но плотности теплового потока, но о зна-
чительном влиянии теплопроводности
материала ребра канавки, его конфигура-
ции, технологии изготовления на интен-
сивность теплообмена. Это подтвержда-
ется и результатами теплообмена испаре-
нием в ТТ повышенной проводимости с
Q- образной (каплевидной) капиллярной
структурой фитиля, которые отличаются
более низкими значениями пористости
£ = 0,35-г-0,46, чем у КС с прямоуголь-
ными или трапецевидными канавками
е ~ 0,6. В них коэффициент эффективной
теплопроводности КС фитиля, как пока-
зывают расчёты при £ = 0,354-0,46, зна-
чительно превышает Ле} е = 2-5-3 Вт/(м К),
сдвигаясь в сторону теплопроводности
материала корпуса ТТ.
Коэффициент теплопередачи ТТ
находим как величину, обратную сумме
термических сопротивлений элементов
ТТ в зоне испарения, конденсации и
транспорта
2LrAp 2L,r,A„, p.rJQ 2Lrr,A„. 2Lcr,Ap
, K77. p = [*„,f + RK,e + Rv + Rwc + • (6)
Высокая эффективная теплопро-
водность ТТ повышенной проводимости
с Q- образной КС достигается за счёт
весьма низких значений термических со-
противлений отдельных теплопроводя-
щих элементов. В частности, термиче-
ское сопротивление потока пара Rv име-
ет порядок 10 й, а термические сопро-
тивления стенки и насыщенного фитиля в
зонах испарителя и конденсатора
RP,e^Rw,e^Rw,c^Rp.c - от 1°5 Д° Ю7- Малое
термическое сопротивление потока пара
Rv является следствием закона
Клаузиуса-Клапейрона. Поэтому значе-
нием Rv будем пренебрегать
Для анализа основных теплофизи-
ческих характеристик ТТ с Q- образной
капиллярной структурой фитиля из про-
филей АС-КРА7,5-Р 1-120(30),
АС-КРА7,0-Р2, АС-КРА7,5-Р2,
АС-КРА8,6-Р2 использовались результа-
ты экспериментальных исследований
корпорации Лавочкина, исследователь-
ского центра им. М.В. Келдыша (Центр
Келдыша), лаборатории «Теплоэнерго-
техника» УНИ СамГУ. Особенно это ка-
салось профилей ТТ с одной и той же ба-
29
зовой геометрией капиллярной структу-
ры фитиля. Объекты испытаний, как бу-
дет показано ниже, отличаются геомет-
рией зон испарения, транспорта, конден-
сации (или общей длиной), способами
подвода и отвода теплоты, расположени-
ем источников и стоков теплоты и дру-
гими параметрами.
Величины коэффициентов теплоот-
дачи при испарении и конденсации (ка-
сающихся внутренней поверхности) в ис-
парителе и конденсаторе для 3 различных
профилей тепловых труб представлены в
табл. 1.
Табл. 1 - Реализуемые значения коэффициентов теплоотдачи в зонах испарения и
конденсации ТТ.
AC-KPA7.0-P2 AC-KPA7.5-P2 AC-KPA8.6-P2
OCevi w/m2K 13850 18100 16770
Otcond; w/m2K 19800 7280 6250
Были получены большие величины
коэффициентов теплоотдачи в испарите-
ле и конденсаторе по сравнению с из-
вестными аналогами. Увеличение коэф-
фициента теплоотдачи в испарителе и
конденсаторе отмечено для профиля
АС-КРА7.0-Р2. По нашему мнению, это
результат не только производства техни-
ческой неравномерно расположенной
шероховатости на верхней поверхности
большего количества канавок круглой
формы.
Анализ ограничений по кипению
затрагивает теорию пузырькового кипе-
ния. Она включает в себя:
1) формирование пузырьков (заро-
дышеобразование) ;
2) последующий рост и движение
пузырьков.
Q-образная капиллярная канавчатая
структура фитиля обладает рядом осо-
бенностей. В капиллярных каналах одно-
временно происходит эвакуация пара и
непрерывная подпитка жидкостью, под-
текающей сюда под действием сил по-
верхностного натяжения. Кипение про-
исходит как внутри канавок фитиля, так и
на его поверхности. Реализуемые значе-
ния коэффициентов теплоотдачи в испа-
рителе и конденсаторе oteV свидетель-
ствуют о том, что Q-образная капилляр-
ная канавчатая структура фитиля, соче-
тающая круглую артерию с узкой щелью,
создаёт весьма благоприятные условия
для зарождения и роста паровых пузы-
рей. Чтобы очаг новой паровой фазы мог
возникнуть и расти в перегретой жидко-
сти, его размер должен быть больше не-
которого критического. Очаги новой фа-
зы критических размеров называют заро-
дышами. Критический размер зародыша
определяется перегревом жидкости ДТ,
а также физическими свойствами тепло-
носителя при данном давлении и темпе-
ратуре. С увеличением давления (темпе-
ратуры) радиус парового зародыша
уменьшается. По расчёту: 7?Kps2,4-10’6 м.
Парообразование в открытых каплевид-
ных канавках в основном соответствует
парообразованию в тонком слое. Пузырь-
ки влияют на сопротивление потоку
жидкости, но, по- видимому, не приводят
к отказу ТТ АС-КРА. Весь процесс изме-
нения формы пузырька происходит взры-
вообразно в течение 10’8с. При этом пу-
зырьки образуют поверхностные волны.
Но образование сплошной паровой плен-
ки не происходит, не наступает в ТТ
АС-КРА и кризис.
Толщина пленки меньше толщины
фитиля с каплевидной КС, но заглубле-
ние ее поверхности трудно определить.
Жидкость отступает вглубь фитиля до
уровня, где капиллярные силы макси-
мальны, а потери на трение при течении
жидкости минимальны. Наличие фитиля
с каплевидной КС затрудняет или даже
препятствует процессу образования
больших пузырей, с которыми обычно
связано пузырьковое кипение. Поскольку
нет паровой пленкт, которая обычно
сопровождает пузырьковое кипение, то
30
ТТ AC-KPA, как показывают результаты
испытаний, способны к теплопередаче
при больших тепловых нагрузках.
Как показывают эксперименты с
аммиачными алюминиевыми ТТ, поверх-
ность фитиля занята паровыми пузырями
уже при д = (1-5-1,5)104Вт/м2. При этом
устойчивое развитое кипение на внут-
ренней поверхности ТТ с Q-образной ка-
пиллярной канавчатой структурой фити-
ля устанавливается при весьма незначи-
тельных температурных напорах (пере-
гревах жидкости). Основная причина -
поверхности раздела фаз возникают и
внутри Q-образной капиллярной канав-
чатой структуры фитиля. При выбросе
паровой фазы из канавчатой структуры
фитиля в ней всегда остаются паровые
включения (зародыши), обволакивающие
стенки капиллярных каналов. Испарение
микропленки жидкости происходит по
всей поверхности капиллярного канала.
Элементы Q-образной капиллярной ка-
навчатой структуры фитиля сами явля-
ются центрами зарождения паровой фа-
зы. Размеры каналов фитиля имеют поря-
док 10'3 4- Ю'4 м и больше критического
диаметра обычного центра парообразова-
ния. Поэтому испарение плёнки в паро-
вые включения или с поверхности капил-
лярной щели требует значительно мень-
шего перегрева. Перегрев поступающий в
капиллярную щель жидкости в испарите-
ле происходит в условиях весьма высо-
кой интенсивности теплообмена. Разме-
ры малого диаметра цилиндрической ар-
терии (1,0мм) и щели (0,3-5-0,4 мм), дви-
жение жидкости в них ламинарное.
Как показывают расчёты для с Q-
образной капиллярной канавчатой струк-
туры фитиля а ~ 1,5 • 105 Вт/(м2К). В усло-
виях сильно развитой поверхности такого
фитиля только за счёт подогрева жидко-
сти можно отводить весьма большие теп-
ловые потоки. Снижение необходимого
перегрева, а также интенсивный подогрев
жидкости в ТТ с Q-образной капилляр-
ной канавчатой структурой фитиля суще-
ственно уменьшает время «молчания»
центров парообразования, что интенси-
фицирует теплообмен. С увеличением
перегрева жидкости в процесс генерации
пара вовлекаются новые зародыши с
меньшим радиусом кривизны, чем и обу-
словлен рост числа действующих на теп-
лоотдающей поверхности центров паро-
образования Z при увеличении плотно-
сти теплового потока q .По существу,
плотность теплового потока q , Вт/м2
влияет косвенным образом на Z, т.к. с
ростом q увеличивается температурный
напор, т.е. перегрев жидкости в пристен-
ном слое. Как следует из испытаний ТТ
из профилей типа АС-КРА высотой 12,5,
14, 17, коэффициенты теплоотдачи ае,ас
с теплоотдающей поверхности покрытых
плёнками Q-образной капиллярной ка-
навчатой структуры фитиля при переходе
к более меньшим типоразмерам увеличи-
ваются практически в двое, на что без-
условно влияет различная технологиче-
ская обработка теплоотдающей поверх-
ности щели и артерии. Например, если
теплоотдающую поверхность отполиро-
вать, а жидкость дегазировать, то для
возникновения процесса парообразова-
ния потребуется больший перегрев, чем
при кипении той же жидкости на необра-
ботанной технологической поверхности
без соответствующей подготовки жидко-
сти. Это объясняется тем, что с повыше-
нием класса чистоты обработки капил-
лярной структуры фитиля на поверхности
остаются всё более мелкие микровпади-
ны с меньшим радиусом кривизны.
Автомодельность процесса тепло-
обмена при кипении относительно вели-
чины шероховатости на поверхности фи-
тиля ТТ со стороны парового канала свя-
зана не только с появлением на теплоот-
дающей поверхности смачиваемых мик-
ровпадин. По-видимому, паровые пу-
зырьки, которые появляются на доста-
точно крупных микротрещинах перекры-
вают собой соседние более мелкие ак-
тивные зародыши парообразования. То
есть появление с увеличением шерохова-
тости новых центров может компенсиро-
ваться захлопыванием более мелких за-
родышей, которые были активными при
меньшей шероховатости. Поэтому про-
исходит стабилизация центров парообра-
31
зования и вырождение влияния шерохо-
ватости при переходе от менее шерохова-
той поверхности к более шероховатой с
ростом плотности теплового потока. При
переходе от крупных типоразмеров ТТ к
меньшим на формирование геометрии
профиля в условиях усиливающейся
стеснённости прессуемого жидкого пото-
ка все большее влияние оказывают силы
внутреннего трения о стенки охлаждае-
мой матрицы. Ансамбль «гребешков»
технической шероховатости при измене-
нии плотности теплового потока закла-
дывает механизм зародышеобразования
(парообразования) аммиака при их испа-
рении с поверхности. В соответствии с
ТУ550.1 -02070921.007-03 на профили
прессованные из алюминиевого сплава
АД31 (6060) глубина задиров, царапин
должна быть не более 0,05 мм. На полке
глубина рисок, задиров, царапин не более
0,12 мм. Зачистка дефектов на поверхно-
сти профиля не допускается. На лицевой
поверхности профиля особой точности не
допускаются механические повреждения,
пузыри глубиной 0,03 мм, продольные
следы от матрицы глубиной более 0,03
мм, а также поперечные следы от матри-
цы, образующиеся при остановке пресса.
Но в ТУ не оговаривается выполнение
«острых» сопряжений (ребер с поверхно-
стью щели, щели с круглой артерией), где
следы от матрицы при прессовании по
размерам могут быть больше указанных.
Экспериментальные исследования
ТТ с различными канавками Q-образной
формы были проведены при наземных
условиях испытаний.
При использовании различных средств
подвода и отвода теплоты в центре Кел-
дыша (нагреватель и технологическая
термоплата) и в лаборатории СамГУ
(гибкий нагреватель и четыре кулера)
теплофизические характеристики при ис-
пытании ТТ из профиля АС-КРА 7.5-Р1-
30 длиной 1762 мм хорошо подтвержда-
ются. Максимальная теплопередающая
способность ТТ из профиля АС-КРА7.5-
Р2 незначительно отличается от величи-
ны (Qmax) ТТ из профиля АС-КРА7.0-Р2.
Сказывается влияние неравномерно рас-
положенной технической шероховатости
на поверхности канавок фитиля, влияю-
щих на зарождение пузырьков парообра-
зования, что интенсифицирует теплооб-
мен. Это подтверждается резким ростом
коэффициента теплоотдачи при испаре-
нии (ае = 15800 Вт/(м2 К) для
ТТ из профиля АС-КРА7.0-Р2.
При испытании ТТ были получены
большие величины коэффициентов теп-
лоотдачи при испарении и конденсации.
Выявленная автомодельность значений
коэффициентов теплоотдачи в зонах ис-
парения и конденсации ТТ повышенной
тепловой проводимости от плотности
теплового потока в них открывает воз-
можность для более надёжного опреде-
ления в расчётах эффективной теплопро-
водности конструкционных фитилей с
каплевидной канавчатой структурой, ко-
торая значительно выше, чем у прямо-
угольных и трапецеидальных канавчатых
фитилей.
32
Табл. 2 - Влияние местоположения источников нагрева и охлаждения на теплофизические
характеристики ТТ АС-КРА7.0-Р2 (площадь поперечного сечения
Фитиля Атт = 1,2266 • 10’4м2)
№ п/п Местоположение источника нагрева и охлаждения АС-КРА7.0-Р2 (Атт = 1,2266 • 10’4м2)
(QL)max. Втм Qmax Вт R, К/Вт Rrr, Ю'6, м2- К/Вт ТСтт, Вт/м2- К Ктт 'Атт— 7?’,Вт/К &Ттг, К
1 ▼▼▼ 1 1 ▼▼▼ 226 133,7 0,024 2,94384 339692,4 41,67 3,208
2 ▼▼▼ АЛЛ 1 1 230 136,1 0,016 1,96256 509538,6 62,50 2,177
3 ▲АЖ ▼▼▼ 243 143,8 0,019 2,33054 429085,1 52,63 2,723
4 ▲▲▲ 1 1 ▲▲▲ 235 139,1 0,014 1,71724 582329,8 71,43 1,947
5 235 139,1 0,019 2,33054 429085,1 52,63 2,642
Таблица 3 - Влияние местоположения источников нагрева и охлаждения на
теплофизические характеристики ТТ АС-КРА7.5-Р2 (площадь поперечного сечения
фитиля Атт = 1,5386 10‘4м2)
№ Местоположение источника и стока теплоты АС-КРА7.5-Р2 (Атт= 1,5386 • 10'4м2)
($2Д1тах Втм Qmax Вт R, К/Вт Rtt , Ю'6, м2- К/Вт Ктт, Вт/м2- К Ктт -Атт— R ', Вт/К АТтг, К
1 ▼▼▼ 1 1 ▼▼▼ 218 129,0 0,015 2,30790 433294,3 66,67 1,935
2 ▼▼▼ ▲▲▲ 1 1 221 130,7 0,016 2,46176 406213,44 62,50 2,091
3 1 J ▲▲▲ ▼▼▼ 243 143,8 0,018 2,76948 361078,6 55,56 2,588
4 ▲▲▲ 1 1 ▲▲▲ 235 139,0 0,015 2,30790 433294,3 66,67 2,085
5 251 148,5 0,018 2,76948 361078,6 55,56 2,673
33
Таблица 4 - Влияние местоположения источников нагрева и охлаждения на
теплофизические характеристики ТТ АС-КРА8.6-Р2 (площадь поперечного сечения
фитиля Атт = 2,26865 • 10’4м2)
№ n/n Местоположение источника нагрева и охлаждения AC-KPA8.6-P2 (Apr =2,26865 • 10'4m2)
( QL)ma.x Btm Qmax Вт R K/Bt Rtt , IO’6, m2- K/Bt Ktt, Bt/m2 К Ktt Att — /?',Вт/К АТтг, К
1 ▼▼▼ 1 1 ▼▼▼ 302 178,7 0,050 1,13430 88160,0 20,00 8,935
2 ▼▼▼ AAA 1 1 310 183,4 0,018 4,08357 244883,8 55,56 3,301
3 1 1 ▲▲▲ ▼▼▼ 352 208,3 0,020 4,53730 220395,4 50,00 4,166
4 AAA AAA 335 198,2 0,051 1,15701 86429,6 19,61 10,108
5 ► 328 194,1 0,013 2,94925 339069,0 76,92 2,523
Библиографический список:
1. Barantsevich V.L., Barkova L.V.
"Investigation of the Aluminum-Ammonia
Heat Pipe service life characteristics and
corrosion resistance." Proc, of the IX Inter-
national Heat Pipe Conference, May 1-5,
1995, Albuquerque, New-Mexico, v II, pp
947-954.
2. V. Barantsevich, K. Goncharov,
A. Orlov, O. Golovin, "Investigation Results
of Axial, Grooved Heat Pipes With High
Thermal Capacity. " Lavochkin Association,
Khimky, Moscow region, Russia, 011CES-
75.
3. Лукс А.Л., Матвеев А.Г.
Исследование высокоэффективных
аммиачных тепловых труб
энергосберегающих систем
терморегулирования крупногабаритных
конструкций космического аппарата /
А.Л. Лукс, А.Г. Матвеев. - Вестник
Самарского государственного
университета. Естественнонаучная серия.
- № 6(56). - 2007. - С. 401-418.
References:
1. Barantsevich V.L., Barkova L.V.
"Investigation of the Aluminum-Ammonia
Heat Pipe service life characteristics and
corrosion resistance." Proc, of the IX Inter-
national Heat Pipe Conference, May 1-5,
1995, Albuquerque, New-Mexico, v. II, pp
947-954.
2. V. Barantsevich, K. Goncharov,
A. Orlov, O. Golovin, "Investigation Results
of Axial, Grooved Heat Pipes With High
Thermal Capacity. " Lavochkin Association,
Khimky, Moscow region, Russia, 011CES-
75.
3. A.L.Luks, A.G.Matveev, Study of
High-Efficient Ammoniac Heat-Pipes with-
in Energy-Efficient Systems for Tempera-
ture Control of Large Dimension Construc-
tions of Space Vehicle, Bulletin of Samara
State University, Science Series, № 6(56). -
2007. - pp. 401-418 (in Russian).
34
EXPERIMENTAL RESEARCH OF LOW-TEMPERATURE OF HEAT-PIPES OF
INCREASED HEAT CONDUCTION
©2015 Biryuk V.V.,1 Kitaev A.L,2 Luks A.L.3, Matveev A.G.3, Poryadin A.V.2
1 Federal State-Financed Educational Facility of Higher Professional Education
Samara State Aerospace University named after S.P. Korolev, Samara;
2 JSC «SRC «Progress», Samara;
3 Federal State-Financed Educational Facility for Higher Professional Education
Samara State University, Samara
Comparative analysis of main calculated and experimental thermo-physical characteristics of advanced heat-
transfer rate heat-pipes with ammoniac filling that have Q-shaped (tear-shaped) capillary structure of wick, which
made of aluminum alloy of different types, sizes and configurations was done. Recommendations for design and
usage of advanced arterial heat-pipes are proposed.
Keywords: Heat-pipes, systems of thermal control, radiation heat-exchangers
Информация об авторах:
Бирюк Владимир Васильевич, д.т.н., профессор, СГАУ, 443086, Россия, г. Самара,
Московское ш. 34, т. 267-45-66.
Область научных интересов: теплотехника, газодинамика, тепловые двигатели и энерге-
тические установки.
Китаев Александр Ирикович, зам. нач. отделения АО «РКЦ «Прогресс», 443009, Рос-
сия, г. Самара, ул. Земеца 18, т. 228-58-92, kain56@mail.ru.
Область научных интересов: теплофизика.
Лукс Александр Леонидович, к.т.н., вед. научн. сотрудник, почётный работник выс-
шего профессионального образования РФ, СамГУ, 443011, Россия, г. Самара, ул. Академика
Павлова 1, т. 337-99-21.
Область научных интересов: теплофизика, системы терморегулирования, газодинамика.
Матвеев Андрей Григорьевич, заведующий научно-исследовательской лабораторией
«Теплоэнерготехника», СамГУ, 443011, Россия, г. Самара, ул. Академика Павлова 1, т. 337-
99-21, matveevl974@yandex.ru.
Область научных интересов: системы терморегулирования, гидравлика, газодинамика.
Порядин Александр Владимирович, зам. нач. отдела 2612 АО «РКЦ «Прогресс»,
443009, Россия, г. Самара, ул. Земеца 18, т. 228-63-45.
Область научных интересов: системы терморегулирования.
Biryuk Vladimir Vasilievich, professor, doctor of technical sciences, SSAU, 443 086, Russia,
Samara, Moscow highway, 34,267-45-66.
Area of research: thermotechnics, flow dynamics, heat engines and power plants.
Kitaev Aleksander Irikivich, Deputy Head of Department of JSC «SRC «Progress»,
443009, Russia, Samara, Zemetsa str. 18, 228-58-92, kain56@mail.ru.
Area of research: thermo physics.
Luks Alexander Leonidovitch, candidate of technical sciences, Senior Research Scientist,
Honorary Worker of Higher Professional Education of Russian Federation, SSU, 443 011, Russia,
Akademika Pavlova str. 1,337-99-21.
Area of research: thermo physics, systems of thermal control, flow dynamics.
Matveev Andrey Grigorievich, Deputy Head of Scientific Research Laboratory «Thermo-
Power Engineering», SSU, 443 011, Russia, Akademika Pavlova str. 1, 337-99-21,
matvecv 1974@yandex.ru.
Area of research: systems of thermal control, hydraulics, flow dynamics.
Poryadin Aleksander Vladimirovich, Deputy Head of 2612 Section of JSC «SRC «Pro-
gress», 443009, Russia, Samara, Zemetsa str. 18,228-63-45.
Area of research: systems of thermal control.
35
УДК 62.181.1
АЛГОРИТМ ВЫЧИСЛЕНИЯ КОМПЛЕКСА ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ЭЛЕМЕНТОВ ПЕРА ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА ГТД
©2015 В.А. Печении, И.С. Степаненко, Н.В. Рузанов, М.А. Болотов
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика
С.П. Королёва (Национальный исследовательский университет), г. Самара
Приведен алгоритм для вычисления комплекса геометрических элементов пера лопаток компрессора
ГТД (точки спинки, корыта, входной и выходной кромок) на координатно-измерительных машинах. Прове-
дено сравнительное исследование погрешностей измерения геометрии элементов с использованием предло-
женного алгоритма и с использованием традиционного алгоритма.
Ключевые слова: перо лопатки, координатно-измерительная машина, итерационный алгоритм, от-
клонение формы, отклонение расположения
При контроле пера лопаток ком-
прессора ГТД на контактных координат-
но-измерительных машинах особую
сложность составляют области входной и
выходной кромок. Контроль сечения ло-
паток осуществляется, как правило, ме-
тодом сканирования, при котором изме-
ряется множество точек вдоль всего про-
филя. Плотность точек измерения на
входной и выходной кромках целесооб-
разно брать выше, чем на спинке и коры-
те. Радиусы кромок близки к радиусам
измерительных наконечников, и при
наличии относительно высокого откло-
нения расположения и/или формы пера
погрешности измерения кромок слишком
велики. Вышесказанное было апробиро-
вано с помощью моделирования процесса
координатных измерений серии профи-
лей с отклонениями формы и расположе-
ния, сгенерированных случайным обра-
зом.
Изготавливаемые поверхности
сложной формы всегда отличаются от их
CAD-моделей на величину отклонений
формы и расположения [1]. Координату
точки измеряемой поверхности с откло-
нениями формы и расположения можно
выразить формулой:
Р.„„ = dF)- R„, +f„, (1)
где pmeiis, PCAD - вектор координат точек
(x,y,z) соответственно измеряемой (мо-
делируемой) и номинальной поверхно-
стей;
N -
1x3 - вектор нормали в точке pCAD ;
dF - величина отклонения формы в точ-
ке Рсао ;
7?3х3 ;Т|х3 - матрица поворота и вектор
транспонирования координат точки pCAD
Было смоделировано 100 сечений
корневой части пера лопаток компрессо-
ра ГТД, предельные значения, отклоне-
ния формы которых изменялись по нор-
мальному закону. На основании стати-
стических данных по измерениям этого
типа деталей и согласно [2] принято, что
максимальное значение отклонения фор-
мы не превышает 0,16 мм в тело детали.
Диапазон изменения амплитуды волни-
стости составил ±0,01 мм. Погрешность
измерения определялась, как значения
расстояний между кривыми измеренного
и действительного профиля пера лопатки
в точках действительного профиля.
Максимальное смещение сечения
относительно системы координат хвосто-
вика лопатки составляет 0,2 мм, угол раз-
ворота профиля изменяется в
пределах ±15’.
По полученным значениям погреш-
ности измерения в точках профиля рас-
считывались средние, нижние и верхние
границы распространения погрешностей
вдоль профиля.
Было установлено, что точность из-
мерения кромок по методу однократного
сканирования не позволяет измерить их с
достаточной точностью и адекватно рас-
36
считать величины радиусов входных и
выходных кромок, конечные точки сред-
ней линии профиля и прочие геометриче-
ские параметры.
Для снижения погрешности изме-
рения предлагается следующий усовер-
шенствованный алгоритм:
1) Предварительно измерить точ-
ки спинки или корыта с 5% отступом от
границ этих участков и невысокой плот-
ностью точек (20-30).
2) Выполнить процедуру наилуч-
шего совмещения измеренного профиля с
его номинальным значениям при помощи
итерационного алгоритма ближайших
точек (ICP) [3]. Это часто используемый
в координатных измерениях итерацион-
ный алгоритм, у которого на каждой ите-
рации методами нелинейного оптимиза-
ционного поиска рассчитываются углы
поворота и перемещения вдоль коорди-
натных осей. Целевую функцию алго-
ритма можно представить в виде:
f(.R,t) = -jjR-Pl+T-4,l —>0, (2)
И ,=1
где п - количество точек совмещения;
qi- координаты точки на CAD-модели;
р, - координаты точки измеренной по-
верхности, соответствующей qt.
Таким образом, определяются па-
раметры отклонения расположения (мат-
рицы Т и R из (1)).
3) Произвести компенсацию от-
клонения расположения измеряемого
профиля путем поворота и транспониро-
вания координат точек номинального
профиля.
4) Произвести полное измерение
профиля.
Как следует из результатов, ве-
личина погрешности измерения кромок
снизилась в 1,5-2 раза и не превышает 10
мкм. Наиболее вероятная погрешность
измерения спинки и корыта также снизи-
лась, в случае применения обоих методик
не превышает 1 мкм и существенно не
влияет на результаты оценки геометриче-
ских параметров.
В табл.1 представлены максималь-
ные значения погрешностей из встреча-
ющихся на корыте, спинки, входной и
выходной кромках до и после примене-
ния усовершенствованного алгоритма
измерения.
Таблица 1 - Средние, верхние и нижние границы величин погрешностей измерения на
различных участках пера лопаток
Измеряемые области пера Корыто Входная кромка Спинка Выходная кромка 10 т э
Метод однократного сканирования
Наиболее вероятное значение, мм 0,0004 0,0025 0,001 0,0032
Максимальное отклонение, мм 0,0015 0,0111 0,0046 0,0152
Минимальное отклонение, мм 6.2*10'7 1.7*10б 1.2*10'6 1.6*106
Использование компенсации отклонения располо- жения
Наиболее вероятное значение, мм 0,0003 0,001 0,0003 0,0019
Максимальное отклонение, мм 0,0013 0,0052 0,0012 0,098
Минимальное отклонение, мм 5.9*106 1.2*10’5 5.5* 10’6 3.2*106
Таким образом, в ходе моделирова- постановления №218 от 09.04.20 ния процесса координатных измерений (шифр темы 2013-218-04-4777). был разработан алгоритм, позволяющий измерять точки входной и выходной кро- Библиографический список: мок с достаточной точностью для даль- 1- Savio Е., Chiffre L. De, Schmitt I нейшей оценки геометрических парамет- Metrology of freeform shaped parts; - CIR1
ров пера.
Работа выполнена при финансовой
поддержке Правительства Российской
Федерации (Минобрнауки) на основании
37
2. Annals - Manufacturing Technolo-
gy, 2007. -56 (2)-810-835 p.
3. OCT 1 02571-86. Лопатки ком-
прессоров и турбин. Предельные откло-
нения размеров, формы и расположения
пера.
4. Besl P.J., Mckay N.D. A method
for registration of 3-D shapes; - IEEE
Transactions on Pattern Analysis and Ma-
chine Intelligence, 1992. - 14(2) -239-256 p.
References:
1. Savio E., Chiffre L. De, Schmitt R.
Metrology of freeform shaped parts; - CIRP
Annals - Manufacturing Technology, 2007. -
56 (2)-810-835 p.
2. OST 1 02571-86. Compressor and
turbine blades. Tolerances size, shape and
location of feather.
3. Besl P.J., Mckay N.D. A method
for registration of 3-D shapes; - IEEE
Transactions on Pattern Analysis and Ma-
chine Intelligence, 1992. - 14(2) -239-256 p.
ALGORITHM FOR CALCULATING THE GEOMETRICAL PARAMETERS
COMPLEX OF ELEMENTS OF GTE COMPRESSOR BLADES
©2015 V.A. Pechenin, I.S. Stepanenko, N.V. Ruzanov, M.A. Bolotov
Samara State Aerospace University, Samara
The algorithm for calculating complex geometric elements of GTE compressor blades (back and face points,
points of leading and trailing edge) on coordinate measuring machines described. Implemented a comparative study
of errors, arising during measurement of geometry elements using the proposed and traditional algorithms.
Key words: feather of blade, coordinate measuring machine, iterative algorithm, form deviation, location de-
viation
Информация об авторах:
Болотов Михаил Александрович, к.т.н, доцент кафедры технологий производства
двигателей, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 267-47-76,
maikl.bol@gmail.com.
Область научных интересов: координатные измерения, процессы сборки, матема-
тические методы.
Печении Вадим Андреевич, аспирант кафедры технологий производства двигате-
лей, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 267-47-76,
vadim. pechenin2011 @ yandex.ru.
Область научных интересов: координатные измерения, процессы сборки, математи-
ческие методы
Рузанов Николай Владимирович, аспирант кафедры технологий производства
двигателей, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 267-47-76,
kinform @mail.ru.
Область научных интересов: координатные измерения, математические методы, раз-
работка информационных систем.
Степаненко Илья Сергеевич, инженер кафедры технологий производства двигате-
лей, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 267-47-76,
iliya.stcpancnko.ssau@gmail.com.
Область научных интересов: инженерный анализ, координатные измерения, матема-
тические методы
38
Bolotov Michael Aleksandrovich, candidate of technical science, docent of chair of
engine production technology, SSAU, 443 086, Russia, Samara, Moscow highway, 34, tel.:
267-47-76, maikl ,bol @ email .com.
Area of research: coordinate measuring, assembly processes, mathematical methods.
Pechenin Vadim Andreevich, post-graduate student of chair of engine production tech-
nology, SSAU, tel.: 267-47-76. vadim.pechenin2011 @yandex.ru.
Area of research: coordinate measuring, assembly processes, mathematical methods.
Ruzanov Nikolaj Vladimirovich, post-graduate student of chair of engine production
technology, SSAU, tel.: 267-47-76, kinform @mail.ru.
Area of research: coordinate measuring, mathematical methods, development of infor-
mation systems.
Stepanenko Ilya Sergeevich, engineer of chair of engine production technology of Sama-
ra State Aerospace University, tel.: 267-47-76. iliya.stepanenko.ssau@gmail.com.
Area of research: engineering analysis, coordinate measuring, mathematical methods.
39
УДК 621.793: 621.453/.457: 621.452.3
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ НАПЫЛЕНИЯ ПЛАЗМЕННЫХ
ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ ДВИГАТЕЛЕЙ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
©2015 В.И. Богданович, М.Г. Гиорбелидзе
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего
образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени
академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет)», г. Самара
Проведён анализ основных проблем, возникающих при нанесении плазменным газотермическим ме-
тодом теплозащитных композиционных покрытий типа металл-керамика. Определены основные направле-
ния совершенствования технологии нанесения покрытий. Разработаны математические модели процессов
ускорения, нагрева, плавления и транспортировки порошкового материала. На основе проведённых иссле-
дований сформулированы новые требования и рекомендации к режимам напыления. Получены опытные
образцы покрытия с комплексом высоких эксплуатационных свойств.
Ключевые слова: адгезионная прочность, кластерная структура, математическое моделирование,
плазменное покрытие, порошковый материал, режимы напыления, сепарация частиц, теплозащита, тер-
мовыносливость.
Одной из основных проблем при
создании современных авиационных га-
зотурбинных двигателей и ракетных дви-
гателей является проблема защиты их от-
ветственных элементов от воздействия
высоких тепловых нагрузок. Возможно-
сти металлургии по созданию новых кон-
струкционных материалов, работающих
при высоких температурах, практически
исчерпаны, а применение специальных
систем охлаждения не всегда эффектив-
но. В связи с этим, актуальным направле-
нием защиты деталей и конструкций, ра-
ботающих при высоких тепловых нагруз-
ках, является применение специальных
теплозащитных покрытий. Плазменный
газотермический метод нанесения тепло-
защитных покрытий является более уни-
версальным, высокопроизводительным,
экономически эффективным и обладает
большим количеством преимуществ, чем
другие существующие методы получения
теплозащитных покрытий. Данный метод
обеспечивает высокие эксплуатационные
свойства благодаря возможности созда-
ния упорядоченной кластерной структу-
ры, расположенной параллельно поверх-
ности основы, ориентированной перпен-
дикулярно внешним тепловым воздей-
ствиям и возможным направлениям рас-
пространения усталостных и термиче-
ских трещин. Основным хорошо зареко-
мендовавшем себя плазменным теплоза-
щитным покрытием является двухслой-
ная композиционная система с градиент-
ным изменением свойств, состоящая из
внешнего керамического слоя состава
ZrO2 — 8%У2(93 и металлического под-
слоя Me — Cr — Al — Y. Однако, при
формировании таких покрытий возникает
ряд проблем, связанных с несовершен-
ством типовых технологий. Некоторые
явления, возникающие в процессе плаз-
менного нанесения покрытий, в боль-
шинстве публикаций не рассмотрены или
рассмотрены не в полном объеме, либо
не вполне корректно, отсутствуют кор-
ректные математические модели, позво-
ляющие определять скорости и темпера-
туры напыляемых частиц, приобретаемые
при их движении в плазменной струе.
Проводилось исследование процес-
сов ускорения, нагрева, плавления и
транспортировки порошкового материала
в плазменной струе, а также влияния
дисперсности используемых фракций и
режимов напыления на адгезионную
прочность и термовыносливость тепло-
защитных покрытий. Разработана мате-
матическая модель ускорения и движения
частицы порошкового материла, обеспе-
чивающая корректный учет феноменоло
40
гического закона для коэффициента ло-
бового сопротивления в соответствии с
фактическим изменением числа Рейноль-
дса, учтены потери импульса плазменной
струей. Разработана математическая мо-
дель движения частицы порошкового ма-
териала в пограничном слое при попада-
нии на напыляемую поверхность. Пока-
зано, что при определенных диаметрах
частиц возникает ситуация, при которой
частицы малого диаметра попадают на
поверхность основы под малыми углами,
что приводит к снижению адгезионной и
когезионной прочности покрытия, а так-
же к нарушению кластерной структуры.
Разработана математическая модель
нагрева и плавления частицы порошково-
го материла в плазменной струе. Показа-
но, что при существующей дисперсности
материла, частицы разных размеров
нагреваются до разных температур и в
различной степени проплавляются. Про-
веденные исследования позволили по ре-
зультатам математического моделирова-
ния сформулировать требования к допу-
стимой дисперсии материала, используе-
мого для напыления, и за счет выбора
способа подачи порошка в анодный канал
плазмотрона уменьшить сепарацию ча-
стиц в пятне напыления. На основе полу-
ченных результатов разработаны научно-
обоснованные рекомендации на назначе-
ние режимов напыления. В соответствии
с разработанной технологией напыления
получены опытные образцы покрытия, на
которых зарегистрированы высокие зна-
чения адгезионной прочности и термо-
выносливости.
IMPROVEMENT OF THERMAL SPRAY COATINGS DEPOSITION TECHNOLOGY
IN THE MANUFACTURE OF AIRCRAFT ENGINES
©2015 V.I. Bogdanovich, M.G. Giorbelidze
Federal Autonomous Educational Institution of Higher Education
«Samara State S.P. Korolyov Aerospace University», Samara
Incipient main problems during application thermal-barrier composite coatings «metal-ceramics» type by
thermal spray method were analyzed. Main directions of coating application technology improvement were defined.
Mathematical models of the acceleration, heating, melting and transport processes of powder material were devel-
oped. On the base of the research are formulated new requirements and recommendations for deposition modes.
Coating prototypes with high service properties were taken.
Key words: adhesion strength, cluster structure, mathematical modelling, thermal spray coating, powder ma-
terial, deposition modes, particle separation, thermal protection, heat resistance
Информация об авторах:
Богданович Валерий Иосифович, д.т.н., профессор, профессор кафедры «Произ-
водство летательных аппаратов и управление качеством в машиностроении», СГАУ,
443086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, тел. 267-46-31, bogdanovich@ssau.ru.
Область научных интересов: плазменные покрытия, гетерогенный синтез.
Гиорбелидзе Михаил Георгиевич, аспирант кафедры «Производство летательных
аппаратов и управление качеством в машиностроении», СГАУ, 443086, Россия, г. Самара,
Московское ш. 34, тел. 267-46-31, M.Giorbelidze@ssau.ru.
Область научных интересов: плазменные покрытия
Bogdanovich Valeriy Iosifovich, professor, doctor of technical sciences, professor of
«Aircraft manufacturing and quality management» department, Samara State Aerospace
41
University, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye Chaussee, 34, phone 267-46-31,
bogdanovich@ssau.ru.
Area of research: thermal spray coatings, heterogeneous synthesis.
Giorbelidze Mikhail Georgievich, post-graduate student of «Aircraft manufacturing and
quality management» department, Samara State Aerospace University, phone 267-46-31,
M.Giorbelidze@ssau.ru.
Area of research: thermal spray coatings.
42
УДК 629.7
СИСТЕМНО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
©2015 Н.Р. Горюнова, А.А. Горюнов
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассмотрен системный подход к проектированию пневмогидравлических средств жидкостной ракет-
ной двигательной установки на примере системы подачи компонентов топлива. Представлены результаты
математического моделирования гидравлических процессов в турбинном преобразователе расхода на не-
штатном режиме работы
Ключевые слова: математическая модель, гидравлические характеристики, двигательная установ-
ка, пневмогидравлическая система, турбинный преобразователь расхода
На современном этапе развития
космической техники жидкостные ракет-
ные двигательные установки (ЖРДУ)
наиболее востребованы при разработке
ракет космического назначения (РКН).
Параметры пневмогидравлической си-
стемы ЖРДУ во многом определяют мас-
совые и баллистические характеристики,
а также надежность РКН. В связи с этим,
на этапах разработки технического и эс-
кизного проектов, необходим детальный
анализ возможных вариантов и нахожде-
ния оптимального решения с помощью
математических моделей пневмогидрав-
лических средств.
В работе ставится задача описания
взаимодействия жидкостного ракетного
двигателя (ЖРД) и пневмогидравличе-
ской системы (ПГС) подачи компонентов
топлива, на основе которой возможно
определить влияние режима работы от-
дельного элемента ПГС на характеристи-
ки ЖРДУ.
Для решения поставленной задачи
были разработаны следующие модели.
1. Математическая модель турбин-
ного преобразователя расхода (ТИР), ре-
гистрирующего объемный расход потока
жидкости в трубопроводах и установлен-
ного в магистралях подачи компонентов
топлива к ЖРД.
Для построения расчетной модели
ТПР был выбран модуль CFX программ-
ного комплекса Ansys, в котором были
заданы следующие параметры: стацио-
нарная постановка задачи, модель турбу-
лентности Shear-Stress-Transport с мас-
штабируемой функцией стенки, физиче-
ские свойства керосина Т-1 и жидкого
кислорода, опорное давление в расчетной
области. Рассмотрены следующие режи-
мы работы ТПР: расчетный - с вращаю-
щимся ротором, для которого гидравли-
ческие характеристики заданы в доку-
ментации и нештатный - с остановлен-
ным ротором.
В результате проведенного анализа
были выявлены основные особенности
потока компонентов топлива через рас-
четную область на нештатном режиме
работы ТПР (рис. 1):
Рис. 1 - Линии тока и поле скоростей в различных сечениях расчетной области
43
- сжатие, ускорение и закручивание
потока между лопастями и расширение
потока за лопастями;
- срыв потока с кромок лопастей,
образование за ними вихрей и обратных
токов;
- наибольшее изменение полного и
статического давления на лопастях.
Гидравлические потери (Арм) в
ТПР определяются как разность полного
давления (Арр) на входе (рТвх) и выходе
( Ртвых
АРм -ДРт = РТвх ” Ртвых
2. Математическая модель маги-
стралей подачи компонентов топлива к
ЖРД. В качестве входных параметров
модели заданы гидравлические потери на
ТПР. Выходным параметром модели яв-
ляется давление компонентов топлива на
входе в ЖРД.
Указанные параметры связаны
между собой следующим соотношением:
Рвх =Рп+РсТ-Ргп
J
где рвх -давление компонента топлива
на входе в ЖРД, рп - давление в газовой
полости топливного бака, рст- давление
столба жидкости над входом в ЖРД с
учетом действующей перегрузки, ргп-
гидравлические потери в магистрали по-
дачи компонента топлива к ЖРД.
Гидравлические потери в магистра-
ли подачи компонента топлива к ЖРД
(ргп) определяются как сумма потерь на
трение в трубопроводах (Артр) и потерь
на местных сопротивлениях (Арм), к ко-
торым относится, в том числе, и потери
ТПР:
РГп=ДРтр+ДРм
3. Математическая модель ЖРД,
основанная на уравнении влияния внеш-
них факторов, таких как давление компо-
нентов топлива на входе в ЖРД на харак-
теристики ЖРД: расход компонентов
топлива, тягу, удельный импульс. В каче-
стве входного параметра задано давление
компонентов топлива на входе в ЖРД.
Выходными параметрами модели явля-
ются расходы компонентов топлива, тяга
и удельный импульс ЖРД.
Уравнение влияние внешних фак-
торов имеет следующий вид:
AXj = Lcj Al),
i
где AXj- изменение характеристики
ЖРД, AFj - изменение внешнего фактора,
Cj -коэффициент.
Таким образом, была получена ма-
тематическая модель взаимодействия со-
ставных частей ЖРДУ, которая позволяет
определить влияние режима работы от-
дельного элемента ПГС на внешние ха-
рактеристики двигательной установки:
тягу и удельный импульс
В результате проведенного анализа
было определено, что особенности тече-
ния компонентов топлива через ротор
обуславливают основные потери давле-
ния на ТПР и вызывают повышенные
гидравлические потери в магистралях
подачи компонентов топлива на нештат-
ном режиме работы. Выявлено, что не-
смотря на повышение гидравлических
потерь на ТПР при нештатном режиме
работы на 144 % по магистрали горючего
и на 96 % по магистрали окислителя,
снижение давления на входе в двигатели
относительно номинального не превыша-
ет 4,2 % по горючему и 2,9 % по окисли-
телю, а изменение расхода компонентов
топлива через двигатель не превышает
0,18%.
Библиографический список:
1. Беляев Н.М., Расчет пневмогид-
равлических систем ракет; - М., 1983. -
219с.
2. ANSYS для инженеров: Спра-
вочное пособие; - М., 2004. - 407с.
References:
1. Beliayev N.M.,The rocket pneu-
matichydraulic systems calculation;-
Moscow,1983.- 219 c.
2. ANSYS for engineers: Directory-
Moscow, 2004. - 407 c.
44
SYSTEM-MATHEMATICAL SIMULATION OF ENGINES
PNEUMAHYDRAULIC POWER SUPPLY
©2015 N.R. Goryunova, A.A. Goryunov
JSC «SRC «Progress», Samara
The system approach for modelling of pneumatichydraulic power supply was considered in this work. The
simulation of supply systems of propellant components is presented as an example. The results of mathematical
modelling of hydraulic processes in the turbine expense converter on unnominal operational mode was presented.
Keywords: Mathematical model, hydraulic characteristics, boundary conditions, propulsion system, pneu-
mahydraulic system, the turbine expense converter
Информация об авторах:
Горюнова Нэлли Рашитовна, инженер-конструктор 2кат., аспирант САМГТУ,
АО «РКЦ «Прогресс», ул. Земеца 18, 2286547 E-mail: th0104@yandex.ru.
Область научных интересов: математическое моделирование, пневмогидравлические
системы, двигательные установки.
Горюнов Александр Александрович, ведущий инженер-конструктор АО «РКЦ
«Прогресс», ул. Земеца 18, 2286547 E-mail: al.goryunov@gmail.com.
Область научных интересов: гидрогазодинамика, математическое моделирование.
Goryunova Nelly, is a candidate SAMGTU, design engineer, JSC SRC “Progress”,
Zemetsa street 18, 2286547, E-mail: th0104@yandex.ru.
Research area: mathematical modelling, pneumatichydraulic systems, engines.
Goryunov Aleksandr, design engineer, JSC SRC “Progress”, Zemetsa street 18, 2286547,
E-mail: al.goryunov@gmail.com.
Research area - fluid dynamics, mathematical modeling.
45
УДК 621.075
ПРАВИЛА ОТБОРА ПРУЖИН ПРОЦЕССА СБОРКИ КЛАПАНОВ В ИЗДЕЛИИ
©2015 Е.В. Белов
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Представлен процесс сборки и испытаний дренажно - предохранительных клапанов, исследование
усилия пружины на ручной пресс и влияние неустойчивости пружины на герметичность клапана.
Ключевые слова: процесс сборки, клапан, узел, ручной пресс, пружины, фотометрических волны,
распределений неустойчивость
Дренажно-предохранительный кла-
пан (ДПК) — трубопроводная арматура,
предназначенная для защиты от механи-
ческого разрушения оборудования и тру-
бопроводов избыточным давлением, пу-
тём автоматического выпуска избытка
жидкой, паро- и газообразной среды из
систем и сосудов с давлением сверх
установленного. Клапан также должен
обеспечивать прекращение сброса среды
при восстановлении рабочего давления.
Предохранительный клапан являет-
ся арматурой прямого действия, работа-
ющей непосредственно от рабочей среды,
наряду с большинством конструкций
защитной арматуры и регуляторами дав-
ления прямого действия. Деталь которую
мы будем рассматривать входит в состав
сборки «Клапан». Пружина - упругий
элемент, предназначенный для накапли-
вания или поглощения механической
энергии. Пружины сжатия — рассчитаны
на уменьшение длины под нагрузкой.
Витки таких пружин без нагрузки не ка-
саются друг друга. Концевые витки под-
жимают к соседним и торцы пружины
шлифуют. Пружина, устройство, которое
благодаря собственной упругости вос-
станавливает свою первоначальную фор-
му после деформации. Сборка клапана
происходит так: сначала притирается де-
таль фланец и тарель с сохранением ан-
тикоррозионных свойств. На фланец
устанавливается прокладка и сильфон
затягивается на 2,5-3 грани. Во фланец
вкручивается штуцер. После этого про-
веряется герметичность прокладок по п.5.
Установить с помощью приспособления
пружину, сильфон закручивают на 90
градусов. На фланец поз 4 устанавлива-
ется корпус закручивается болтами.
После сборки проходит испытания по
п 6,7,8 тт чертежа.
В процессе сборки клапан проверя-
ется на герметичность мест уплотнения
прокладок, сильфона, посадки тарели.
Проводится испытание на срабатывание.
В процессе сборки ДПК сначала регули-
руется на избыточное давление в емко-
сти. Затем проверяют на герметичность
тарели, испытания на сохранность регу-
лировки, на расход. Для подтверждения
партии отбираются несколько ДПК для
прохождения периодических испытаний.
По этим испытаниям сборка проходит
более 150 срабатываний. Проведут кли-
матические испытания с температурой
+50+53, -50-53 и в парах азота. После
каждого из этих испытаний сборку про-
верят на герметичность и срабатывание.
После этих испытаний ДПК разберут.
Возьмем пружину соответствующую чер-
тежу. Постепенно нагружая пружину за-
мерим диаметры внутреннего и наружно-
го, межвиткового расстояния и высоту
пружины. Пружину нагружали постелен
46
но, с шагом 10 кгс от 0 до 80кгс. Базиру-
ется в 3 точках, прижимается сверху пла-
стиной. Усилие будет подаваться через
ручку ручного пресса. Результаты полу-
ченные сведены в табл. № 1.
Рис. 1 Испытать клапан на срабатывание 3 раза путем подачи и
сброса сжатыбаго боздуха доблением 43 кгс/см 2
Табл. № 1.
Кол-во за- меров Усилие Р,кгс Высота L, мм Межвитковое рас- стояние, I мм Нар. Диаметр, 2R мм Внутр. диа- метр, 2г мм
1 10 148,9 30,2 51,83 63,83
2 20 138,78 29 51,8 63,8
3 30 129,06 27,32 51,78 63,78
4 40 119,02 26,2 51,44 63,44
5 50 109,23 24,1 51,57 63,53
6 60 99,01 22,1 51,99 63,99
7 70 89,02 21 52,25 64,25
8 76 83,56 20 52,23 64,23
9 80 79,65 19,3 52,27 63,27
Рис. 2 Показан спектр Х<1 нелинейного взаимодействия изменения
внутреннего диаметра после 9 замеров.
47
Колебательная мода(к) витков (и)
пружины энергии будет перетекать к
другим модами из-за нелинейного взаи-
модействия. Рассмотрим одномерную
пружину с закрепленными концами вит-
ками (и = 0; и, = 6; п = 8 = N). Предпо-
ложим, что потенциал взаимодействия
(Н) содержит:
H=i . со
1 /=i Lz z J
х() — xN — 0.
Пусть пружина, имеет нормальные
координаты с помощью соотношения
витков:
где сок - собственные частоты (<у) пру-
жины с линейной моды (к) связанны
витками (w),
сок - 2sin(irk/lN}при (~N<k<N), ао-О,
и их амплитуды а,.
Максимальное значение номера мод
\к + к'+ к* + к"\ есть количество витков
47V.
Имеем следующие функции моды:
к + к'+ к* + к" = 0, D(o)=l, (3)
к + к'+ к* + к" = ±2N, £>(± 2/V) =-1, (4)
k + k' + k' + k” = +4N, £>(±4W) = 1. (5)
Функции моды
D(k + к’ + к" + кт) = 0 для остальных зна-
чений моды (к + к' + к" + к'”). Уравнение
(3) дает правило отбора пружин.
Если возбуждена к0 мода, а для
остальных мод в начальный момент вре-
мени ак =0, то ускорение движения рав-
но:
а” - -й)к ак -ЗЛй)^ ак , (6)
*0 к() к() к() к()
что позволяет выразить первоначально
возбужденное колебание амплитуд ак
через эллиптические функции сечений
витков пружин. Спектр связанных состо-
яний (|2| > 1) и их асимптотический вид
сборки более существенны для распро-
странения нелинейных колебаний, чем
состояния [Л]< 1 непрерывного спектра.
При числе полных витков имеют
следующие наборы к^к^к", которые
позволят удовлетворить условию (3),
накладывающему требования на моды
\к + к + к + к |:
к' = -к,к” = -к” = к0 и эквивалентные
(6 наборов), (7)
-к' = к" -—к" -к и эквивалентные
(3 набора), (8)
Если никакие члены не удовлетво-
ряют условию пружины
D(k + к'+ к" + к1”) / 0 и в начальный мо-
мент времени ак = 0, то все время сборки
ак - 0. Это означает, что мода к не воз-
буждается модой к0. Однако для особых
значений больших давлений клапана, та-
ких как моды kt = 3 к0 или
к} =±(2У-3£0) (9)
а _и^еют три набора значений:
^=\к"\ = кл' = к0, (10)
которые удовлетворяют условиям
(3) или (4), т.е. D(kt + к' + к" + к’*) * 0.
Член 6 Л Яд слева возник из-за (7),
и в этом случае к-к + к0-к0 = 0.
Если для примера взяли за основу
теорию нелинейных решеток М. Тогда
при этом пружина имеет витки
N = 8, к0 = 5, а начальное состояние
процесса сборки есть амплитуда:
а5 = a cos to5t. (11)
Это состояние после сборки клапа-
на сохраняется в течение некоторого
времени, и (11-13) имеют уравнения
Матье:
^-^ + (ак + 2hk cos2r)a*, (12)
а т
где
т = й)5 Z,
<ак =(бУЛ/<У5)2(1 + ЗЛа2),. (13)
hk =(й)к/й)5УзЛа2/2
Параметры системы ординат оси ак и
среднее расстояние между витками
апсцис hk определяются как функции от
48
коэффициентов амплитуды Л а2 и частот
индекса моды а>к из (13) таблица №2.
Табл. №2. Расчет амплитуды функции от А а2 и сок пружины клапана
к 2 ak 2 a2 sin (я к/2 /V) (^M)2
1 72,42/102,62 0,5 0,27 0,19 0,39 0,06
3 75,30/102,62 0,52 0,28 0,56 1,11 0,45
5 78,50/102,62 0,59 0,31 0,83 1,66 1,00
7 81,62/102,62 0,63 0,33 0,98 1,96 1,39
Первый вывод: если из групп
пружин надо выбрать одну пружину по
правилу отбора, тогда положение сборки
является решение устойчивости пружины
клапана.
Второй вывод: если пружина рабо-
тает нормально, то клапан будет герме-
тичен.
рис.З Область устойчивости и
неустойчивости пружины
Рис. 3 Связывает уравнение (12), где видна область сборки.
Когда 2 а2 =0,28, только к=5 находится в
области неустойчивости. Поэтому един-
ственной модой пружины, чья энергия
возрастает в клапане, будет решение ко-
лебаний сборки.
Библиографический список:
1. Рыльцев И.К., Журавлев А.Н.
Структурно упорядоченная технология
сборки изделий тяжелого машинострое-
ния // М.: Машиностроение-1, 2007. 329
с.
2. Советов Б.Я. Теория информации
// JI.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1977. 184 с.
3. Тода М. Теория нелинейных ре-
шеток // М.: Мир. 1984. 264 с.
References:
1. Ryltsev I.K., Zhuravlyov A.N.
Structurally the ordered technology of as-
semblage of products of heavy mechanica
49
engineering//M: Машиностроение-1, 2007.
329 with.
2. Information B.Ja.Teorija's Coun-
cils//JI: Publishing house Leningr. Un y,
1977. 184 with.
3. Toda M. Theory of nonlinear lattic-
es. M.: Mir. 1984. 264 p. (In Russ.).
RULES OF TAKEOFF OF SPRINGS OF PROCESS OF ASSEMBLY
OF VALVES IN AN ARTICLE.
©2015 E.V. Belov
JSC «SRC «Progress», Samara
Process of assembly and trials дренажно - pressure-relief valves, spring pressure probe on a hand press and
influence of instability of a spring on leakproofness of the valve is presented.
Key words: assembly process, the valve, a node, a hand press, springs, photometric waves, distributions
instability
Информация об авторах:
Белов Евгений Валерьевич - инженер лаборатории сборки изделий и является по
совместительству аспирантов на кафедре факультета МиАТ Самарского государственного
технического университета belovjenua@mail.ru, АО РКЦ Прогресс ул. Земеца, 18,
г. Самара, Россия, 443009; Тел.: 89649762013
Belov Evgenie Valerevich - the engineer of laboratory of assembly of articles also is in
combination post-graduate students on chair of faculty MiAt of the Samara state technical uni-
versity belovienua@mail.ru, JSC SRC Progress Street Zemetsa, 18, Samara, Russia, 443009;
Bodies.:89649762013
50
УДК 621.075, 519.722
ПОСТРОЕНИЕ ПРОЦЕССА СБОРКИ ПРИ УСЛОВИИ ДИНАМИКИ
ДРЕНАЖНО-ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА
©2015 И.К. Рыльцев1, Е.В. Белов2
1 ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет», г. Самара
2 АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Процесс сборки рассматривает динамику узла изделий при условии отсутствия информации в закры-
том аппарате на производстве. В сборке участвуют четыре детали клапана, связанные с нелинейной пружи-
ной, при этом формируется функция распределений случайных состояний величин. Фотометрические гра-
фики пружины дают вычисление максимума энтропии. Динамика узлов, как выход на стационарное состоя-
ние, асимптотическая сходимость, связаны с математической информацией. Получены явления индукции
пружины перед процессами сборки клапана в изделии.
Ключевые слова: процесс сборки, клапан, узел, ручной пресс, пружины, максимизация энтропии, фо-
тометрических волны, распределений неустойчивость.
Испытать клапан на срабатывание 3 раза путем подачи и
сдроса сжатыдаго Воздуха давлением 43 кгс/см 2
1. Введение. Дренажно-
предохранительный клапан (ДПК) —
трубопроводная арматура, предназначен-
ная для защиты от механического разру-
шения оборудования. ДПК срабатывают
если появляется избыточное давление в
системе, автоматически выпускает жид-
кой, пара- и газообразной среды из си-
стемы. Клапан должен обеспечивать пре-
кращение сброса среды при восстановле-
нии рабочего давления. Предохранитель-
ный клапан является арматурой прямого
действия, работающей непосредственно
от рабочей среды. Наряду с большин-
ством конструкций защитной арматуры
рис.1 дают регуляторами давления пря-
мого действия. Основная деталь входит в
состав сборки клапана, при этом мы бу-
дем рассматривать правило выбора пру-
жин.
Нестационарных процессов являет-
ся упругий элемент пружины, предназна-
ченный для накопления или поглощения
механической энергии [2]. Сжатия пру-
жины Ls - f(l,P) рассчитаны на умень-
шение ее длины под нагрузки Р * 0. Вит-
ки ие Ане касаются, друг друга без
нагрузки Р = 0 таких пружин. Концевые
витки пн, пк шлифуют торцы пружины с
шероховатости Ru = 0,24 мкм при задан-
ных внутренней ограничениях. Пружина
связано с устройством, в котором благо-
даря собственной упругости восстанав-
ливает свою первоначальную форму по-
сле деформации. Операция сборки клапа-
на происходит с детали притирки фланец
51
при этом сохранением антикоррозионных
свойств. На фланец устанавливается про-
кладку, и сильфон затягивается на 2,5-3
грани. Во фланец вкручивается штуцер.
После этого проверяется герметичность
прокладок. Установить с помощью при-
способления пружину, сильфон закручи-
вают на угол 90градусов.На фланец уста-
навливается корпус, и закручиваются
болтами. После процесса сборки прохо-
дит циклами испытаний ДПК стремиться
к состоянию системы, в которой сборки
дает с максимально возможной скоро-
стью закрытого клапана.
В процессе сборки клапан прове-
ряется на герметичность мест уплотнения
прокладок, сильфона, посадки тарели.
Проводит испытание на срабатывания
при этом системы получить недостаю-
щую информацию и процесса сборки ре-
жим положения и выбора пружины кла-
пана. В процессе сборки ДПК с начало
регулируют на избыточное давление в
емкости. Затем проверяют на герметич-
ность тарели, испытания на сохранность
регулировки, на расход. Для подтвержде-
ния партии отбираются несколько ДПК
для прохождения периодических испыта-
ний. По этим испытания сборка проведет
циклы 150 срабатываний. Для проверки
климатических испытаний от температу-
ры 0И = (+50; + 53)° С до температуры
0К = (-50;-53)°С в парах азота. При
постоянном объеме внутри клапана вели-
чина Cv изменяется на длину пружины.
При постоянном давлений Ср изменение
в том же диапазоне температур. При этом
имеет сложный характер операции сбор-
ки ДПК. После каждого из этих испыта-
ний сборку проверят на герметичность и
срабатывание пружин. После этих испы-
таний ДПК разобрав. После разборки
клапана деталь пружины надо испытать
на установке прессом. Решив постепенно
нагружая пружину замерить диаметры
внутреннего и наружного, межвитковое
расстояние и высоту пружины. Пружину
нагружали постепенно силой с шагом 10
кгс от 0 до 80кгс. Базируется в 3 точках,
прижимается сверху пластиной. Усилие
пружины изменяются при работе ручного
пресса. Результаты испытанийснеравно-
весным процессом пружины, полученные
в табл. 1.
Табл. 1. Статистической случайные величины пружины
i- Усилие Р,кгс Высота Н, мм Межвитковое рас- стояние!мм Наружного диаметра D=2R,mm Внутреннего диаметра d=2r,MM
1 10 148,9 30,2 51,83 63,83
2 20 138,78 29 51,8 63,8
3 30 129,06 27,32 51,78 63,78
4 40 119,02 26,2 51,44 63,44
5 50 109,23 24,1 51,57 63,53
6 60 99,01 22,1 51,99 63,99
7 70 89,02 21 52,25 64,25
8 76 83,56 20 52,23 64,23
9 80 79,65 19,3 52,27 63,27
52
Рис. 2
На рис. показано спектр А,<1 нели-
нейного взаимодействия изменения внут-
реннего диаметра после 9 замеров внеш-
него воздействия.
Максимума информации от прин-
ципов энтропии надо использовать для
анализа динамики деталей ДНК, из кото-
рых параметры устойчивости и скорости
затухания переходных процессов явля-
ются оценки отклонения от предельных
режимов.
2. Принцип максимума энтропии
узла пружины под сборки клапанов.
Получить статистической переходных
процессов на основе информационной
энтропии. Изобразим переходного про-
цессом волны действия пружины от дей-
ствия жидкости волны, когда два дей-
ствий в емкости резервуаре, как фото-
метрии ае А амплитуда и времени t.
53
Рис. 3. Графики ансамблей волн связаны с четных витков пружины
Исследует нелинейной динамики
пружины в неравновесную систему с
объемом V и границей волны Q жидко-
сти при этом использует состояния вит-
ков со времени перед сборкой. Метод оп-
тимального управления положений ди-
намики витков пружины для построения
моделей механических клапана сложных
закрытой пространства системы ДПК. На
основе экстремальных параметров мате-
матической ожиданий и дисперсии зада-
ем принцип сборки как целевого функци-
онала модели динамики узлов на движе-
нии пружины, определить уравнения ди-
намики системы. На открытом простран-
ство устройстве фотометрии графиков,
является траекторий витков пружины с
непрерывными распределениями мно-
жеств значений параметров состояний.
После данных экспериментальных
на фотометрии волны получены табл.2
функции распределения многомерной
Р (a, t) случайной величины а.
Табл. 2. Дискретных распределения динамики переходных режимов узел клапана.
Амплитуд А, мм Время1с 1
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
«п 4 -1 0,5 -1,2 0 -1,1 -0,5 -0,7 -1,8 -1,3 -0,9
а12 5 0,1 -0,5 0,2 -0,3 -0,1 -0,5 -0,2 -0,5 -0,3 -0,3
а] 3 3 -0,5 -1 0,5 -1 0,1 -0,5 -0,7 -0,3 -0,1 -0,2
Из данных графики фотометрии
волны жидкости рис. 3 учитывается три
уровня базовой угловых пружины функ-
ции амплитуд а,; е A, i = 0,..., л-; j -1,2,3
табл.2. Определяется независимые и оди-
наково распределение параметров веро-
ятностей математическое ожидания и
дисперсии Dj
к
где w - частота появления данного
события; N - общее количество измерен-
ных волн; к - количество интервалов. Эта
функции неизвестна от действий пружи-
ны с динамики деталей узла [1]и, опреде-
лить информации о системы закрытого
свойство объектов ДПК. Устройство от-
крытых механических систем, модели
динамики узла базой пружины нелиней-
ным оператором описывается дифферен-
циальных уравнений:
54
x = f(x,u,t), (3)
где xe Rn - вектор состояния реаль-
ного узла, и - вектор входных перемен-
ных параметром пружин, t > 0.
Минимизация функционала реально
открытых механических систем возмож-
ные траектории {%(/), и (г)} ограниченная
пространство устройств. Для процесса
сборки метода скоростного градиента [5]
нелинейного движений клапана, что яв-
ляются управления, пружены ДПК. Мо-
дель движений пружины зависит от алго-
ритмов скоростного градиента в конеч-
ной форме управлений:
u = -rVuQr (4)
Здесь Qt - скорость изменения це-
левого функционала вдоль траектории
клапана системы ДПК (3).Схему ско-
ростного градиента класса моделей ди-
намики (3) является отношением:
х — и. (5)
Соотношение (4) означает измене-
ния скоростей переменных состояния уз-
лов клапана. Процесс сборки системы
ДПК нужно иметь целевой функцию
иметь уменьшению текущего значения
<2(x(f)), после чего динамики может быть
выписан в виде (4) как правило, процесса
обратим устойчивости волны на базовой
пружины [6] и скорости затухания пере-
ходных режимов.
Допустим, что синтез сборки объек-
та имеет информации[3] о некоторых
средних значениях работы ДПК в устано-
вившемся режиме принципу максимума
энтропии.
Для функции плотности распреде-
ления примерно верно:
J р(а, t)da = l, при tmax= const, (6)
где Q - компакт волны жидкости от
волны витков пружины P(a,t) - плотность
вероятности амплитуда во времени.
Условий (6) в общем сборки не хва-
тает P(a,t) для работы ДПК и требует
разборки. В случае под сборки жидкой
среды наиболее объективный способ
определить функции распределения фо-
тометрии с помощью максимизации ин-
формационной энтропии:
=-jp(a,t)log(p(a,t)) da. (7)
Поиск максимума S, с использо-
ванием дополнительных условий (3,4)
выполняется при помощи множителей
Лагранжа Лт и надо приводить к резуль-
татам:
p(a,t) = yexp
т=1,2....М (8)
где Lm=(nxd+hx <5 п)т - длина пру-
жины от уровней давлений, <5 п- зазоры
между витков ne N,
те М - индексов зависимости тремя
уровней волновой жидкости от внешних
воздействий пружины.
Используя в качестве плотность
распределений (8) условий длины пру-
жины связанные с разносных колебаний,
которые может повторяться многократно,
вычисляется по траекториям случайного
процесса нелинейных алгебраических
системы ДПК. С помощью сборки выбо-
ра скалярного произведений (a,t)случай-
ных величин показывает максимум ин-
формационной энтропии, что узла клапа-
на, отождествлен с динамической систе-
мы. Результатов информации энтропии
при подготовке сборки узлов. Витков и
фазовых опорных торцевых пружин эк-
вивалент колебаний жидкости показано
натабл.З.
55
Рис.4 фотография пружины.
Таблица 3. Энтропии Hj(n, ф )колебаний жидкости от динамики пружины
переходных режимов.
Эксперимента фазо- вых углами пружины Витков пружины
П=1 п=3 п=5
0 4 2,6 0,7
30 -3,46 2,25 0,606
60 2 1,3 0,35
180 4 2,6 0,7
3. Правила выбора пружины пе-
ред процессами сборки клапанов. Ко-
лебательную моду (К) витков (и) пру-
жины энергии будет перетекать к другим
мода из-за нелинейного взаимодействия
системы [4]. Рассмотрим одномерную
пружину с закрепленными концами вит-
ками (и = 0; и, = 6; п = 8 = 7V). Предполо-
жим, что потенциал взаимодействия (Я)
содержит:
= xN = 0.
(8)
Пусть пружина, имеет нормальные
координаты с помощью соотношения
витков:
g-iTT jk/N
(9)
где сок - собственные частоты (<у) пру-
жины с линейной моды (к) связанные
витками (я),
й)к = 2sin(xк/2N)при (- N < к < N), л() = 0, ак=а_к
и их амплитуды a i.
Максимальное значение номера мо-
ды |А:+ есть количество вит-
ков 4N . Имеем функции моды:
к + к'+ к" + к" = 0, £>(о)=1, (10)
к + к' + к' + к” = +2N, £>(±2У) = -1, (11)
к + к' + к' + к" = ±4N, D(±4N)=\. (12)
Функции моды
D(k + к'+к*+к'"') = 0 для остальных зна-
чений моды (к + к'+ к" + к1”). Уравнение
(10) дает правила отбора пружин. Если
возбуждена к0 мода, а для остальных мод
56
в начальный момент времени ак =0, то
ускорение движения равно:
ак = ~tolak -ЗЛсо^ а3к , (13)
К() Kq Kq kg к0 v 7
что позволяет выразить первона-
чально возбужденное колебание ампли-
туд через эллиптические функции се-
чений витков пружин. Спектр связанных
состояний (|Л| > 1) и их асимптотический
вид сборки более существенны для рас-
пространения нелинейных колебаний.
При числе полных витков имеют следу-
ющие наборы к', к”, к", которые позволят
удовлетворить условию (10), накладыва-
ющему требования на моды
|Л + Г+к'+к”\:
к' - -к, к" - -к" = к0 и эквивалентных (6
наборов), (14)
-к'- к' =-к" = к и эквивалентным (3
набора), (15)
Если не удовлетворяют условию
пружины,D(k + k' + к” + к”}* все
время сборки амплитуда ак =0 не дает
поток энергии. Это означает, чтоа^ =0
мода к не возбуждается модой к0. Одна-
ко для особых значений больших давле-
ний клапана, таких как моды к{ = 3 к0
или к, =±(27V-3fc0). имеют три набора
значений: 'j = К *| = = , которые
удовлетворяют условиям (10) или (11),
т.е. D(kt + к'+ к" + к") * 0. Член бЛако
слева возник из-за (14), и в этом случае
Табл 3.
к-к + к0-к0 = 0. В дальнейшем энергия
пружины будет перетекать и к другим
модам. Однако не может увеличиваться
энергии закрытие клапана. Энергия моды
может увеличиваться только в том слу-
чае, если она находится в области неста-
бильности. Для пружины есть энергия
моды, которая может возбуждаться в
клапане. Будем возрастать только тогда,
когда удовлетворены два условия сборки:
1) правила отбора пружин перед сборка-
ми, 2) условия неустойчивости клапана.
Если для примера взяли за основу теории
нелинейных решеток при этом пружина
имеет витков N = 8, к0 = 5, то началь-
ное состояние процесса сборки есть ам-
плитуда: а 5 = a cos 6У51. Это состояние
после сборки клапана сохраняется в те-
чение некоторого времени уравнений
Матье:
- ~+[ак + 2h2k cos2r)ak, (16)
d т
где
Т = а>51,
<ак =(^/<У5)2(1 + ЗЛа2),. (17)
h2k =(й)к/й)5)2 ЗЛа2 /2
Параметры системы ординат оси
ак и среднее расстояние между витками
абсцисс hk определяются как функции от
коэффициентов амплитуда Ла2 и частот
индекса моды а>к из (17) табл. 3.
к ак at Ла2 sin(^ к/2 N) Ч НИ)2
1 72,42/102,62 0,5 0,27 0,19 0,39 0,06
3 75,30/102,62 0,52 0,28 0,56 1,11 0,45
5 78,50/102,62 0,59 0,31 0,83 1,66 1,00
7 81,62/102,62 0,63 0,33 0,98 1,96 1,39
57
Расчет функции от Я. а2 и (ок пру-
жины клапана связывает уравнений(17) и
видна область сборки пружин при посто-
янном объеме Cv и постоянном давлении
Ср. Когда Я а2 =0,28, только к=5 нахо-
дится в области неустойчивости. Поэто-
му единственной модой пружины, чья
поток энергии возрастает в клапане, бу-
дет решения колебаний сборки.
Заключение. Первой вывод: если
из групп пружин надо выбрать одну пру-
жину по правилу отбора, тогда положе-
ний сборки является решений устойчиво-
сти клапана. Второй вывод: если работает
устойчивости пружины, то будет свой-
ства герметичности клапана. Информа-
ционной энтропии работы ДПК учитыва-
ет экстремальной принципы динамики
пружины и определяется систем и их
процессов. Построения моделей динами-
ки нестационарных процессов клапана
имеет оценки информации условия, от
которых использует управления ограни-
чений угловых параметров деталей пру-
жины относительно процессами их сбор-
ки. Целенаправленного среды колебаний
пружины термодинамике и жидкой воз-
действия учитывается недостающую ин-
формацию, и определить выбор направ-
ления угловых параметры пружины явля-
ется уравнениями динамической функции
плотности распределения для ограниче-
ний в виде закона сохранения массы и
закона сохранения энергии колебаний
системы. В качестве функции для рас-
пределения колебаний пружины с жид-
кой среды и совпадает с распределением
функции неустойчивости системы, и
определяли траекторию пружины ДПК.
Библиографический список:
1. Зубарев Д.Н. Статистическая ме-
ханика неравновесных процессов //М.:
Физматлит, 2002. 432 с.
2. Рыльцев И.К., Журавлев А.Н.
Структурно упорядоченная технология
сборки изделий тяжелого машинострое-
ния // М.: Машиностроение-1, 2007. 329
с.
3. Советов Б.Я.Теория информации
// Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1977. 184 с.
4 Toda М. Теория нелинейных ре-
шеток // М.: Мир. 1984. 264 с.
5. Фрадков А.Л., Кривцов
Л. АТ Принцип скоростного градиента в
описании динамики систем, подчиняю-
щихся принципу максимум энтропии // В
кн.: Нелинейные проблемы теории коле-
баний и теории управления. Вибрацион-
ная механика. СПб.: Наука, 2009.
6. Циглер Г. Экстремальные прин-
ципы термодинамики необратимых про-
цессов и механика сплошной среды // М.:
Мир. 1966. 134 с.
References:
1. Zubarev D.N. Statisticheskaja me-
hanika neravnovesnyh processov[Statistical
mechanicsof nonequilibrium processes]. M.:
Fizmatlit. 2002. 432 p. (In Russ.).
2. Ryltsev I.K., ZhuravlyovA.N.
structurally the ordered technology of as-
semblage of products of heavy mechanical
engineering//M: Машиностроение-1, 2007.
329 with.
3. Information B.Ja.Teorija's Coun-
cilsZ/Л: Publishing house Leningr. Un y,
1977. 184 with.
4. Toda M.Theory of nonlinear lattic-
es. M.: Mir. 1984. 264 p. (In Russ.).
5. Fradkov A.L., Krivcov A.M.
[Speed-gradient principle to describe the
dynamics of systems
subject to the principle of maximum
entropy]. Nelinejnyeproblemyteoriikolebanij
iteoriiupravlenija. V ibracionnaj ame-
hanika - Nonlinear problems of oscillation
theory
and control theory, vibrational me-
chanics. SPb.:Nauka, 2009. (In Russ.).
6. Cigler G. Jekstremal'nyeprin-
cipytermodinamikineobratimyh pro-
cessovimehanika
sploshnojsredy[Extreme principles of
irreversible thermodynamics and continuum
mechanics]. M.: Mir. 1966. 134 p. (In
Russ.).
58
CONSTRUCTION OF PROCESS OF ASSEMBLAGE UNDER CONDITION OF DY-
NAMICS OF A DRENAZHNO-SAFETY VALVE.
©2015 1-K.Ryltsev1, E.V.Belov2
1 The Samara State technical university, Samara
2 JSC «SRC «Progress», Samara
Assembly process considers dynamics of a node of articles under condition of absence of the information of
the enclosed device on manufacture. In assemblies four details of the valve linked with a nonlinear spring opened by
a plant thus shapes functions of distributions of casual conditions of magnitudes. Photometric a phase drawing of a
spring gives evaluations of a maximum of an entropy. Dynamics of nodes as an exit on a steady state asymptotic
convergence, are linked from the mathematical information. The phenomena of an induction of a spring before pro-
cesses of assembly of the valve in an article are received.
Keywords: assembly process, the valve, a node, a hand press, springs, maximisation of an entropy, photo-
metric waves, distributions instability
Информация об авторах:
Белов Евгений Валерьевич - инженер лаборатории сборки изделий, является ас-
пирантом на кафедре факультета МиАТ Самарского государственного технического уни-
верситета belovienua@mail.ru, АО «РКЦ «Прогресс» ,ул. Земеца, 18, г. Самара, Россия,
443009; Тел.:89649762013
Рыльцев Игорь Константинович - д-р техн, наук, профессор кафедры технологии
машиностроения ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет».
Область научных интересов: управление технологии сборочных машин и математическое
моделирование с упорядоченных системами. Число научных публикаций - 95., СамГТУ;
ул. Молодогвардейская, 244, г. Самара, Россия, 443100; Тел.: 332-10-90 ikryltsiev@mail.ru.
Bels Evgenie Valerevich - the engineer of laboratory of assembly of articles also is in
combination post-graduate students on chair of faculty MiAt of the Samara state technical uni-
versity belovienua@mail.ru , JSC «SRC «Progress», Street Zemetsa, 18, Samara, Russia,
443009; Bodies.:89649762013
Ryltsev Igor Konstantinovich - a Dr.Sci.Tech., the professor, chairs of technique of ma-
chine industry of FGBOU ВПО «Samara state technical university». Area of scientific interests:
control of technique of assembly cars and mathematical simulation with arranged by systems.
Number of scientific publications - 95.ikryltsiev@mail.ru, SamGTU; street Molodogvardejsky,
244, Samara, Russia, 443100; Ph.: 332-10-90
59
IV Всероссийская научно-техническая конференция
«Актуальные проблемы ракетно-космической техники»
(IV Козловские чтения)
Секция 5. Направление 1: Испытания ракетно-
космической техники
60
УДК 629.7.018
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ,
ВОЗНИКАЮЩИХ В ПРОМЕЖУТКАХ ВРЕМЕНИ МЕЖДУ
ИСПЫТАНИЯМИ СИСТЕМ ИЗ СОСТАВА ИЗДЕЛИЙ РКТ,
В ПРОЦЕССЕ ИХ ПОДГОТОВКИ К ПУСКУ
©2015 Д.Ю. Шайкина
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Предложена методика определения степени влияния внешних факторов, возникающих в промежутках
времени между испытаниями систем из состава изделий РКТ, в процессе их подготовки к пуску. Определен
подход к оценке эффективности конкретных испытаний с учетом влияния внешних факторов.
Ключевые слова: эффективность, испытание, система, внешний фактор, воздействие, вероятность
обнаружения, отказ
При оценке эффективности испыта-
ний систем, входящих в полный цикл
подготовки изделий РКТ, учитываются
отказы системы, которые были выявлены
по результатам этих испытаний, и те от-
казы, которые не были выявлены.
При этом, в одних случаях, отказ
системы мог быть обнаружен в ходе ис-
пытания, так как возник до его начала, а в
других - отказ произошел в результате
влияния внешних факторов, которые воз-
никли уже после проведения испытания,
и оно фактически не могло этот отказ об-
наружить.
Таким образом, возникает необхо-
димость определить, мог ли произошед-
ший отказ быть обнаружен в ходе прове-
дения испытания, или нет.
В настоящей статье автором пред-
ложена методика учета влияния внешних
факторов, возникающих в промежутках
времени между испытаниями системы,
которая позволяет ответить на этот во-
прос.
Для общего описания методики бе-
рется условная система АВС, состоящая
из неделимых элементов (неделимый
элемент (НЭ) - это отдельный блок, ко-
торый весь период подготовки системы
испытывают целиком).
В общем виде технология подго-
товки системы из состава изделия РКТ до
запуска его в космос соответствует схе-
ме, представленной на рис. 1
Полный цикл подготовки системы
61
(I)
Количество испытаний изменяется
от i=l до п.
Количество промежутков изменяет-
ся 0Tj=l до к.
Задача подготовки системы АВС
состоит в том, чтобы предупредить воз-
никновение отказов системы при эксплу-
атации. При этом с точки зрения надеж-
ности система АВС рассматривается как
последовательное соединение ее элемен-
тов, т.е. отказом системы АВС считается
отказ хотя бы одного из НЭ, входящих в
ее состав.
Таким образом, технология подго-
товки эффективна тогда, когда в про-
цессе эксплуатации система работает без
сбоев.
При этом можно выделить коэффи-
циент эффективности испытания, вхо-
дящего в цикл подготовки:
•ЗД.НЭ ___Оисп 1_
•^Тисп i ~ пнэ . пнэ
Vисп i-’"’* исп i+n
где ЭфисП t - это коэффициент эффектив-
ности i-ro испытания неделимого эле-
мента (НЭ) системы ;
Оисп/- это количество отказов НЭ,
обнаруженное по результатам i-ro испы-
тания;
Оисп i+n~ это количество отказов
НЭ, которое было обнаружено в ходе по-
следующих после i-ro испытаний.
Коэффициент эффективности испы-
тания учитывает количество отказов, вы-
явленных в ходе его проведения и коли-
чества отказов, которое оставалось не
выявленным до проведения этого испы-
тания.
Если Эф^п( = I, то испытание счи-
тается абсолютно эффективным, если
Эфисп i = 0 , то испытание считается аб-
солютно неэффективным.
Но если испытание абсолютно эф-
фективно, то дальнейшие испытания, в
которых участвует данная система, не
нужны, они излишни. На сто процентов
это можно сказать только тогда, когда на
систему не воздействуют абсолютно ни-
какие внешние факторы. Но любое изде-
лие РКТ и входящие в его состав системы
в процессе подготовки к пуску подверга-
ются воздействию различных внешних
факторов, которые возникают как в про-
цессе испытания, так и в промежутке
между ними. И, если отказы системы,
возникшие в процессе самого испытания,
обнаруживаются сразу на месте, то отка-
зы, которые возникли в процессе, напри-
мер, длительной транспортировки, или
хранения, или переключения датчиков во
время входного контроля, могут быть об-
наружены только в ходе последующих
испытаний.
Собственно, поэтому и возникает
необходимость проведения нескольких
испытаний, повторяющих друг друга.
При этом, нельзя с точностью сказать,
является ли испытание неэффективным
(если на последующих этапах был обна-
ружен отказ системы), не учитывая коли-
чество внешних факторов (воздействий)
на систему (после проведения испытания
и до обнаружения отказа), их тяжесть и
вероятность возникновения отказов в
процессе влияния этих внешних факто-
ров.
Для того, чтобы учесть влияние
внешнего воздействия на систему в про-
цессе проведения ее подготовки, необхо-
димо ввести поправку Кпопр к формуле
(1).
В общем виде для системы АВС,
состоящей из неделимых элементов(НЭ)
А, В и С, методика определения степени
влияния внешних факторов, возникаю-
щих в промежутках времени между ис-
пытаниями систем из состава изделий
РКТ в процессе их подготовки к пуску
будет выглядеть следующим образом:
I. Проводится изучение технологии
подготовки системы, по результатам ко-
торого определяют, какие именно испы-
тания системы и ее элементов проводят-
ся, какие существуют промежутки вре-
мени между испытаниями, какие внеш-
ние факторы могут воздействовать на
элементы и систему в целом в эти про-
межутки времени.
Такими факторами могут быть кли-
матические (скачки температуры, давле-
ния, повышение влажности выше допу-
стимой), механические (удар, тряска),
биологические (плесень, грибки, грызу-
ны), радиационные, электромагнитные,
ошибочные действия персонала и тд.
62
В случае систем из состава ракетно-
космической техники, эти данные фикси-
руются специализированными система-
ми, устанавливаемыми на контейнерах во
время перевозки системы (СКРУТ - си-
стема контроля и регистрации условий
транспортирования), на технических
комплексах (СКРВ - система контроля
регистрации воздействий) и т.д, а так же
обнаруживаются в процессе многосту-
пенчатого контроля над проведением ис-
пытаний.
2. Проводится статистический ана-
лиз отказов системы и ее элементов в
процессе подготовки в прошлые перио-
ды (в случае отсутствия наработанной
базы проводится анализ систем-
аналогов). Статистический анализ прово-
дится по соответствующей базе данных,
которая пополняется по результатам
оценки телеметрической информации.
В результате анализа выявляются
следующие данные:
- количество отказов элементов си-
стемы, выявленных в процессе наземной
подготовки и эксплуатации.
- выявление испытаний, по резуль-
татам которых эти отказы был обнаруже-
ны
- выявление предположительной
причин возникновения отказов (эксперт-
ная оценка, которая так же приводится в
базе данных)
3. По результатам, полученным в п.
1 и 2, рассчитывается условная вероят-
ность возникновения отказа НЭ в к-м
промежутке между испытаниями по
формуле (2):
Гнэ
НЭ ____ ПРОМ * /п\
пром к ук i/НЭ ’
^7=1 * пром j
где Wnp0M к - это вероятность возникно-
вения отказа НЭ на промежутке к;
УПром к это количество внешних факто-
ров, влияющих на НЭ в промежутке к;
УПром/ _ это сумма внешних факто-
ров, влияющих на НЭ во всех промежут-
ках до испытания, в котором был обна-
ружен отказ.
Вероятность возникновения отказа
является здесь условной потому, что дан-
ные по количеству зарегистрированных
внешних воздействий не всегда совпада-
ют с реальным количеством воздействий,
повлиявших на систему в процессе под-
готовки, несмотря на то, что эти данные,
как говорилось выше, регистрируются
специальными системами, такими как
СКРУТ, СКРВ и т.д.
4. По результатам, полученным в
пункте 3, делается вывод о том, на каком
именно промежутке времени между ис-
пытаниями мог произойти отказ.
Для большей достоверности выво-
дов полученный результат сравнивается с
экспертной оценкой, указанной в базе.
Если данные совпали, приступают к
шагу 5. В противном случае - проводится
дополнительная экспертная оценка при-
чин возникновения отказа системы, либо
перепроверяются расчеты по представ-
ленной методике и данные, полученные в
предыдущих пунктах.
5. Суммируется количество отказов
НЭ, возникших из-за воздействия внеш-
них факторов на данном промежутке
(выявлено в п. 4)за все время проведения
испытаний системы АВС и ее НЭ по ис-
следуемой технологии, и получаем зна-
чение A^np0Mfc.- количество проведенных
испытаний, когда был зарегистрирован
отказ НЭ, возникший после воздействия
внешних факторов на k-м промежутке;
6. Определяем частоту возникнове-
ния отказов конкретного НЭ из состава
системы АВС на k-м промежутке между
испытаниями за все время существования
системы АВС по формуле (3):
ЛГНЭ .
дНЭ _ "npoMfc р'
^пром к мнэ , IP 7
1'пром к
А„р0М к - частота возникновения отказов
НЭ на промежутке к;
Мпром к ~ общее количество проведен-
ных испытаний НЭ по исследуемой тех-
нологии.
Этот показатель характеризует тя-
жесть воздействия внешних факторов,
влияющих на систему и ее НЭ, возника-
ющих в выбранный промежуток между
испытаниями.
7. По табл. 1 находим поправочный
коэффициент Кпопр к формуле (1)
Этот коэффициент и будет показа-
телем того, насколько испытание, «про-
63
пустившее» отказ, могло этот отказ обна-
ружить.
Табл. 1 Коэффициент поправки для оценки эффективности испытания
^попр дНЭ пром к Характеристика
1 1 В процессе испытания i не мог быть обнаружен отказ, воз- никший в дальнейшем, так как отказ произошел в результате по- следующих внешних воздействий
0.9 (0.8-0.9) В процессе испытания i не мог быть обнаружен отказ, возник- ший в дальнейшем, так как отказ, скорее всего, произошел в ре- зультате последующих внешних воздействий
0.8 (0.7-0.8] В процессе испытания i обнаружение возникшего отказа было маловероятно, так как отказ мог произойти в результате последу- ющих внешних воздействий
0.7 (0.6-0.8] В процессе испытания i обнаружение возникшего отказа было маловероятно, так как возможность возникновения отказа в даль- нейшем выше средней
0.6 (0.5-0.6] В процессе испытания i обнаружение возникшего отказа было вероятно, так как возможность возникновения отказа в дальней- шем средняя
0.5 (0.4-0.5] В процессе испытания i обнаружение возникшего отказа было вероятно, так как вероятность возникновения отказа в дальней- шем низкая
0.4 (0.3-0.4) В процессе испытания i обнаружение возникшего отказа было очень вероятно, так как вероятность возникновения отказа в дальнейшем низкая
0.3 (0.2-0.3] Отказ мог быть обнаружен в процессе испытания i, так как по- следующие внешние воздействия мало повлияли на систему (НЭ)
0.2 (0.1-0.2] Отказ должен был быть обнаружен в процессе испытания i, так как последующие внешние воздействия крайне мало повлияли на систему (НЭ)
0.1 (0.01-0.1] Отказ должен был быть обнаружен в процессе испытания i, так как последующие внешние воздействия почти не повлияли на си- стему (НЭ)
0 <0.01 Отказ должен был быть обнаружен в процессе испытания i, так как последующие внешние воздействия не повлияли на систему (НЭ)
Рассчитываем эффективность испы-
тания каждого НЭ по формуле (4)
нэ
+ кпопр (4)
^исп 1-г’<исп i+n
Данный показатель учитывает уже
не только количество отказов, обнару-
женных и «пропущенных» по результа-
там испытаний, но и учитывает тот факт,
мог ли быть данный отказ обнаружен в
принципе.
Коэффициент эффективности будет
неопределенным для испытания, если в
ходе его проведения не было обнаружено
отказов НЭ и в дальнейшем отказов этого
НЭ не последовало.
Испытания со значением
О < Эф^п i < 0,5 следует исключить как
неэффективные (если это возможно), а в
проведении испытания со значением
0,5 < Эфисп i < 1 следует учесть отказы,
выявленные в ходе эксплуатации преды-
дущих систем АВС.
Представленная методика позволит
оценить эффективность каждого испыта-
ния системы в цикле подготовки, осно-
вываясь не только на том, сколько отка-
64
зов было выявлено по результатам этого
испытания, но и на возможности обнару-
жения исследуемым испытанием каждого
конкретного отказа. Кроме того, она дает
представление о тяжести последствий
влияния внешних факторов на систему в
промежутки времени между испытания-
ми, что позволит планировать транспор-
тировку, технологию подготовки с уче-
том полученных данных.
Библиографический список:
1. Пискунов Н.С. Дифференциаль-
ное и интегральное исчисления для вту-
зов, т. 2: Учебное пособие для втузов.—
13-е изд.— М.: Наука, Главная редакция
физико-математической литературы,
1985,— 560 с.
2. Надежность и эффективность в
технике (справочник в 10 томах). Том 3.
Эффективность технических систем - под
общ. Ред. В.Ф. Уткина и Ю.В. Крючкова
- М.: Машиностроение, 1988 г. - 327 с.
3. Под ред. А.Н. Кирилина «Орга-
низационно-технические системы подго-
товки и обеспечения полета ракет-
носителей и космических аппаратов:
учеб. Пособие - Самара: Изд-во Самар-
ского государственного аэрокосмическо-
го университета, 2007-208 с
References:
1. Piskunov of N.S. Differential and
integrated calculations for technical colleg-
es, t. 2: Manual for technical colleges. —
13th prod. — M.: Science, Main edition of
physical and mathematical literature, 1985.
— 560 pages.
2. Reliability and efficiency in equip-
ment (the reference book in 10 volumes).
Volume 3. Efficiency of technical systems -
under a general Edition V.F. Utkina
and Yu.V. Kryuchkova - M.: Mechanical
engineering, 1988 - 327 pages.
3. Under the editorship of A.N. Kirilin
"Organizational and technical systems of
preparation and ensuring flight of carrier
rockets and spacecrafts: studies, a grant -
Samara: Publishing house of the Samara
state space university, 2007-208 pages.
DEFINITION OF EXTENT OF INFLUENCE OF THE EXTERNAL
FACTORS ARISING IN PERIODS BETWEEN TESTS OF SYSTEMS
OF PRODUCTS SPACE ROCKET TECHNOLOGY IN THE COURSE
OF THEIR PREPARATION FOR LAUNCH.
©2015 D.Yu. Shaykina
JSC «SRC «Progress», Samara
The technique of definition of extent of influence of the external factors arising in periods between tests of
systems from structure of products space rocket technology in the course of their preparation for start-up is offered.
Approach to an assessment of efficiency of concrete tests taking into account influence of external factors is defined.
Keywords: efficiency, test, system, external factor, influence, probability of detection, refusal
Информация об авторе:
Шайкина Дарья Юрьевна, аспирант самарского государственного аэрокосмиче-
ского университета (СГАУ), инженер-конструктор 2 категории, АО «РКЦ «Прогресс»,
443009, г. Самара, ул. Земеца, 18, т. 8(846)-228-95-65, Shaikina89femail.ru.
Shaykina Darya Yurevna, graduate student of the Samara state aerospace university
(SSAU), design engineer of 2 categories of JSC «SRC «Progress», 443009, Samara, Zemets St.,
18, t. 8(846)-228-95-65, Shaikina89femail.ru,
65
УДК 621.373.876
КОНТРОЛЬ СТАБИЛЬНОСТИ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
КОНСТРУКЦИЙ С ПОМОЩЬЮ ЛАЗЕРНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
©2015 Нонин А.С.1, Ткаченко А.С.1, Вобликов Д.Н.1, Сазонникова Н.А.2
1 АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
2 Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика
С.П. Королева (Национальный исследовательский университет), г. Самара
С целью совершенствования контроля положений деталей при сборке, заключительных операциях и
последующей эксплуатации разработана лазерная измерительная система для контроля углового положения
элементов конструкции. Для решения поставленной задачи выбран метод ’’прямой угловой засечки”. Изме-
рительный канал реализует триангуляционный метод. В соответствии с методом каждая видеокамера изме-
ряет углы визирования лазерного диода, расположенного в контрольной точке. Контроль поверхности пло-
щадок проходит в два этапа: контроль положения посадочных мест проводится без технологических нагру-
зок и после проведения нагружения.
Ключевые слова: лазерные измерительные системы, угловое положение, элементы конструкции
Метрологическое обеспечение мно-
гих измерительных задач производствен-
ной и научной деятельности при созда-
нии элементов конструкций летательных
аппаратов и двигателей предусматривает
измерение пространственного положения
объектов контроля относительно единой
жесткой базы в процессе их перемеще-
ния. Совершенствование технологий из-
готовления и современных средств про-
изводства летательных аппаратов и дви-
гателей требует точного контроля поло-
жений деталей при сборке, заключитель-
ных операциях и последующей эксплуа-
тации.
Вес и температура, действующие на
элементы конструкции, вызывают де-
формацию основного зеркала, изменение
позиции и линейный сдвиг каждой плос-
кой секции отражающей поверхности от-
носительно теоретической параболы. Для
компенсации этих воздействий необхо-
димо реализовать систему для измерения
отклонения отражающей поверхности
относительно теоретической трехмерной
параболы.
Рассмотрим методику измерения
пространственного положения элементов
конструкции на примере системы изме-
рения деформаций элементов посадоч-
ных мест под оптические элементы.
Для решения поставленной задачи
выбран метод ’’прямой угловой засечки”.
Метод предусматривает две ПЗС-камеры,
расположенные на фиксированном рас-
стоянии друг от друга на базовом объек-
те. На объекте контроля расположены
элементы, определяющие его простран-
ственное положение.
Каждый из измерительных каналов
состоит из одной видеокамеры, первая
закреплена на контррефлекторе, вторая
расположена на элементе конструкции
телескопа - базовом кольце. Жесткое ба-
зовое кольцо расположено в вершине
главного зеркала корпуса конструкции и
является неподвижной базой измери-
тельной системы.
Измерительный канал реализует
триангуляционный метод. В соответ-
ствии с методом каждая видеокамера из-
меряет углы визирования лазерного дио-
да, расположенного в контрольной точке.
Измеряются углы визирования в гори-
зонтальной и вертикальной плоскостях.
Для этого ПЗС-матрицы, расположенные
в фокальных плоскостях объективов ви-
деокамер, измеряют по две координаты
изображений в горизонтальной и верти-
кальных плоскостях изображений свето-
диода соответственно.
Контроль поверхности площадок
проходит в два этапа. На первом - кон-
троль положения посадочных мест про-
водится без технологических нагрузок.
На втором этапе контроль посадочных
66
мест проводится после проведения испы-
таний. Отражающие зеркала от смещений
вдоль оптической оси и от поперечных
смещений предохраняют металлические
пластины, установленные на площадках.
Данный способ позволяет выявить ста-
бильность положения посадочных пло-
щадок под чувствительные элементы и
оценить воздействие внешней среды.
Оптические оси базовой и иссле-
дуемой площадок лежат в одной плоско-
сти. Если они параллельны друг другу, то
задается условие перекрестия. Расстоя-
ние и углы между зеркалами в процессе
проведения измерений не изменяют свою
величину. После каждого вида испыта-
ний узел посадочной площадки индиви-
дуально устанавливается в схему верти-
кального контроля. От торцевых разгру-
зок требуется минимизировать деформа-
цию поверхности зеркал в заданных пре-
делах. В соответствии с комплексной
программой экспериментальной отработ-
ки собранный узел посадочного места
зеркала подвергается испытаниям с це-
лью подтверждения сохранности его ха-
рактеристик: транспортные технологиче-
ские испытания; испытания на прочность
к воздействию линейных ускорений по
осям X и Y (вдоль оптической оси зерка-
ла и в поперечном направлении); испы-
тания на кратковременные динамические
ускорения по осям X и Y; испытания на
прочность к воздействию пониженной
температуры (-50°С); испытания на
прочность к воздействию повышенной
температуры (+50°С); термовакуумные
испытания, при которых температура
зеркала изменялась в пределах ±5°С; при
этом во всем диапазоне изменения тем-
пературы от +12°С до +28°С контролиру-
ется качество зеркала.
В качестве источника излучения
использовался полупроводниковый ла-
зер. Точность измерений составляла 0,1”.
При длине базовой оси 3 м влияние
внешних воздействий не наблюдается.
В результате проведенного анализа
выявлены следующие первичные по-
грешности, определяющие точность из-
мерения линейных и угловых координат
контролируемого объекта: погрешность
измерения координат центра изображе-
ния измерительной марки на ПЗС-
матрице измерительного оптико-
электронного преобразователя, обуслов-
ленная шумами и дискретностью прием-
ной площадки и погрешность измерения,
определяемая отклонением величины
фокусного расстояния объективов от но-
минального значения.
THE STABILITY CONTROL OF THE ANGULAR POSITION OF STRUCTURAL
ELEMENTS BY USING A LASER MEASURING SYSTEM
©2015 A.S. Nonin1, A.S. Tkachenko1, D.N. Voblikov1, N.A. Sazonnikova2
1 JSC «SRC «Progress», Samara
2 Samara State Aerospace University, Samara
In order to improve monitoring of the provisions of parts during assembly, final operations and subsequent
operation the laser measuring system is designed to control the angular position of the structure. The method of
"straight angled serifs" was constructed to solve this problem. Measuring channel implements a triangulation meth-
od. In accordance with the method of each video camera measures the viewing angles of the laser diode, located at
the checkpoint. Control surface areas has two phases: the control position of seats held without technological loads
and after loading.
Key words: laser measuring systems, the angular position, structural elements
Информация об авторах:
Нонин Александр Сергеевич, заместитель начальника отдела АО «РКЦ
«Прогресс», аспирант кафедры автоматических систем энергетических установок, СГАУ,
443086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 8-927-701-6351, aleksandr-noninf^mail.ru.
67
Область научных интересов: лазерные информационно-измерительные системы для
контроля положения элементов конструкций.
Ткаченко Александр Сергеевич, ведущий инженер-конструктор АО «РКЦ
«Прогресс», т. 8-927-655-0144, tkachenko-asfebk.ru.
Область научных интересов: лазерные информационно-измерительные системы.
Вобликов Дмитрий Николаевич, инженер-конструктор АО «РКЦ «Прогресс»,
т. 8-927-708-4208, rndm22femail.ru.
Область научных интересов: лазерные информационно-измерительные системы.
Сазонникова Надежда Александровна, к.т.н., доцент кафедры автоматических си-
стем энергетических установок, СГАУ, 443086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34,
т. 267-46-65, nasazonnikovafeyandex.ru.
Область научных интересов: создание лазерных информационно-измерительных си-
стем.
Nonin Alexander Sergeevich, deputy chief of department, JCS «SRC «Progress», gradu-
ate student of Automatic systems of energy devices of Samara State Aerospace University,
aleksandr-noninfemail.ru, tel. 8-927-701-6351
Area of search: laser information-measuring systems to control the position of structural
elements.
Tkachenko Alexander Sergeevich, leading design engineer, JCS «SRC «Progress»,
tel. 8-927-655-0144 tkachenko-asfebk.ru/
Area of search: laser information-measuring systems.
Voblikov Dmitriy Nikolaevich, design engineer, JCS «SRC «Progress», tel.
8-927-708-4208 rndm22femail.ru.
Area of search: laser information-measuring systems.
Sazonnikova Nadezhda Alexandrovna, candidate of engineering sciences, associate pro-
fessor of Automatic systems of energy devices department, SSAU, 443086, Russia, Samara,
Moscow highway, 34, tel. 267-46-65 nasazonnikovafeyandex.ru.
Area of search: Creation of laser information-measuring systems.
68
УДК 629.7.018
ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ПОДГОТОВКИ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОБНАРУЖЕНИЯ ОТКАЗОВ И НЕИСПРАВНОСТЕЙ
©2015 И.В. Муштакова
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Поведен анализ существующих показателей надежности, подготовки ракеты-носителя, описаны осо-
бенности процесса подготовки изделия к пуску на техническом и стартовом комплексах. Предложены новые
показатели оценки надежности подготовки ракет-носителей.
Ключевые слова: Подготовка, процесс, надежность, ракета-носитель, отказ системы, технический
комплекс, стартовый комплекс
Введение
Развитие современной ракетно-
космической технике позволяет вести ак-
тивные работы по изучению и освоению
космического пространства. На сего-
дняшний день на околоземной орбите
находиться большое количество спутни-
ков. При этом ведется активная научно-
исследовательская работа на междуна-
родной космической станции (МКС).
Выведение космических спутников
и доставка различных грузов на МКС
стала возможной, благодаря высокому
уровню надежности разрабатываемых
PH. Ракета-носитель (PH) состоит из ряда
систем, проверка функционирования ко-
торых на техническом и стартовом ком-
плексе направлена на обеспечение выве-
дения полезного груза на заданную орби-
ту с заданным уровнем надежности. Под-
держание заданного уровня надежности
PH обеспечивается за счет проведения
большого количества испытаний.
Испытываемое изделие допускается
к следующему этапу испытаний только
при условии успешного проведения
предыдущих этапов испытаний, в том
числе устранения всех замечаний, полу-
ченных на данном этапе, поэтому при
планировании испытаний между разными
стадиями закладывается интервал време-
ни для их устранения.
Испытания проводятся в несколько
этапов:
• стендовые испытания;
• автономные испытания;
• комплексные испытания;
• натурные (лётные) испытания.
Первый этап испытаний проводится
на позиции разработчика (изготовителя)
средств выведения, сам по себе состоит
из множества различных испытаний.
Остальные этапы испытаний прово-
дятся на позиции эксплуатации.
Автономные испытания, как прави-
ло, аналогичны по объёму и методике их
проведения регламентным (регулярным)
проверкам изделия, его компонентов и
обслуживающего оборудования, прово-
димых при эксплуатации в процессе под-
готовки к каждому пуску.
Комплексные испытания включают
в себя автономные испытания, полный
цикл проверок и подготовки изделия на
технической позиции, вывоз и установку
изделия на стартовый комплекс, прове-
дение предстартовых проверок на ком-
плексе до максимально близкого к мо-
менту пуска момента, достижимого тех-
нически без проведения собственно пус-
ка.
Из выше написанного следует, что
оценка надежности подготовки является
одной из основных показателей качества
проводимых работ по обеспечению свое-
временности и успешности пуска PH.
Анализ существующего подхода к
оценке надежности подготовки PH.
На сегодняшний день в соответ-
ствии с требованиями действующих в от-
расли методик оценка надежности подго-
товки ракеты-носителя к пуску осу-
ществляется путем оценки вероятности
69
подготовки ракеты-носителя к пуску из
различных степеней готовности за время,
не превышающее нормативное значение.
При серийной эксплуатации оценка
осуществляется статистическим методом
(при достаточно большом количестве ис-
пытаний) на основе представления ре-
зультатов испытаний в схеме испытаний
Бернулли и методами оценивания на ос-
нове сетевых моделей процесса подго-
товки ракеты-носителя к запуску.
Основным показателем надежности
подготовки ракеты-носителя за заданное
время является вероятность ее подготов-
ки к пуску из соответствующей готовно-
сти за время, не превышающее норма-
тивное значение.
Среди методов оценки времени, за-
траченного на проведение всех работ по
подготовке, наибольшее распространение
получили традиционные сетевые графики
и метод GERT. Использование этих ме-
тодов позволяет детально оценить коли-
чество времени, затраченное на реализа-
цию всего технологического подготовки
и возможность его прогнозирования для
вновь разрабатываемых изделий.
Традиционные сетевые графики яв-
ляются частным случаем GERT-сетей,
когда все узлы сети реализуют логиче-
скую функцию «И», а работы (ветви) се-
тевой модели имеют лишь один аддитив-
ный параметр - время выполнения, кото-
рое в данном случае является детермини-
рованным.
Возможные работы по поиску и
устранению неисправностей и связанные
с ними повторения операций контроля
невозможно описать традиционными се-
тевыми графиками, в связи с этим было
предложено использовать метод GERT,
где вероятности реализации таких опера-
ций учитываются мультипликативными
параметрами.
Для описания технологических
процессов с учетом влияния перечислен-
ных случайных факторов применяется
аналитический метод оценки параметров
сетевых моделей GERT [2, 3, 4]. В методе
GERT исследуемый технологический
процесс также представляется в виде сети
как при использовании стандартного ме-
тода, но работы (ветви), представляющие
сеть, могут иметь передаточные функции
с двумя параметрами: аддитивным (время
выполнения, которое может быть слу-
чайным) и мультипликативным (вероят-
ность выполнения ветви или работы).
Для оценки вероятности подготовки
ракеты-носителя к пуску из соответству-
ющих готовностей за время, не превы-
шающее нормативно заданное, исполь-
зуются следующие исходные данные:
- результаты подготовок ракет-
носителей в предыдущие периоды (коли-
чество подготовок, число успехов и чис-
ло отказов);
- технологические графики подго-
товки ракеты-носителя на техническом и
стартовом комплексах космодрома;
- расчетные оценки продолжи-
тельности выполнения операций техно-
логического графика подготовки ракеты
носителя на техническом и стартовом
комплексах космодрома;
- результаты хронометража в про-
цессе летных испытаний, выполнения
операций технологического графика под-
готовки ракеты-носителя на техническом
и стартовом комплексах космодрома.
Существующий подход не учитыва-
ет количество выявленных и устранен-
ных отказов и неисправностей, что не
позволяет оценить надежность процесса
подготовки с точки зрения свойства - хо-
рошо обнаруживать дефекты.
Оценка надежности процесса под-
готовки с учетом основного назначе-
ния процесса
Исходя из основного назначения
процесса подготовки, он должен обла-
дать свойствами хорошо обнаруживать
отказы и неисправности. Следовательно,
в качестве показателей надежности про-
цесса подготовки должны быть выбраны
параметры, количественно оценивающие
это свойство.
Показатели надежности процесса
подготовки должны обладать: полнотой,
ясным физическим смыслом, простотой
расчетов, устойчивостью, чувствительно-
стью к управляемым и малой чувстви-
тельностью к неуправляемым парамет-
70
рам, учитывать случайный характер
условий функционирования.
Показатели должны характеризо-
вать надежность процесса подготовки,
поэтому в качестве показателя надежно-
сти процесса подготовки выбрана веро-
ятность того, что дефекты изделия в про-
цессе подготовки будут обнаружены.
Обнаружение дефекта - случайное
событие, что подтверждается опытом ис-
пытаний при подготовке, что позволяет
представить обнаружение дефектов в ви-
де последовательности событий, насту-
пающих одно за другим в случайные мо-
менты времени, т.е. в виде потока собы-
тий. Практика контроля и испытаний по-
казала, что этот поток является стацио-
нарным пуассоновским [1].
На этой основе рассмотрим показа-
тели, количественно характеризующие
способность системы к обнаружению от-
каза или неисправности, отказа или неис-
правности не могут быть обнаружены до
начала испытаний, которые начинаются в
момент t = 0, и остаётся необнаруженным
до случайного момента t = т, когда про-
исходит его обнаружение. При такой мо-
дели испытаний показатели, характери-
зующие способность системы обнаружи-
вать отказа или неисправности, опреде-
ляются характеристиками случайной ве-
личины т - временем до обнаружения от-
каза или неисправности.
Обозначим функцию распределения
величины т через
W(t) = вер(т < t), (1)
которая представляет собой вероят-
ность обнаружения отказа или неисправ-
ности.
Плотность вероятности обнаруже-
ния отказа или неисправности обозначим
через
<-(t) = (2)
Поскольку полная группа событий
при контроле состоит из обнаружения и
не обнаружения дефекта, то функция ве-
роятности не обнаружения отказа или
неисправности есть
S(t) = 1 - W(t) = вер(т > t). (3)
Функции W(t), w(t), S(t) исчерпы-
вающе характеризуют случайную вели-
чину т. На их основе может быть введен
еще ряд важных показателей.
Интенсивность обнаружения отка-
зов определяется для рассматриваемого
момента времени при условии, что до
этого момента дефект не был обнаружен.
По определению она связана с плотно-
стью вероятности обнаружения отказа
или неисправности выражением
0(t) =
v 7 S(t)
Значение интенсивности обнаруже-
ния отказа или неисправности характери-
зует средства и методы испытаний. Со-
вершенствование средств и методов ве-
дёт к увеличению интенсивности обна-
ружения отказа или неисправности. В
случае, если они не изменяются в течение
всего времени испытаний, то 0 (t) = 0 =
const, то выражения (3) и (1) примут вид
S(t) = e-et; (4)
W(t) = 1 - e-et. (5)
Функции S(t), W(t), 0(t) всесторонне
характеризуют случайный процесс обна-
ружения дефектов при подготовке, зави-
сят от характеристик средств и методов
контроля и испытаний и от затраченного
времени, а следовательно, могут быть
приняты за показатели надежности под-
готовки PH на техническом и стартовом
комплексах. При этом они отвечают ос-
новным требованиям к показателям
надежности подготовки PH, перечислен-
ным выше.
Реальный процесс подготовки
включают в себя ряд последовательных
этапов контроля и испытаний: на уровне
подсистем, систем и изделия в целом.
При оценке надежности подготовки бу-
дем рассматривать два процесса: подго-
товка на техническом и стартовом ком-
плексах.
Оценки показателей надежности
процесса подготовки могут быть получе-
ны статистически по числу дефектов, вы-
явленных на последующих этапах экс-
плуатации PH. После проведения К эта-
пов подготовки, в нашем случае это под-
готовка на техническом и стартовом
комплексах одного изделия, состоящей
из N систем, выявляется и устраняется
= dTK + dCK дефектов, где dTK и dCK -
число дефектов, обнаруженных на этапе
71
подготовки на техническом и стартовом
комплексах.
Из-за несовершенства методов и
средств испытаний или влияния челове-
ческого фактора некоторое число do де-
фектов выявляется в полете. Информация
по количеству отказов и неисправностей,
выявленных в эксплуатирующей органи-
зации, поступает к производителю в виде
рекламаций, что позволяет получить ста-
тистическую оценку общего числа де-
фектов.
D = dK + d3.
Количество отказов и неисправно-
стей, выявленных на последующих эта-
пах, характеризует качество работ, про-
водимых на анализируемом этапе подго-
товки. После проведения подготовки на
техническом и стартовом комплексах по-
лучаем следующие статистические оцен-
ки интенсивности и вероятности обнару-
жения отказов:
14/ ^СК. 14/ ^Э.
WTK - “jp WCK - р
с _ D-dCK. с _ О-йэ
- —5—, Ътк - —
Показатели интенсивности и веро-
ятности обнаружения отказов позволяют
более полно оценить надежности процес-
са подготовки PH на техническом и стар-
товом комплексах.
Результаты
Автором предлагается дополнить
существующую методику оценки надёж-
ности подготовки показателями, позво-
ляющими дать количественную оценку
процесса поиска и устранения отказов и
неисправностей PH на техническом и
стартовом комплексах.
Заключение
Предложенные показатели оценки
надежности наземной подготовки изде-
лий ракетно-космической техники позво-
ляет с определенной точностью сделать
вывод о том, надежна ли подготовка,
чтобы в процессе полета изделия не воз-
никло отказов его систем.
Библиографический список:
1. В. И. Куренков, В. А. Капитонов,
Методы расчета и обеспечения надежно-
сти ракетно-космических комплексов:
учеб, пособие /- Самара: изд-во Самар-
ского государственного аэрокосмическо-
го университета, 2007. - 18 с.
2. Роберт В. Миллер. GERT - си-
стема управления. - М.: Экономика,
1965, 202 с.
3. Голенко Д.И. Статистические ме-
тоды сетевого планирования и управле-
ния. - М.: Наука. 1968.
4. Ю.В. Богданов, В.А. Меньшиков.
Отработка системы эксплуатации РКК.
М.: «Космос». 1997.
APPROACH FORMATION ТО RELIABILITY PREDICTION
OF LAND PREPARATION OF LAUNCH VEHICLES ON THE BASIS OF DEFINITION
OF COMPLETENESS OF LAND CHECKS AND RESULT OF FULFILMENT
OF THE TASK IN VIEW OF LAUNCH
© 2015 LV. Mushtakova
JSC «SRC «Progress», Samara
The analysis of lacks of methods of reliability prediction of preparation of launch vehicles applied now in
time, not exceeding standard value and statisticans of launches of launch vehicles of type "Soyuz" are resulted. By
results of the analysis the new approach to reliability prediction of preparation of the launch vehicles, based on an
estimation of completeness of land checks and result of fulfilment of a task in view of launch is offered.
Key words: The preparation, the test, the reliability, the launch vehicle, the system failure, the technical
complex, the launch complex
72
Информация об авторах:
Муштакова Ирина Викторовна, инженер-конструктор 3 категории отдела обра-
ботки и анализа телеметрической информации ракет-носителей и космических аппаратов
АО «РКЦ «Прогресс», аспирант кафедры космического машиностроения Самарского гос-
ударственного аэрокосмического университета. E-mail: Mushtakovai(d;mail.ru.
Mushtakova Irina Viktorovna, the design engineer of 3 categories of department of pro-
cessing and the analysis of the telemetric information of launch vehicles and space vehicles, the
post-graduate student of chair of space engineering of the Samara state space university.
E-mail: Mushtakovaifaimail.ru.
73
УДК 629.7.02
ПРИМЕНЕНИЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
©2015 Д.Н. Гребнев, В.К. Дуплихин, Я.А. Зуперман, А.И. Аистов, В.Е. Кукушкин
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Изложены принципы применения технологии имитационного моделирования при проведении стати-
ческих испытаний изделий ракетно-космической техники. Отмечен технико-экономический эффект и пер-
спективы применения метода имитационного моделирования для отработки прочности изделий РКТ.
Ключевые слова: Имитационное моделирование, статические испытания, напряженно-
деформированное состояние, валидация имитационной модели
Применение конечно-элементных
моделей в анализе прочности и жестко-
сти конструкций ракетно-космической
техники, а также возрастающие возмож-
ности ЭВМ позволяют переходить к ими-
тационному моделированию как методу
эффективного исследования и обеспече-
ния прочности конструкций.
Наиболее важным этапом создания
имитационной модели, адекватно отра-
жающей свойства реальной конструкции,
является валидация расчетной модели в
процессе статических испытаний, вклю-
чающая в себя тестирование модели, рас-
чет-прогноз результатов статических ис-
пытаний, уточнение имитационной моде-
ли с целью наиболее близкого совпаде-
ния результатов расчета и испытаний.
Статические испытания как метод
экспериментального исследования и под-
тверждения прочности конструкций ха-
рактеризуется рядом особенностей и
ограничений в реализации нагружения и
возможностей измерения напряжений и
деформаций.
На этапе подготовки статических
испытаний должны быть проведены
предварительные (виртуальные) стати-
ческие испытания методом имитацион-
ного моделирования. Эти испытания
представляют собой расчет напряженно-
деформированного состояния конструк-
ции экспериментальной установки при
воздействии испытательных нагрузок.
Этот расчет проводится с помощью рас-
четной модели, использованной для тео-
ретического обоснования прочности кон-
струкции изделия, с отражением в этом
расчете условий опирания (имитаторов
жесткости смежных отсеков) и оснастки,
влияющей на жесткость конструкции.
По результатам такого расчета со-
ставляется прогноз поведения конструк-
ции при проведении натурных статиче-
ских испытаний, в том числе показания
датчиков напряжений и перемещений в
местах их установки. Эти материалы ис-
пользуются для валидации имитационной
модели.
Отработанная на статических испы-
таниях расчетная модель конструкции
может быть использована для расширен-
ного уточненного анализа прочности
конструкции.
Вместе с тем успешная отработка
расчетной модели возможна только при
наличии достоверных исходных данных
о свойствах конструкции - механических
свойствах материалов и размерах элемен-
тов. Это особенно важно для наиболее
нагруженных мест конструкции при
наличии больших разбросов свойств.
Например, для механических свойств де-
талей из композиционных материалов,
или для размеров литых деталей с необ-
работанными поверхностями.
Применение метода имитационного
моделирования позволяет сократить объ-
ем статических испытаний, оставив толь-
ко схемы, отличающиеся характером
нагрузок и условиями опирания кон-
струкции. Технико-экономический эф-
фект от применения метода имитацион-
ного моделирования при статических ис-
74
пытаниях состоит в сокращении сроков
экспериментальной отработки прочности
и сокращении затрат на изготовление
оснастки.
Развитие методов имитационного
моделирования при отработке прочности,
совершенствование программных
средств и применение мощных вычисли-
тельных средств позволит в перспективе
проводить валидацию расчетных моделей
на штатной материальной части с приме-
нением неразрушающих методов испы-
таний.
THE USE OF IMITATING MODELLING IN CARRYING OUT STATIC TESTS
OF THE PRODUCTS OF ROCKET-SPACE DEVICES
©2015 D.N. Grebnev, V.K. Duplihin, J. A. Zuperman, A.I. Aistov, V.E. Kukushkin
JSC «SRC «Progress», Samara
The principles of using the technology of imitating modelling in carrying out static tests of the products
of rocket-space technology are described. Technical- economic effect and the prospects for applying the method of
imitating modelling for testing the durability the products of rocket-space devices are outlined.
Key words: Imitating modelling, static tests, the stress-deformed state, the validation of the imitation
model
Информация об авторах:
Гребнев Дмитрий Николаевич - главный конструктор, начальник отделения 1200
АО «РКЦ «Прогресс», 443009, Россия, г. Самара, ул. Земеца, д.18, т. 992-64-82,
urebnevfesamspace.ru.
Область научных интересов: оптимизация методов наземной отработки РКТ.
Дуплихин Владимир Константинович - начальник отдела 1205 АО «РКЦ «Про-
гресс», 443009, Россия, г. Самара, ул. Земеца, д. 18,, тел. 228-99-75, duplihinnsamspacc.ru.
Область научных интересов: имитационное моделирование.
Зуперман Яков Абрамович - начальник сектора отдела 1205 АО «РКЦ «Прогресс»,
443009, Россия, г. Самара, ул. Земеца, д.18, тел. 228-99-87, zupermannsamspace.ru.
Область научных интересов: методы отработки прочности РКТ.
Аистов Алексей Иванович - начальник сектора отдела 1205 АО «РКЦ «Прогресс»,
аспирант СГАУ, 443009, Россия, г. Самара, ул. Земеца, д. 18, тел. 228-99-75,
aistovnsanispacc.ru.
Область научных интересов: математическое моделирование РКТ.
Кукушкин Валерий Евгеньевич - инженер-конструктор 2 категории отдела 1205
АО «РКЦ «Прогресс», 443009, Россия, г. Самара, ул. Земеца, д. 18, тел. 228-99-87,
kukushkinnsttmspacc.ru.
Область научных интересов: имитационное моделирование статических испытаний.
Grebnev Dmitriy Nikolaevich - Chief Designer, Head of Department 1200 JSC «SRC
«Progress», 443009, Russia, Samara, Zemetsa St., 18, tel. 992-64-82, grcbnevnsamspacc.ru.
Area of research: optimisation of the methods of ground tests of RSD.
Duplihin Vladimir Konstantinovich - Head of Department 1205 JSC «SRC «Progress»,
443009, Russia, Samara, Zemetsa St., 18, tel. 228-99-75, duplihinnsamspace.ru.
Area of research: imitating modelling.
Zuperman Jakov Abramovich - Head of Sector of Department 1205 JSC «SRC «Pro-
gress», 443009, Russia, Samara, Zemetsa St., 18, tel. 228-99-87, zupermannsamspacc.ru.
Area of research: methods of durability tests of RSD.
75
Aistov Aleksey Ivanovich - Head of Sector of Department 1205 JSC «SRC «Progress»,
post-graduate student Samara State Aerospace University, 443009, Russia, Samara, Zemetsa St.,
18, tel.228-99-75, aistovfesamspace.ru .
Area of research: mathematical modelling of RSD.
Kukushkin Valeriy Evgenyevich - Design Engineer 2nd category Department 1205 JSC
«SRC «Progress», 443009, Russia, Samara, Zemetsa St., 18, tel. 228-99-87,
kukushkinfesamspace.ru
Area of research: imitating modelling of static tests.
76
УДК 004.414
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО АНАЛИЗА ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ
ИНФОРМАЦИИ
©2015 С.В. Бочков
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Показана целесообразность и возможность создания системы автоматизированного анализа телемет-
рической информации, получаемой при испытаниях.
Система анализа, телеметрическая информация, человеческий фактор, логика работы
Контроль исправности бортовой си-
стемы контроля и управления ведется при
помощи телеметрической информации
(ТМИ). Полученная при испытаниях ТМИ
оценивается вручную на основе логики ра-
боты системы и списка заданий каждой
конкретной проверки. При ручной оценке
ТМИ возникает большая вероятность про-
пуска замечаний вследствие человеческого
фактора. Одновременно данный вид кон-
троля требует большого количества време-
ни для анализа и получения замечаний, что
в свою очередь увеличивает длительность
проведения испытаний.
Для исключения влияния человече-
ского фактора на качество оценки ТМИ и
сокращения длительности проведения ис-
пытаний предлагается разработать систему
автоматизированного контроля телеметри-
ческой информации на языке C++. За ис-
ходную информацию по оценке ТМИ
предлагается взять следующее:
- файлы ТМИ, полученные при ис-
пытаниях,
- список заданий проверки,
- логика проведения телеметрических
параметров (ТМП).
В системе автоматизированного ана-
лиза ТМИ будет реализован алгоритм
сравнения значений ТМП из файла, сфор-
мированного при проведении испытаний с
эталонными значениями ТМП. В случае
несоответствия полученного и эталонного
значений ТМП в файл отчета будет запи-
сываться обозначение ТМП и время, в ко-
торое было зафиксировано данное несоот-
ветствие.
Внедрение данной системы позволит:
- устранить влияние человеческого
фактора на анализ ТМИ,
- получать замечания к работе аппа-
ратуры по ТМИ в масштабе времени,
близком к реальному.
SYSTEM OF AUTOMATED ANALYSIS OF TELEMETERING
©2015 S.V. Bochkov
JSC «SRC «Progress», Samara
It is shown expediency and possibility of creation of system of the automated analysis of received at tests te-
lemetering information.
Analysis system, telemetering information, human factor, logic of work.
Информация об авторе:
Бочков Сергей Владимирович, инженер АО «РКЦ «Прогресс». E-mail:
se.bvfemail.ru.
Область научных интересов: автоматизированный анализ ТМИ.
Bochkov Sergey Vladimirovich, engineer of JSC «SRC «Progress». E-mail:
se.bvfemail.ru.
Area of research: automated analysis of telemetering information.
77
УДК 621.398
АДАПТИВНЫЕ МЕТОДЫ ДЕШИФРОВКИ ТМИ
©2015 Д.Ю. Чайка
Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - Особое конструкторское бюро «Спектр» (г. Рязань)
В статье рассматривается нетрадиционный подход к обеспечению испытаний изделий ракетно-
космической техники, в ходе которых возможно изменение не только перечня параметров телеметрической
системы, но и переход от одного типа к другому. Представлены способы представления параметров в реаль-
ном времени. Сформулированы основные принципы функционирования адаптивных систем обработки те-
леметрической информации.
Ключевые слова: телеметрическая информация, телеметрическая система, декоммутация пара-
метров
При испытаниях изделий ракетно-
технической техники (РКТ) огромное
внимание уделяется сбору и обработке
телеметрической информации (ТМИ) о
функционировании узлов и агрегатов из-
делия путём получения сигналов от раз-
личного рода датчиков и преобразовате-
лей. С помощью согласующего коммута-
ционного оборудования формируется
групповой телеметрический сигнал, со-
держащий значения параметров датчиков
и преобразователей, который передаётся
по кабельной сети монтажно-
испытательного комплекса, технической
или стартовой позиции (при наземном
этапе испытаний) или посредством бор-
товых передатчиков (в процессе полёта
изделия РКТ) на наземные антенные
комплексы, сопряжённые с приёмно-
регистрирующими станциями (ПРС). В
самом общем представлении, ПРС обра-
батывают и регистрируют принимаемую
телеметрическую информацию в виде
последовательности кадров ТМИ, где
каждый кадр может быть идентифициро-
ван порядковым номером и уникальным
временным значением. Задача обратного
представления значений измерений кон-
кретных датчиков и преобразователей
является трудоёмкой, даже несмотря на
то, что основные принципы декоммута-
ции параметров из ТМИ практически не
менялись с середины ХХ-го века.
Обработка параметров телеметри-
ческой системы (ТМС) обычно осу-
ществляется посредством анализа струк-
туры кадров ТМИ и декомпозиции каж-
дого кадра в соответствии с описанием
параметров ТМС в заранее подготовлен-
ном конфигурационном файле, в котором
представлены полные сведения по адре-
сации конкретных приборов и парамет-
ров, принципы представления и преобра-
зования. Кроме того, прочие конфигура-
ционные файлы описывающие образ кад-
ра ТМИ позволяют последовательно и
достаточно быстро обрабатывать цикли-
ческие типы файлов ТМИ. В наиболее
общем случае, в процессе обработки те-
леметрического кадра циклически прове-
ряется необходимость извлечения изме-
рения из определённой позиции. Доста-
точным условием безусловного извлече-
ния значений определённого датчика
ТМС является следующий перечень
свойств:
а) объём количества информации в
одном кадре ТМИ («размер» в байтах,
битах);
Ь) частота опроса датчика;
с) начальное смещение первого из-
мерения параметра относительно начала
кадра ТМИ;
d) период повторения значений па-
раметра в пределах кадра;
е) разрядность параметра;
f) последовательность бит (прямая
или обратная).
Основное преимущество традици-
онного метода обработки ТМИ заключа-
ется в том, что процесс декоммутации
параметров осуществляется в рамках
требований обеспечения реального вре-
мени обработки информации и не требу-
ет значительных аппаратно-программных
78
ресурсов или специализированного сете-
вого оборудования, так как вычислитель-
ная нагрузка соответствует современным
возможностям применяемых при испы-
таниях ЭВМ. Однако существует ряд не-
достагков данного метода:
а) исходный поток ТМИ претерпе-
вает преобразование в промежуточный
формат;
Ь) в процессе декоммутации в ре-
жиме реального времени на основе фик-
сированного перечня выбранных пара-
метров ТМС невозможно добавить новые
параметры;
с) реализация традиционного мето-
да обработки параметров ТМИ требует
создания программного комплекса под-
готовки исходных данных и формирова-
ние заданий на обработку;
d) для каждого типа параметров и
подсистем (функциональных, контакт-
ных, температурных, вибрационных,
цифровых и навигационных параметров)
необходим специализированный модуль
обработки.
Устранить указанные недостатки
позволяет нетрадиционный подход к де-
коммутации телеметрических парамет-
ров, который можно назвать адаптивным
или универсальным. Особенность данно-
го метода заключается в том, что на ос-
нове описания ТМС необходимо про-
граммно формировать в памяти ЭВМ де-
рево объектов, отражающих внутреннюю
структуру и особенности ТМС изделия
РКТ. При этом возможны два основных
метода формирования наборов парамет-
ров ТМС, необходимых для текущего
этапа испытаний изделия:
а) на основе формуляров представ-
ления информации (формируются на ос-
нове текущего описания ТМС);
Ь) на основе непосредственного
выбора параметров ТМС из полного
иерархического дерева ТМС (коммутато-
ров, приборов и параметров).
Данный метод обработки имеет по
сравнению с традиционным подходом
преимущество в части адаптивности, ва-
риативности и защиты от человеческого
фактора в процессе обеспечения испыта-
ний изделия РКТ. Это позволяет непо-
средственно в процессе репортажа ТМИ
в реальном времени изменять/расширять
список обрабатываемых параметров ТМС
таким же образом, что и на этапе воспро-
изведения ТМИ при экспресс-анализе
или полной послеполётной обработке.
Недостатками адаптивного метода
обработки параметров ТМС:
а) большая вычислительная нагруз-
ка, высокие требования к производитель-
ности к средствам вычислительной тех-
ники;
Ь) непригодность метода к обеспе-
чению испытаний РКТ в условиях пере-
дачи от удалённых измерительных пунк-
тов при пропускной способности спутни-
кового канала порядка 2 Мбит/с;
с) сложность управления и
настройки деревом параметров при нали-
чии нескольких передатчиков и различ-
ных ТМС;
d) избыточность потока ТМИ для
выполнения задач репортажа в реальном
времени.
Однако, необходимо отметить, что
для изделий РКТ, оснащаемых перспек-
тивной БРТС «РТСЦ» в различных мо-
дификациях, применение адаптивного
метода обработки параметров ТМС, ос-
нованный на формировании в памяти
ЭВМ дерева объектов, отражающего
структуру ТМС, наиболее обосновано и
целесообразно. При этом обеспечивается
необходимые функциональные возмож-
ности по выбору программы сбора. Так
как в процессе лётных испытаний или
пуска изделия РКТ может производиться
смена нескольких программ передачи и
сбора ТМИ. При этом идентификация
программ передачи и сбора определяется
специализированными признаками в
ТМИ.
Большинство современных балли-
стических ракет оснащаются БРТС
«Скут», БРТС «Орбита-1 V МО», МРТС
«Оникс» и МРТС «Астра». Традицион-
ный метод обработки параметров ТМИ
позволяет успешно выполнять задачи
обеспечения испытательных работ. Од-
нако рассмотренные характеристики и
преимущества адаптивного метода обра-
ботки параметров ТМС делают его пер-
79
спективным и достаточно эффективным
даже для изделий РКТ данного класса.
Библиографический список:
1. Назаров А.В., Козырев Г.И. Со-
временная телеметрия в теории и на
практике - СПб.: Наука и техника, 2007. -
672 с.
2. Меньшиков В.А. Полигонные
испытания. - М.: «КОСМО», 1999. -
237с.
References:
1. Nazarov A.V., Kozyrev G.l. mod-
em telemetry in theory and practice - SPb .:
Science and Technology, 2007. - 672 p.
2. Menshikov V.A. Field testing. - M.:
"COSMO", 1999.-237 p.
ADAPTIVE METHODS OF PROCESSING OF TELEMETRY DATA
©2015 D.Y. Chaika
JCS «SRC «Progress» - Special design bureau “Spektr”, Ryazan
The article deals with an unconventional approach to test rocket and space technology, in which you can
change not only the list of parameters telemetry system, but also the transition from one type to another. We present
ways of presenting the parameters in real time. The basic principles of operation of adaptive systems for processing
telemetry data.
Keywords: telemetry data, telemetry system, the processing parameters.
Информация об авторе:
Чайка Дмитрий Юрьевич, инженер-программист 2 категории, филиал АО «РКЦ
«Прогресс» - «ОКБ «Спектр», 390005, г. Рязань, ул. Гагарина 59а, тел.: 8(4912)76-87-53,
доб. 2-98.
Область научных интересов: цифровая обработка сигналов, системы космической
связи.
Chaika Dmitriy Yourievich, 2-grade engineer, JCS «SRC «Progress» - Spectr, 390005,
Ryazan, st. Gagarina 59a, ph.: 8(4912)76-87-53, add. 2-98.
Scientific interest area: digital processing signal, space data-transmission system.
80
УДК 629.7
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОПРОВОЖДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ
ИЗДЕЛИЙ РКТ
©2015 Д.Ю. Чайка
Филиал АО «РКЦ «Прогресс» - ОКБ «Спектр», г. Рязань
В статье рассматриваются тенденции и особенности современного этапа развития изделий РКТ, акту-
альные проблемы обеспечения испытаний изделий РКТ. Представлена методология проведения испыта-
тельных работ в условиях закрытия ТМИ. Принципы формирования программных комплексов для обеспе-
чения испытательных работ с изделиями РКТ на технических и стартовых позициях.
Ключевые слова: телеметрия, ракетно-космическая техника, испытания
Тенденции развития современных
изделий ракетно-космической техники
(РКТ), особенности их функционирова-
ния, испытательных и пусковых работ
приводят к увеличению объёмов обраба-
тываемой информации. В тоже время
прогресс в области программирования,
развитие средств вычислительной техни-
ки, активное внедрение сетевых техноло-
гий, появление научно-методического
обеспечения проектирования телеметри-
ческих систем создали реальную базу для
повышения качества проектных работ,
унификации средств телеизмерений и со-
здания средств обработки телеметриче-
ской информации (ТМИ) нового поколе-
ния. Использование средств автоматизи-
рованного проектирования позволяет оп-
тимизировать структуру системы обра-
ботки ТМИ, оценить производительность
и возможности её адаптации и масштаби-
рования при увеличении объёма и слож-
ности решаемых задач.
При этом необходимо отметить ряд
особенностей, характерных для совре-
менного этапа испытательных и пуско-
вых работ с изделиями РКТ:
а) преобразование аналоговой ин-
формации в цифровой код происходит на
стадии предобработки приёмно-
регистрирующими комплексами (пре-
имущественно - малогабаритной приём-
но-регистрирующей станцией (МПРС)
или станцией «Источник-М»);
Ь) поступление информации от
приёмно-регистрирующих станций про-
исходит в реальном масштабе времени с
одновременным формированием носите-
ля информации (файл TLM или DAT) и
сетевого потока для потребителей
(ЕГНАКУ или CCSDS);
с) при функционировании в рамках
сложной распределённой системы необ-
ходимо выполнять преобразование ис-
ходного потока ТМИ в сокращенный по-
ток для функционирования в сегментах
сети с ограниченной пропускной способ-
ностью;
d) процесс шифрования ТМИ («за-
крытия ТМИ») многократно усложняет
схему обработки ТМИ, процесс экспресс-
анализа ТМИ невозможен без обработки
ТМИ аппаратурой дешифровки;
е) количество потоков, параметров
телеметрической системы (ТМС) может
варьироваться от одной испытательной
работы к другой;
f) современный комплекс приёма,
анализа и обработки ТМИ должен быть
инвариантным к типу ТМС и форматам
регистрации ТМИ;
g) отсутствует критерий однознач-
ного выбора временной шкалы для фик-
сации ключевых моментов функциони-
рования изделия в ходе лётных испыта-
ний;
h) нестабильный, изменчивый ха-
рактер регистрации относительного
станционного времени приёмно-
регистрирующими станциями, зависящий
от места расположения станции по трассе
полёта изделия РКТ.
Кроме того, увеличение объёмов
ТМИ, необходимость достоверного пред-
ставления результатов обработки требует
полноценной автоматизации процесса
обработки и анализа ТМИ с минимизаци-
ей «ручных» операций по настройке про-
81
граммного обеспечения, анализу резуль-
татов на предмет исключительных ситуа-
ций по сравнению с результатами обра-
ботки аналогичных предыдущих работ,
признанными достоверными. Таким об-
разом, программное обеспечение обра-
ботки и анализа ТМИ должно удовлетво-
рять требования различных специали-
стов, отвечающих за отдельные узлы и
подсистемы изделия РКТ.
При этом разработчики подобных
систем обработки и анализа ТМИ сталки-
ваются с различными проблемами на
стадии разработки и отладки. В настоя-
щее время головные предприятия-
разработчики изделий РКТ используют
операционные системы разных семейств
с разными требованиями обеспечения
информационной безопасности, что,
естественным образом, увеличивает ва-
риативность и узконаправленность кон-
кретных систем обработки и анализа
ТМИ. При этом возможности кроссплат-
форменного (межплатформенного) про-
граммирования не всегда позволяют со-
здать идентичные программные комплек-
сы и системы обработки ТМИ для раз-
личных операционных систем для без-
условного обеспечения испытаний изде-
лий РКТ.
Современные требования по обес-
печению конфиденциальности информа-
ции вносят новые требования к системам
обработки ТМИ в ходе испытательных
работ на технических и стартовых пози-
циях. Во-первых, система обработки
ТМИ должна иметь возможность функ-
ционирования в закрытом сегменте (по-
мещения, сетевое оборудование). Во-
вторых, система обработки ТМИ должна
быть согласована по форматам информа-
ции с аппаратурой дешифровки ТМИ. В-
третьих, система обработки ТМИ взаи-
модействуя с аппаратурой дешифровки
должна обеспечивать выполнение требо-
ваний по обеспечению реального време-
ни и не вносить дополнительных искаже-
ний в исходную ТМИ.
Методология проведения испыта-
тельных работ на ТП при закрытии
(шифровании) ТМИ может быть пред-
ставлена следующим образом:
а) регистрация полного потока за-
шифрованной информации, запись на
НМЖД;
Ь) дешифровка ТМИ с помощью
специальной аппаратуры;
с) обработка открытой ТМИ, ана-
лиз результатов обработки ТМИ, провер-
ка режимов функционирования подси-
стем изделия РКТ, формирование отчётов
и заключений «НОРМА/НЕ НОРМА»;
d) фиксация неисправностей и ано-
малий функционирования изделия РКТ
при их наличии;
е) формирование заключений о го-
товности изделия к последующим испы-
таниям на стартовой позиции.
Методология проведения испыта-
тельных работ на СП при закрытии ТМИ
с использованием информации от всех
антенных комплексов приёма информа-
ции измерительных пунктов:
а) формирование перечня обяза-
тельные параметров и показаний для
адекватной оценки функционирования
изделия РКТ во время лётного экспери-
мента;
Ь) включение в схему приёма ин-
формации подсистемы формирования
сокращенных репортажных потоков для
обеспечения прохождения информации
от удалённых измерительных пунктов по
каналам связи, не превышающих 1-2
Мбит/с;
с) преобразование сокращенного
потока информации до входного формата
аппаратуры дешифровки с обеспечением
обработки ТМИ в реальном времени;
d) протоколирование исходной и
преобразованной ТМИ;
е) дешифровка закрытой ТМИ спе-
циальной аппаратурой, обработка ин-
формации с учётом требований режима
экспресс-анализа;
f) сбор полных потоков ТМИ, об-
работка аппаратурой дешифровки ТМИ;
g) проведение полной обработки
ТМИ;
h) формирование отчётных матери-
алов по результатам анализа результатов
обработки ТМИ;
i) выдача заключений об успешно-
сти лётных испытаний изделия РКТ.
82
Современная система обработки и
анализа ТМИ должна проектироваться на
основе следующих основных принципов
и выполнения основных задач:
подготовка исходных данных на
приём, репортаж, обработку, анализ и
контроль ТМИ:
описание телеметрической системы
и тарировочных характеристик;
описание бортового цифрового вы-
числительного комплекса (БЦВК) и бор-
товой навигационной аппаратуры потре-
бителей (БНАП);
описание допусков параметров
(уровней, состояний и т.д.);
подготовка формуляров отображе-
ния репортажа;
формирование и рассылка заданий
на репортаж ТМИ;
расчёт и рассылка целеуказаний для
измерительных средств;
оценка областей радиовидимости и
интервалов уверенного приёма измери-
тельных средств;
репортаж телеметрической инфор-
мации:
формирование и передача сокра-
щённых потоков ТМИ по заданию от из-
мерительных пунктов в вычислительный
центр;
приём и обработка полных и со-
кращённых потоков ТМИ;
объединение (мультиплексирова-
ние) репортажных потоков по результа-
там сравнения качества (достоверности
приёма);
обработка и отображение телемет-
рических параметров;
обработка и отображение траектор-
ной информации;
расчёт и рассылка оперативных це-
леуказаний по текущим навигационным
параметрам (результатам обработки
БНАП);
отображение оперативных целеука-
заний операторам измерительных средств
на измерительных пунктах;
сбор телеметрической информации
- фрагментарный и полный, с возможно-
стью восстановления после сбоя канала
дальней связи;
контроль телеметрической инфор-
мации на соответствие требованиям си-
стемы измерения (методик обработки,
технических условий) - допусковый кон-
троль исходных уровней и состояний,
контроль времени срабатывания;
оперативная автоматизированная
обработка всех видов параметров, отоб-
ражение их значений в таблице или в ви-
де «бегущих графиков», отображение
траекторных параметров на карте, фик-
сация времени срабатывания параметров
по результатам репортажа и экспресс-
анализа с определением ближайшей к
срабатыванию точки траектории, зареги-
стрированной из БНАП;
представление трёхмерной модели
изделия РКТ по заранее согласованному
набору параметров и подсистем;
обработка телеметрической инфор-
мации после сеанса:
первичная обработка и повышение
качества ТМИ - «резка» и объединение
файлов ТМИ, монтаж единого носителя
ТМИ, монтаж подпотоков НП и ЗУ;
извлечение телеметрических пара-
метров и цифровых кадров БЦВК;
графический анализ и документи-
рование результатов;
информационный обмен со смеж-
ными системами-потребителями;
обеспечение обмена сообщениями
между пользователями вычислительных
центров и измерительных пунктов:
телефонная связь (1Р-телефония);
текстовыми сообщениями - инди-
видуально и по группам абонентов;
диагностирование информационной
сети - оценка готовности каналов связи к
сеансу (в том числе каналов дальней свя-
зи (спутниковых каналов связи)).
83
Рис. 1 - Структурная схема системы обработки и анализа ТМИ
Современная система обработки и
анализа ТМИ должна поддерживать сле-
дующие форматы входной ТМИ:
а) потоки ЕГНАКУ от ИТМК,
ССПД МИРС и системы «Приморка»;
Ь) потоки CCSDS от ИТМК, ССПД
МПРС и станции «Источник-М»;
с) структуры TLM от МПРС;
d) структуры DAT от станции «Ис-
точник-М»;
е) выходные структуры кадров
ТМС от станции ИТМК;
О репортажные потоки «индекс-
параметр»;
g) выходные форматы станции
ИТМК.
Таким образом, для решения акту-
альных проблем обеспечения испытаний
современная система обработки и анали-
за должна обеспечивать выполнение всех
требований, предъявляемых при испыта-
тельных работах изделий РКТ. Кроме то-
го, подобные системы должны обладать
еще и важным свойством адаптивности и
расширяемости для своевременного ре-
шения задач обработки ТМИ и выполне-
ния испытательных работ при дальней-
шем развитии изделий РКТ. Это возмож-
но на основе использования возможно-
стей кроссплатформенных средств разра-
ботки программного обеспечения, уни-
версальных сетевых протоколов, под-
держки всего перечня применяемых
форматов ТМИ.
Библиографический список:
1. Назаров А.В., Козырев Г.И.
Современная телеметрия в теории и на
практике - СПб.: Наука и техника, 2007. -
С.270-373.
2. Степкин В.С., Шмыголь С.С.
Автоматизированная обработка и анализ
телеметрической информации. — МО
СССР, 1980.-515 с.
References:
1. Nazarov A.V., Kozyrev G.L
Modem telemetry in theory and practice -
SPb .: Science and Technology, 2007 -
S.270-373.
84
2. Styopkin V.S., Shmygol S.S. Au-
tomated processing and analysis of teleme-
try data. - Ministry of Defense of the USSR,
1980.-515 p.
CURRENT PROBLEMS OF SUPPORT FOR TESTING
PRODUCTS ROCKET AND SPACE TECHNOLOGY
©2015 D.Y. Chaika
JCS «SRC «Progress» - Special design bureau “Spektr”, Ryazan
The article examines the trends and characteristics of the present stage of development of rocket and space
technology, current problems of the test rocket and space technology. The methodology of testing works in a closed
telemetry. Principles of formation of software systems for test work on rocket and space technology engineering and
a starting position.
Keywords: telemetry, missile and space technology, test.
Информация об авторе:
Чайка Дмитрий Юрьевич, инженер-программист 2 категории, филиал АО «РКЦ
«Прогресс» - «ОКБ «Спектр», 390005, г. Рязань, ул. Гагарина 59а, тел.: 8(4912)76-87-53,
доб. 2-98.
Область научных интересов: цифровая обработка сигналов, системы космической
связи.
Chaika Dmitriy Yourievich, 2-grade engineer, JCS «SRC «Progress» - Spectr, 390005,
Ryazan, st. Gagarina 59a, ph.: 8(4912)76-87-53, add. 2-98.
Scientific interest area: digital processing signal, space data-transmission system.
85
IV Всероссийская научно-техническая конференция
«Актуальные проблемы ракетно-космической техники»
(IV Козловские чтения)
Секция 5. Направление 2: Эксплуатация
ракетно-космической техники
86
УДК 629.78.083:389.6
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ
РАКЕТНОЙ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
©2015 С.А. Лысенко
Федеральное государственное унитарное предприятие
«Центральный научно-исследовательский институт машиностроения», г. Королев
Успешная реализация космических программ и проектов во многом определяется решением про-
блемных вопросов эксплуатации ракетно-космических комплексов (РКК) при отработке их систем эксплуа-
тации.
Ключевые слова: система эксплуатации; эксплуатация РКТ
Проблемные вопросы эксплуатации
ракетной и ракетно-космической тех-
ники
Основные проблемные вопросы
эксплуатации РКТ:
1. В последнее десятилетие
прошлого века РКТ не обновлялась, а
поддерживалась за счёт ремонта и
выполнения мероприятий по продлению
технического ресурса оборудования,
входящего в состав объектов наземной
космической инфраструктуры
космодромов Байконур и «Плесецк».
2. Несоответствие ГОСТов (СРПП)
сложившейся практике эксплуатации
РКТ (выполнение мероприятий
авторского, технического надзоров,
продления ресурса, обслуживания и
ремонта).
3. В ТТЗ не в полном объёме
задаются требования к эксплуатации,
хранению, удобству технического
обслуживания и ремонта составных
частей (изделий) РКК в соответствии с
ГОСТ РВ 15.201-2003. Требования к
отработке системы эксплуатации РКК и
его составных частей согласно ОТТ
11.1.4-88 части 5 отсутствуют.
4. Программа отработки системы
эксплуатации РКК и его составных
частей как основной руководящий
документ по организации отработки
системы эксплуатации и её элементов в
процессе испытаний РКТ, проводимых на
космодроме (ОТТ 11.1.4-88, часть 5), в
отличие от других программных
документов (ПОН, ПОБ, КПЭО и др.),
предусмотренных Положениями РК-98-
КТ и РК-П-КТ головными
организациями-разработчиками не всегда
разрабаты ваются.
5. Несовершенство документов,
регламентирующих организацию
процессов эксплуатации РКТ с
применением современных АСУ,
позволяющих использовать технические
средства диагностирования, мониторинга
и т.п.
6. Отсутствует единая информа-
ционная база с результатами научно-
исследовательских и опытно-
конструкторских работ.
7. Эффективность использования
РКТ снижается, а эксплуатационные
расходы возрастают вследствие
несоответствия достигнутых показателей
качества РКТ требованиям,
определённым в ОТТ и заданным в ТТЗ,
а также низкого уровня организации
работ и контроля процессов
эксплуатации, недостаточной квали-
фикации эксплуатирующего персонала.
Предложения по решению проблемных
вопросов эксплуатации ракетной и ра-
кетно-космической техники
Анализ проблем обеспечения
эксплуатации РКТ показывает
целесообразность принятия Заказчиком
управленческих решений по
организации:
1. Проведения исследований по
оценке систем эксплуатации РКК,
находящихся на этапах ввода в
87
эксплуатацию и эксплуатации, анализу
опыта и учёту результатов разработок
ГН ИО РКП по проблематике управления
полным ЖЦИ.
2. Работ по корректировке ГОСТов,
ОТТ, регламентирующих порядок
обеспечения эксплуатации РКК и его
составных частей.
3. Научно-технического и
технологического сопровождения
ГН ИО РКП научно-исследовательских и
опытно-конструкторских работ на всех
этапах ЖЦИ, в том числе эксплуатации
составных частей (изделий) РКК.
4. Разработки проекта концепции
системы мониторинга технического
состояния РКК и его составных частей
(изделий).
5. ГН ИО РКП совместно с
головными организациями РКП
воссоздания системы сбора и анализа
информации о качестве и надёжности
изделий РКК в эксплуатации,
позволяющей обеспечивать
разработчиков и изготовителей изделий
РКК оперативной информацией об
отказах техники (как гарантийной, так и
не гарантийной), а также аналитическими
данными о состоянии надёжности
изделий РКК в ходе эксплуатации.
6. Разработки стандартов по
созданию и использованию электронной
эксплуатационной и ремонтной
документации.
7. Разработки типовых нормативно-
методических документов по
организации эксплуатации изделий РКК
и их составных частей с учётом
современных требований и возможностей
передовых информационных технологий
и созданию типовой автоматизированной
подсистемы технической поддержки
эксплуатации изделий РКК в течение
ЖЦИ.
Направления развития системы
эксплуатации для преодоления
недостатков
Основные направления
совершенствования и развития системы
эксплуатации РКК и его составных
частей можно представить следующим
образом:
1. Совершенствование
нормативного правового и нормативно-
технического обеспечения в интересах
применения современных технологий
управления мероприятиями ЖЦИ.
2. Переход на контракты полного
жизненного цикла (ПЖЦ) РКТ.
3. Совершенствование системы
сбора, обработки и обмена информацией
о ходе эксплуатации изделий РКК за счёт
внедрения современных
информационных технологий в
автоматизированные системы
управления.
4. Создание и внедрение
современных средств объективного
контроля технического состояния, с
возможностью их автоматизированного
взаимодействия со средствами
автоматизации.
5. Обеспечение эксплуатирующих
организаций квалифицированным персо-
налом и современными средствами
диагностирования и технического
обслуживания.
6. Создание условий, позволяющих
эксплуатирующей организации
представлять объективные
диагностические и фактические
эксплуатационные характеристики по
изделиям РКК, находящимся в
эксплуатации.
7. Развитие и внедрение средств
автоматической идентификации в
интересах совершенствования системы
учёта материальных средств,
мониторинга хода эксплуатации изделий
РКК, повышения оперативности
снабжения эксплуатирующих
организаций (эксплуатационных
подразделений).
8. Включение в ФКП (ФЦП)
научно-исследовательских и опытно-
конструкторских работ по
совершенствованию системы
эксплуатации РКТ.
Представленные направления
совершенствования и развития системы
88
эксплуатации РКК и его составных
частей позволят обеспечить:
- совершенствование нормативно-
правовой базы для создания системы
управления ПЖЦ (полным
индустриальным циклом производства от
моделирования и проектирования до
серийного выпуска изделий, обеспечения
их эксплуатации и дальнейшей
утилизации), регламентирующей порядок
сопровождения эксплуатационных
процессов, начиная с этапа
проектирования РКК (его составных
частей);
- распределение функций между
органами управления эксплуатацией
составных частей (изделий) РКК на
объектах наземной космической
инфраструктуры космодромов;
- разработку новых основных
требований к системе эксплуатации РКК
и его составных частей, а также
требований к эксплуатации, хранению,
удобству технического обслуживания и
ремонта взамен устаревшим требованиям
из системы общих технических
требований к видам вооружения и
военной техники (ОТТ);
- разработку и формирование
системы эксплуатационных свойств и
характеристик в соответствии с уровнями
системы эксплуатации;
- определение показателей
эффективности и разработку общей
методической схемы отработки системы
эксплуатации РКК;
- создание и развитие: системы
дистанционного (удалённого) контроля
технического состояния изделий РКК;
системы удалённой информационной
поддержки устранения замечаний,
неисправностей, возникающих при
эксплуатации изделий РКК; системы
дистанционного обучения
обслуживающего (эксплуатирующего)
персонала на современных тренажёрных
комплексах;
- обеспечить гарантийный,
авторский, технический надзоры при
эксплуатации РКТ;
- продление срока службы РКТ.
SCIENTIFIC AND TECHNICAL PROBLEMS OF OPERATION OF ROCKET AND
SPACE TECHNOLOGY
©2015 S.A. Lysenko
Federal state unitary enterprise «Central research Institute of machine building», Korolev
Successful implementation of space programs and projects is largely determined by the resolution of prob-
lematic issues, the operation of the rocket-space complex (RSC) when developing their systems of operation.
Keywords: system operation; operation of RSC
Информация об авторе:
Лысенко Сергей Александрович, начальник отделения, ФГУП ЦНИИмаш, ул.
Пионерская, д. 4, г. Королев, Московская область, 141070, (495) 513-50-49,
LysenkoSACa4sniimash.ru.
Область научных интересов: исследования проблем эксплуатации ракетно-
космической техники.
Lysenko Sergey Aleksandrovich, head of Department, FSUE TsNIIMash, Pionerskaya
str., 4, Korolev, Moscow region, 141070, (495) 513-50-49, LysenkoSAfetsniimash.ru.
Area of scientific interests: research of problems of operation of rocket and space
technology.
89
УДК 528.88
ОЦЕНКА РЕАЛИЗУЕМОСТИ ОПЕРАТОРОМ РОССИЙСКИХ КОСМИЧЕСКИХ
СРЕДСТВ ДЗЗ ЗАЯВОК НА КОСМИЧЕСКУЮ СЪЕМКУ
©2015 Д.И. Бубненков, Л.А. Гришанцева, А.А. Емельянов, К.С. Емельянов, А.Л. Федотов
Научный центр оперативного мониторинга Земли
ОАО «Российские космические системы», г. Москва
В работе предлагается системный подход к формированию методического задела для повышения эф-
фективности целевого применения российских средств ДЗЗ в части выполнения Оператором заявок на кос-
мическую съемку. В статье описывается анализ проблемных вопросов в части выполнения Оператором за-
явок.
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ), планирование целевого применение, реа-
лизуемость заявок потребителей
Основным неформальным показа-
телем возможности удовлетворения ко-
личественных и качественных требова-
ний пользователей является степень реа-
лизуемости плановых и оперативных за-
явок пользователей на проведение съем-
ки и/или создание конечного информаци-
онного продукта. В мировой практике
оценка реализуемости заявок пользовате-
лей - неотъемлемая составляющая рабо-
ты оператора космических систем и дис-
трибьюторов данных ДЗЗ, вне зависимо-
сти от того, кто выступает пользователем
- орган власти и подведомственная ему
организация, коммерческая организация
или частное лицо. В общем случае, по-
добная оценка является составляющей
любого бизнес-процесса, нацеленного на
получение прибыли или, в крайнем слу-
чае, на безубыточную работу.
КС ДЗЗ представляют собой слож-
ные организационно-технические систе-
мы, отличающиеся большим разнообра-
зием типов и характеристик ЦА, режимов
и условий ее применения, составом и
функциональными возможностями
наземной инфраструктуры приема, обра-
ботки, хранения и распространения ин-
формации ДЗЗ.
Учитывая, что большинство заявок
пользователей не ограничивает Операто-
ра КС ДЗЗ в выборе средств получения
той или иной информации, определяя
требования к выходному стандартному
или базовому продукту обработки дан-
ных ДЗЗ, первостепенную роль приобре-
тает необходимость планирования сов-
местной работы КА ДЗЗ, позволяющих
получать однотипную информацию. В
настоящее время основным организаци-
онным фактором, ограничивающим при-
менение такого подхода к оценке реали-
зуемости заявок, является отсутствие
унификации уровней обработки инфор-
мации даже с однотипных КА, с техниче-
ской стороны - отсутствует система ав-
томатического (автоматизированного)
планирования работы для всей ОГ КА
ДЗЗ одновременно.
Во многом на возможность реали-
зации конкретной заявки влияют требо-
вания к качеству данных наблюдения по
углам визирования, освещенности, гео-
метрическим искажениям и др. Факторы,
влияющие на степень реализуемости за-
явок потребителей на получение инфор-
мации ДЗЗ, можно разделить на три ос-
новные группы:
- метеорологические;
- технические;
- организационные.
Первая группа факторов, как видно
из названия - это метеорологические
условия в районе наблюдения (облач-
ность, прозрачность атмосферы).
Ко второй, технической, группе
факторов можно отнести:
- ограничения на эксплуатацию
КА, включая баллистические и динами-
ческие возможности КА, техническое со-
стояние бортовых систем КА и ограниче-
ния по их работе;
90
- ограничения, связанные с недо-
статочной пропускной способностью
ВРЛ;
- ограничения, связанные с коли-
чеством и конфигурацией ППИ, включая
их различное оснащение аппаратурой
криптозащиты.
К организационным факторам от-
носятся: приоритетность съемки, органи-
зация приема информации НКПОР, вре-
мя обработки заявки (от ее получения до
закладки на борт рабочей программы
включения ЦА).
Наличие заведомых технических
ограничений, прежде всего, в части объ-
ема и качества информационного ресур-
са, что характерно для существующей и
перспективной (как минимум, на период
до 2020 г.) российской ОГ КА ДЗЗ, уси-
ливает потребность в разработке методи-
ки оценки реализуемости заявок пользо-
вателей.
В работе предлагается системный
подход к формированию методического
задела для повышения эффективности
целевого применения российских средств
ДЗЗ в части выполнения Оператором за-
явок на космическую съемку. Предложе-
но осуществлять оценку реализуемости
заявок следующих основных видов:
- заявки на съемку и создание про-
дуктов стандартной обработки КИ сред-
него, высокого и детального простран-
ственного наблюдения;
- заявки на создание БП в рамках
соответствующего регламента потоковой
обработки КИ;
- заявки на получение стандарт-
ных продуктов ДЗЗ и БП, содержащихся
в соответствующих банках данных
(ЕБГД ЕТРИС ДЗЗ и ББП).
В ходе работы выполнен анализ
проблемных вопросов в части выполне-
ния Оператором заявок на космическую
съемку, в т.ч. в части количественных и
качественных требований к информаци-
онным продуктам ДЗЗ, проведена оценка
достаточности современных информаци-
онных ресурсов с точки зрения их даль-
нейшего тематического использования
потребителями, выявлены проблемы,
возникающие при выполнении заявок на
космическую съемку, в т.ч. организаци-
онно-технического и нормативного ха-
рактера.
В качестве общего (интегрального)
показателя качества работы Оператора
российских КС ДЗЗ с потребителями вы-
бран суммарный коэффициент реализуе-
мости заявок, рассчитываемый в виде
взвешенной суммы коэффициентов реа-
лизуемости частных требований. При
этом коэффициент реализуемости зави-
сит от требуемого и фактического объема
и качества предоставляемой КИ.
ASSESSING THE FEASIBILITY OF REQUESTS FOR SPACE IMAGERY
BY OPERATOR OF RUSSIAN REMOTE SENSING SPACE FACILITIES
©2015 D.l. Bubnenkov, L.A. Grishantseva, A.A. Emelyanov, K.S. Emelyanov, A.L. Fedotov
Research Center for Earth Operative Monitoring of
JSC «Russian Space Systems», Moscow
The paper considers a system approach to forming the methodology advance for increased efficiency of tar-
get use of the Russian remote sensing facilities with respect to fulfilling the requests for space imagery by Operator.
The problem points relevant to fulfilling the requests by Operator are analyzed.
Keywords: Earth remote sensing, target use planning, consumer request feasibility
Информация об авторах:
Бубненков Дмитрий Иванович, инженер 1 категории НЦ ОМЗ ОАО «Российские
космические системы», Россия, г. Москва, ул. Декабристов, владение 51, строение 25, т.
(495) 925-04-19, bubncnkovtantsomz.ru.
91
Область научных интересов: геоинформационные системы, Python D, OpenSource,
MySql, PostgreSql, сети.
Гришанцева Любовь Александровна, к.т.н., начальник сектора НЦ ОМЗ ОАО
«Российские космические системы», Россия, г. Москва, ул. Декабристов, владение 51,
строение 25, т. (495) 925-04-19, grishantseva lafentsomz.ru.
Область научных интересов: ДЗЗ, разработка программного обеспечения.
Емельянов Андрей Александрович, к.т.н., заместитель начальника НЦ ОМЗ ОАО
«Российские космические системы», Россия, г. Москва, ул. Декабристов, владение 51,
строение 25, т. (495) 925-04-19, eaafentsomz.ru.
Область научных интересов: методы и алгоритмы обработки данных ДЗЗ, информа-
ционные системы спутникового мониторинга, технология целевого применения космиче-
ских средств ДЗЗ.
Емельянов Кирилл Сергеевич, начальник отдела НЦ ОМЗ ОАО «Российские
космические системы», Россия, г. Москва, ул. Декабристов, владение 51, строение 25, т.
(495) 925-04-19, eksfejntsomz.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование земли.
Федотов Алексей Леонидович, к.г.н., главный специалист НЦ ОМЗ ОАО «Россий-
ские космические системы», Россия, г. Москва, ул. Декабристов, владение 51, строение
25, т. (495) 925-04-19, afedotovfentsomz.ru.
Область научных интересов: дистанционное зондирование земли, геоинформацион-
ные системы, разработка программного обеспечения, Web-технологии, базы данных.
Authors:
Dmitry I. Bubnenkov, Engineer, NTs OMZ of JSC “Russian Space Systems”, Deka-
bristov St., b.51, h.25, Moscow, Russia, 127490. Tel: (495) 925-04-19, bubnenkovfentsomz.ru.
Research interests: Geoinformation systems, Python, D, OpenSource, MySql, PostgreSql,
networks.
Lubov A. Grishantseva, PhD in Technical Sciences, Head of Sector, NTs OMZ of JSC
“Russian Space Systems”, Dekabristov St., b.51, h.25, Moscow, Russia, 127490. Tel: (495) 925-
04-19, grishantseva lafentsomz.ru.
Research interests: Remote sensing, software development.
Andrey A. Emelyanov, PhD in Technical Sciences, Deputy Chief, NTs OMZ of JSC
“Russian Space Systems”, Dekabristov St., b.51, h.25, Moscow, Russia, 127490. Tel: (495) 925-
04-19, eaafentsomz.ru .
Research interests: Techniques and algorithms of remote sensing data processing, infor-
mation systems of satellite monitoring, target use of space remote sensing facilities technology.
Kirill S. Emelyanov, Head of Division, NTs OMZ of JSC “Russian Space Systems”, Dek-
abristov St., b.51, h.25, Moscow, Russia, 127490. Tel: (495) 925-04-19, cksfefetsomz.ru.
Research interests: Earth remote sensing.
Aleksey L. Fedotov, PhD in Geographical Sciences, Chief Specialist, NTs OMZ of JSC
RKS, Dekabristov St., b.51, h.25, Moscow, Russia, 127490. Tel: 8 (495) 925-04-11,
afedotovfentsomz.ru.
Research interests: Earth remote sensing, geographic information systems, software devel-
opment, Web technologies, databases.
92
УДК 531.36
ТРАНСПОРТНО-ПУСКОВОЙ КОНТЕЙНЕР ДЛЯ НАНОСПУТНИКОВ
ТИПОРАЗМЕРА 3U, 3U+
©2015 Д.С. Зарецкий, А.А. Кирсанов, Е.В. Космодемьянский, А.М. Романов,
М.Е. Сивов, М.Г. Трусов, В.В. Юдинцев
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассматриваются особенности конструкции транспортно-пускового контейнера, разработанного АО
“РКЦ “Прогресс” для запуска наноспутников формата кубсат типоразмеров 3U, 3U+. Транспортно-пусковой
контейнер может устанавливаться в качестве попутной полезной нагрузки на ракетах-носителях семейства
«Союз», блоке выведения «Волга» и космических аппаратах разработки АО “РКЦ “Прогресс”.
Ключевые слова: наноспутник, кубсат, средства отделения, транспортно-пусковой контейнер
Наиболее эффективный способ под-
готовки высококвалифицированных инже-
неров аэрокосмических специальностей -
привлечение студентов к разработке кос-
мических аппаратов [1]. Цикл разработки
больших КА не позволяет студентам прой-
ти весь путь разработки в рамках обычного
учебного процесса и охватить весь круг
решаемых задач. Такую возможность
предоставляет разработанная в 1999 году
профессором Ж. Суари из Калифорнийско-
го политехнического университета и Б.
Твиггсом из Стэндфордского специфика-
ция, описывающий формат наноспутников
- малых КА массой меньше 10 килограмм
[2]. Эта спецификация стала своего рода
стандартом, позволившим упростить изго-
товление и запуск наноспутников, что от-
крыло дорогу в космос непрофессионалам
- небольшим научным группам ВУЗов и
школ. Последние несколько лет задачи,
решаемые при помощи наноспутников,
вышли за рамки учебных или демонстра-
ционных проектов: более половины нано-
спутников формата кубсат, запущенных в
2014 году и планируемых к запуску до
2016 года это спутники дистанционного
зондирования Земли.
С целью упрощения использования
ракет-носителей, космических аппаратов и
разгонных блоков производства АО “РКЦ
“Прогресс” для попутного выведения
наноспутников, предприятие разработало
собственный тип транспортно-пускового
контейнера (ТПК) для кубсатов различных
типоразмеров.
Конструкция контейнера
При разработке ТПК одним из ос-
новных требований было требование его
простой адаптации к используемым сред-
ствам выведения: интерфейсам систем
управления и систем измерения PH или
КА, на которых может устанавливаться
контейнер. Большое внимание уделялось
надёжности работы всех его составных ча-
стей. В конструкции использовались отра-
ботанные элементы с высоким уровнем
надёжности.
Контейнер состоит из трёх модулей:
основного несущего модуля, модуля тол-
кателя и модуля крышки. Эта особенность
конструкции позволяет при необходимости
из нескольких стандартных элементов
быстро разработать и изготовить контей-
нер для выведения наноспутника требуе-
мого типоразмера от ШдоЗи+ (рис. 1).
Основной модуль объединяет все
остальные модули контейнера и включает
в себя направляющие, для поступательного
движения наноспутника внутри контейне-
ра и элементы крепления контейнера к но-
сителю. Модуль толкателя состоит из по-
движной платформы с направляющими и
пружины, которая сообщает наноспутнику
заданную скорость. Модуль крышки со-
держит узлы вращения, пружины кручения
для надёжного открытия крышки, устрой-
ство фиксации крышки в раскрытом поло-
жении, механизм открытия крышки и
устройство, удерживающее наноспутник в
контейнере до момента разворота крышки
на безопасный угол, позволяющее без-
93
опасно отделить наноспутник с заданной
скоростью.
В конструкции ТПК предусмотрен
датчик, контролирующий отделение нано-
спутника от платформы толкателя, и дат-
чик, измеряющий температуру внутри
контейнера. Для поддержания теплового
режима наружные поверхности контейнера
закрыты ЭВТИ.
При разработке ТПК для снижения
угловой скорости наноспутника типораз-
мера 3U ход толкателя был уменьшен до
200 мм. При разработке ТПК для нано-
спутников типоразмера 1U целесообразно
уменьшить ход толкателя до 50 мм, что
обеспечит угловую скорость отделения не
более 10 градусов в секунду.
Набор пружин для
разных масс КА
Датчик температуры
Датчик отделения
Механизм открытия крышки
Кубсат типоразмера
5U,5U+
Корпуса
со съёмными
панелями
Крышка
Рис. 1 - Транспортно-пусковой контейнер для запуска наноспутников типоразмера 3U, 3U+
Транспортно-пусковой контейнер
прошёл полный цикл экспериментальной
отработки, в результате чего были под-
тверждены все требования, заложенные в
проектной документации, включая требо-
вания к угловым скоростям наноспутника
после его выхода из контейнера.
Размещение транспортно-
пускового контейнера
Первый запуск наноспутника при
помощи разработанного ТПК планируется
осуществить в конце 2015 года. На орбиту
будет выведен наноспутник «Контакт-
наноспутник» формата 3U, разработанный
студентами СГАУ. «Контакт-
наноспутник» будет установлен как попут-
ная полезная нагрузка БВ “Волга” с малым
КА “Аист-2” и КА “Ломоносов”. Размеще-
ние контейнера на адаптере блоке выведе-
ния «Волга» предоставляет большую сво-
боду выбора направления и скорости отде-
ления наноспутников.
Контейнеры с наноспутниками могут
размещаться на космических аппаратах.
Так в верхней части спускаемого аппарата
КА “Бион-М” установлена платформа
средств отделения, на которой в 2013 году
были размещены 5 пусковых контейнеров
для наноспутников различных типоразме-
ров.
Транспортно-пусковой контейнер
может размещаться внутри переходного
отсека ракет-носителей семейства “Союз”.
Средняя высота орбиты, на которой проис-
ходит отделение основной полезной
нагрузки от орбитальной ступени состав-
ляет 200 километров, поэтому этот вариант
размещения можно использовать для нано-
спутников с небольшим планируемым
сроком существования.
Библиографический список:
[1] Swartwout М. University-Class
Satellites: From Marginal Utility to
“Disruptive” Research Platforms, Proc, of
18th Annu. AIAA/USU Conf. SMALL Satell.
2004, pages 9-13.
[2] Munakata R. et al. Cubesat design
specification rev. 13 // The CubeSat Program,
California Polytechnic State University. 2014.
94
CUBESAT DEPLOYER FOR 3U, 3U+ NOSATELLITES
©2015 D.S. Zaretskiy, A.A. Kirsanov, E.V. Kosmodemyanskii, A.M. Romanov,
M.E. Sivov, M.G. Trusov, V.V. Yudintsev
JCS «SRC «Progress», Samara
Design features of a new cubesat deployer developed by JSC SRC Progress are presented that ensure high re-
liability and make it possible to launch 3U-3U+ nanosatellites at a specified velocity and with minimal angular dis-
turbances. The deployer can be used as a piggyback payload of Soyuz launch vehicles, the Volga Upper Stage, and
spacecraft developed by JSC SRC Progress.
Key words: nanosatellite, cubesat, cubesat deployer, design.
Информация об авторах:
Зарецкий Дмитрий Сергеевич - инженер-конструктор 1 кат. АО «РКЦ «Прогресс»,
г. Самара, ул. Земеца, 18а.
Область научных интересов: средства разделения КА.
Кирсанов Александр Александрович - начальник отдела АО «РКЦ «Прогресс»,
г. Самара, ул. Земеца, 18а.
Область научных интересов: механизмы специальных систем, средства разделения и
отделения.
Космодемьянский Евгений Владимирович - зам. генерального конструктора по
научной работе, г. Самара, ул. Земеца, 18а.
Область научных интересов: проектирование КА.
Романов Александр Михайлович - инженер-конструктор 3 кат. АО «РКЦ
«Прогресс», г. Самара, ул. Земеца, 18а.
Область научных интересов: средства разделения КА.
Сивов Максим Евгеньевич - инженер-конструктор 2 кат. АО «РКЦ «Прогресс»,
г. Самара, ул. Земеца, 18а.
Область научных интересов: механизмы специальных систем.
Трусов Максим Геннадьевич - зам. начальника отдела АО «РКЦ «Прогресс»,
г. Самара, ул. Земеца, 18а.
Область научных интересов: механизмы специальных систем.
Юдинцев Вадим Вячеславович- к. т. н., доцент СГАУ, ведущий инженер-
конструктор АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара, ул. Земеца, 18а, тел. (846) 228-91-91
Область научных интересов: динамика систем тел, вычислительная механика.
Zaretskiy D.S. - engineer at JCS «SRC «Progress», Samara, uL Zemetsa, 18a.
Research interests: separation subsystems.
Kirsanov A.A. - Head of the department at JCS «SRC «Progress», Samara, uL Zemetsa,
18a. Research interests: mechanisms of special systems.
Kosmodemyanskii E.V. - Ph. D. Deputy General Designer for Research & Academic
Activities at JCS «SRC «Progress», Samara, uL Zemetsa, 18a.
Research interests: spacecraft design.
Romanov - A.M. engineer at JSC SRC Progress, Samara, uL Zemetsa, 18a.
Research interests: separation subsystems.
Sivov M.E. - engineer at JSC SRC Progress, Samara, uL Zemetsa, 18a.
Research interests: mechanisms of special systems.
Trusov M.G. - Deputy Head of the department at JCS «SRC «Progress», Samara, uL Ze-
metsa, 18a.
Research interests: mechanisms of special systems.
Yudintsev V.V.- Ph. D., associate professor. JCS «SRC «Progress», Samara, uL Zemetsa,
18a, tel. (846) 228-91-91
Research interests: multibody systems dynamics, computational mechanics.
95
УДК 629.7.08
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ НАЗЕМНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ
ИНФРАСТРУКТУРЫ КОСМОДРОМА «ВОСТОЧНЫЙ»
©2015 Ф.Ф. Дедус, А.М. Гераськин, С.С. Пастухова
ФГУП «ЦНИИмаш», г. Королев, Московская область
11риведены основные данные об этапности создания космодрома «Восточный» и возможные направ-
ления развития его инфраструктуры.
Ключевые слова: наземная космическая инфраструктура, космодром, космодром «Восточный»,
основные и обеспечивающие объекты.
Пути развития наземной космиче-
ской инфраструктуры определяются ис-
ходя из основных целей космической де-
ятельности России, одной из которых яв-
ляется гарантированный доступ России в
космос со своей территории в обеспече-
ние полного спектра приоритетных задач
в интересах удовлетворения потребно-
стей обороны и безопасности страны, ее
социально-экономической сферы и науки
[1,2].
Задачи космической деятельности
России в настоящее время решаются с
использованием космодромов Байконур и
Плесецк. С космодрома Байконур, кото-
рый РФ арендует у Республики Казах-
стан, осуществляются запуски автомати-
ческих космических аппаратов (КА) на
геостационарную, геопереходные и кру-
говые орбиты с целью обеспечения связи,
телевещания, метеообеспечения, навига-
ции, дистанционного зондирования Зем-
ли, а также запуски по пилотируемой
программе.
Инфраструктура космодрома Пле-
сецк позволяет в основном решать задачи
оборонного характера. Развитие космо-
дрома Плесецк, в том числе расширение
его возможностей путем создания инфра-
структуры для подготовки и пусков пер-
спективных ракет-носителей тяжелого
класса с использованием кислородно-
водородных разгонных блоков, преду-
смотрено в качестве одного из главных
направлений развития его наземной кос-
мической инфраструктуры.
Перспективная космическая дея-
тельность России неразрывно связана с
созданием и эксплуатацией нового кос-
модрома «Восточный».
Космодром «Восточный» предна-
значен для обеспечения подготовки и за-
пуска КА различного назначения, транс-
портных грузовых кораблей и модулей
орбитальных станций, выполнения про-
грамм по пилотируемым запускам и пер-
спективных космических программ по
изучению и освоению небесных тел, в
том числе в рамках международного со-
трудничества [1]. При этом предусмотре-
на следующая этапность создания космо-
дрома:
1) к 2015 году - готовность основ-
ных и обеспечивающих объектов назем-
ной космической инфраструктуры (НКИ)
к запускам автоматических КА ракетами
космического назначения (РКН) типа
«Союз-2» этапа 1 а;
2) до 2021 года - дооснащение и мо-
дификация основных и обеспечивающих
объектов наземной космической инфра-
структуры космического ракетного ком-
плекса (КРК) с РКН «Союз-2» этапов 16
и 1в, а также создание наземного техно-
логического оборудования и технических
средств стартовых и технических ком-
плексов КРК «Амур» с ракетой-
носителем (PH) тяжелого класса «Анга-
ра-AS» и инфраструктуры для перспек-
тивной пилотируемой транспортной си-
стемы;
3) до 2025 года - создание объектов
НКИ КРК «Амур» с PH тяжелого класса
повышенной грузоподъемности «Ангара-
А5В» для обеспечения в том числе пус-
96
ков по пилотируемой и лунной програм-
мам.
4) после 2025 года - создание объек-
тов для подготовки, пуска и межполетно-
го обслуживания демонстратора многора-
зовой первой ступени многоразовой ра-
кетно-космической системы (МРКС) и
объектов КРК сверхтяжелого класса.
Перспективными направлениями
развития наземной космической инфра-
структуры космодрома «Восточный» яв-
ляются создание объектов для обеспече-
ния подготовки к пуску и пусков много-
разовых ракет космического назначения,
а также РКН сверхтяжелого класса. В ос-
нову проектного облика технических и
стартовых комплексов перспективных
средств выведения закладывается унифи-
кация объектов [3].
Унификация вновь создаваемых
объектов может позволить сократить со-
став сооружений, численность обслужи-
вающего персонала наземной космиче-
ской инфраструктуры и объемы финансо-
вых средств на создание и ввод в эксплу-
атацию.
Библиографический список:
1. Основные положения «Основ
государственной политики Российской
Федерации в области космической дея-
тельности на период до 2030 года и даль-
нейшую перспективу», утвержденные
Президентом Российской Федерации от
19 апреля 2013 года № Пр-906.
2. Федеральное космическое
агентство. Официальный сайт
www.federalspace.ru.
3. Сайт www.vostokdrom.ru.
References:
1. Basic provisions «Bases of a state
policy of the Russian Federation in the field
of space activity for the period till 2030 and
further prospect», № Пр-906 approved by
the President of the Russian Federation of
April 19,2013.
2. Federal Space Agency. Official site
of www.federalspace.ru.
3. Site www.vostokdrom.ru.
MAIN DIRECTIONS OF DEVELOPMENT OF GROUND SPACE INFRASTRUCTURE
OF THE VOSTOCHNY COSMODROME
©2015 F.F. Dedus, A.M. Geraskin, S.S. Pastukhova
Federal State Unitary Enterprise TsNIIMash, Korolev
Specification on staging of creation of the Vostochny spaceport and the possible directions of development of
its infrastructure is given in theses.
Key words: ground space infrastructure, cosmodrome, the Vostochny cosmodrome, main and supporting
facilities
Информация об авторах:
Дедус Федор Флоренцевич, к.т.н., с.н.с., заместитель генерального директора (по
системным исследованиям) - начальник центра системного проектирования ФГУП
ЦНИИмаш, 141070, Россия, г. Королев, ул. Пионерская, д.4, т. 8(495) 513-44-00,
corpfu'tsniimash.ru.
Область научных интересов: проектно-поисковые и системные исследования пер-
спектив развития средств выведения и космодромов, организация программно-целевого
планирования космической деятельности.
Гераськин Александр Михайлович, к.т.н., и.о. начальника отдела 1202 ФГУП
ЦНИИмаш, 141070, Россия, г. Королев, ул. Пионерская, д.4, т. 8(495) 513-42-67,
GeraskinAM(aitsniimash.ru.
Область научных интересов: проектно-поисковые и системные исследования пер-
спектив развития объектов НКИ космодромов
Пастухова Светлана Сергеевна, ведущий инженер отдела 1202 ФГУП ЦНИИмаш,
141070, Россия, г. Королев, ул. Пионерская, д.4, т. 8(495) 513-56-87, Sunny35(« list.ru.
97
Область научных интересов: научно-техническое сопровождение создания стартовых
и технических комплексов
Dedus Fedor Florentsevich, candidate of technical sciences, senior research associate, the
deputy CEO (on system researches) - the chief of the center of system design Federal State Uni-
tary Enterprise TsNIIMash, 141070, Russia, Korolev, Pionerskaya str., 4, t. 8(495) 513-44-00,
corpfetsniimash.ru.
Area of research: design-search and system researches of prospects of development of
means of removal and spaceports, organization of program and target planning of space activity
Geraskin Alexander Mikhailovich, candidate of technical sciences, acting chief of the
division 1202 Federal State Unitary Enterprise TsNIIMash, 141070, Russia, Korolev,
Pionerskaya str., 4, t. 8(495)513-42-67, GeraskinAMfetsniimash.ru.
Area of research: design-search and system researches of prospects of development of ob-
jects of GSI of cosmodromes
Pastukhova Svetlana Sergeyevna, leading engineer of department 1202, Federal State
Unitary Enterprise TSNIIMash, 141070, Russia, Korolev, Pionerskaya str., 4, t.
8(495)513-56-87, Sunny35felist.ru.
Area of research: scientific and technical maintenance of creation of launch sites and tech-
nical complexes
98
УДК 629.765
СИСТЕМА МОНИТОРИНГА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАДИАЦИОННОЙ
ОБСТАНОВКИ В ОКП НА ОРБИТАХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ
РАЗРАБОТКИ АО «РКЦ «ПРОГРЕСС»
©2015 Е.А. Буренина, А.С. Дементьев, А.М. Привалова, Е.В. Чурилин
АО «РКЦ «Прогресс» г. Самара
Представлена система мониторинга и прогнозирования радиационной обстановки в околоземном
пространстве на орбитах функционирования изделий разработки АО «РКЦ «Прогресс» и направления ее
использования
Ключевые слова: радиационная обстановка, околоземное космическое пространстве, мониторинг,
прогнозирование
В настоящее время в АО «РКЦ
«Прогресс» функционирует разработан-
ная специалистами НИИЯФ МГУ систе-
ма мониторинга и прогнозирования ради-
ационной обстановки околоземного кос-
мического пространства (ОКП) на орби-
тах функционирования изделий разра-
ботки АО «РКЦ «Прогресс».
Текущие значения характеристик
ОКП, влияющих на работоспособность
изделий разработки АО «РКЦ
«Прогресс» и их БА, а также динамика их
изменений позволяют сотрудникам АО
«РКЦ «Прогресс» прогнозировать воз-
можность появления сбоев и отказов БА
при достижении характеристик ОКП
«критичных» значений, что позволяет
своевременно принять решение об огра-
ничении работы аппаратуры и реализо-
вать его.
Информация о состоянии ОКП на
орбитах функционирования изделий так-
же используется при анализе и поиске
возможных причин возникновения не-
штатных ситуаций в процессе эксплуата-
ции изделий разработки АО «РКЦ
«Прогресс».
Информация, предоставляемая си-
стемой мониторинга состояния ОКП на
орбитах функционирования изделий раз-
работки АО «РКЦ «Прогресс», выложе-
на на информационного портале
АО «РКЦ «Прогресс» и доступна для
всех его сотрудников.
THE SYSTEM OF MONITORING AND FORECASTING RADIATION
ENVIRONMENT IN NEAR-EARTH SPACE IN OPERATIONAL ORBITS
OF PRODUCTS DEVELOPED BY JSC SRC PROGRESS
©2015 E.A. Burenina, A.S. Dement’ev, A.M. Privalova, E.V. Churilin
JSC «SRC «Progress», Samara
The article represents the system of monitoring and forecasting radiation environment in near-earth space in
operational orbits of products developed by JSC SRC Progress and lines of its application.
Keywords: radiation environment, near-earth space, monitoring, forecasting
Информация об авторах:
Буренина Екатерина Андреевна, к.ф.-м.н., ведущий инженер-конструктор,
АО «РКЦ «Прогресс», 443009 Россия, г. Самара, ул. Земеца, 18 тел. 276-11-84,
csdbftrsamspace.ru.
99
Дементьев Александр Сергеевич, зам. начальника отдела, АО «РКЦ «Прогресс»,
443009 Россия, г. Самара, ул. Земеца, 18 тел. 276-11-84, csdbfesamspace.ru.
Чурилин Евгений Валерьевич, начальник отдела, АО «РКЦ «Прогресс», 443009
Россия, г. Самара, ул. Земеца, 18 тел. 228-52-53, csdbfesamspace.ru.
Привалова Анна Михайловна, инженер-конструктор 2 категории,
АО «РКЦ «Прогресс», 443009 Россия, г. Самара, ул. Земеца, 18 тел. 276-11-84,
csdbfesamspace.ru.
Burenina, Ekaterina Andreevna, Cand. Sci. Phys.-Math., leading design-engineer, JSC
«SRC «Progress», 443009 Russia, Samara, ul. Zemetsa, 18, tel. 276-11-84, csdbfesamspace.ru.
Dement’ev, Aleksandr Cergeevich, deputy head of department, JSC «SRC «Progress»,
443009 Russia, Samara, ul. Zemetsa, 18, tel. 276-11-84, csdbfesamspace.ru.
Churilin, Evgenii Valer’evich, head of department, JSC «SRC «Progress», 443009 Rus-
sia, Samara, ul. Zemetsa, 18, tel. 228-52-53, csdbfesamspace.ru.
Privalova, Anna Mikhailivna, design-engineer of the 2nd category,
JSC «SRC «Progress», 443009 Russia, Samara, ul. Zemetsa, 18, tel. 276-11-84,
csdbfesamspace.ru.
100
IV Всероссийская научно-техническая конференция
«Актуальные проблемы ракетно-космической техники»
(IV Козловские чтения)
Секция 6: Математические методы моделирования,
управления и оптимизации.
101
УДК 539.3
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА БОКЗ СИСТЕМЫ
АСТРООРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НА ОСНОВЕ
РЕШЕНИЯ СВЯЗАННОЙ ТЕРМОУПРУГОЙ ЗАДАЧИ
©2015 С.В. Цаплин, С.А. Болычев
Самарский государственный университет, г. Самара
Работа посвящена исследованию теплового режима платформы чувствительных элементов космиче-
ского аппарата, предназначенной для астроориентации космического аппарата при воздействии условий
эксплуатации. Проведено математическое моделирование течения теплоносителя в каналах платформы и
температурного поля платформы с помощью программного пакет ANSYS. По рассчитанному полю темпе-
ратур проведено математическое моделирование деформированного состояния платформы под действием
тепла. Найдены угловые отклонения посадочных мест БОКЗ-ов по сравнению с первоначальным недефор-
мированным состоянием.
Ключевые слова: космический аппарат, астроориентация, блок определения координат звезд, тем-
пературное поле, поле деформаций, угловое отклонение.
В настоящее время для ориентации
приборы астроориентации - блоки
определения координат звезд (БОКЗ),
установленные на специальной платфор-
ме. На борту КА платформа БОКЗ под-
вержена влиянию тепловых и механиче-
ски воздействий, поэтому для обеспече-
ния точности астроориентации необхо-
димо прогнозировать ее термомеханиче-
ское состояние с учетом всех факторов,
воздействующих на КА.
Существенное значение имеют та-
кие факторы, определяющие тепловой
баланс конструктивных элементов плат-
формы как: тепловой поток от Солнца (в
том числе и отраженный от поверхности
Земли), тепловыделение от аппаратуры в
соответствии с режимами эксплуатации,
циркуляция воздуха в гермообъемах, ра-
бота системы обеспечения тепловых ре-
жимов (СОТР). На распределение темпе-
ратуры также влияют геометрические ха-
рактеристики самой системы охлажде-
ния, величина расхода теплоносителя и
его теплофизические свойства. Среди
остальных факторов, воздействующих на
чувствительные элементы платформы и
определяющих его надежное функциони-
рование, следует выделить динамические
нагрузки (гармонические и случайные)
воздействующие на КА как на этапе
транспортировки, так и на этапе выведе-
ния на орбиту. Определяющее значение в
космического аппарата (КА) используются
этом случае имеют силовая схема плат-
формы, схема крепления платформы, фи-
зико-механические характеристики мате-
риала конструкции, в особенности для ее
силовых элементов. При превышении
значений напряжений, возникающих в
результате воздействия внешних нагру-
зок на различных этапах функционирова-
ния, величины предела текучести для со-
ответствующих материалов следует ожи-
дать появления необратимых пластиче-
ских деформаций в наиболее нагружен-
ных зонах конструкции.
Допустимыми считаются угловые
отклонения осей БОКЗ-ов, вследствие
деформаций конструктивных элементов
платформы, не более чем на 5" по срав-
нению с первоначальным недеформиро-
ванным состоянием.
В данной работе рассматривается
влияние внутренних источников тепла на
терморасстраиваем ость платформы
БОКЗ.
Общий вид платформы блоков
определения координат звезд приведен
на рис. 1.
102
Рис. 1. Общий вид платформы БОКЗ:
1 - платформа, 2 -БОКЗ-ы, 3 - посадочные места БОКЗ-ов
Приборы, установленные на плат-
форме в процессе работы потребляют
электрическую энергию, которая, преоб-
разуясь в тепловую, нагревает платфор-
му. Для обеспечения минимального гра-
диента температуры платформы необхо-
димо провести развязку по источникам
тепла, исходя из конструктивных, темпе-
ратурных особенностей ЧЭ платформы.
Развязка источников тепла осуществляет-
ся путем подачи теплоносителя с учетом
расположения каналов в платформе и по-
садочных местах ЧЭ.
Для вычисления угловых отклоне-
ний конструктивных элементов платфор-
мы по сравнению с недеформированным
состоянием необходимо последовательно
решить следующие задачи:
расчет стационарного поля скоро-
стей теплоносителя;
расчет стационарного поля темпе-
ратур конструктивных элементов плат-
формы;
расчет стационарного поля дефор-
маций конструктивных элементов плат-
формы.
Общий вид расчетной модели при-
веден на рис. 2.
103
Рис. 2. Общий вид расчетной модели
Схемы каналов теплоносителя платформы и посадочных мест БОКЗ-ов приведены
на рис. 3 и 4.
Рис. 3. Расположение каналов теплоносителя в платформе
104
Рис. 4. Расположение каналов теплоносителя в посадочных местах БОКЗ
Каналы теплоносителя платформы
и посадочных мест БОКЗ-ов соединены
между собой связующими магистралями
в следующем порядке: канал платформы
- посадочное место левого БОКЗ-а - по-
садочное место центрального БОКЗ-а -
посадочное место правого БОКЗ-а (рис.
1, 2). Сами связующие магистрали в рас-
чете не рассматриваются, однако, для
обеспечения непрерывности течения теп-
лоносителя граничные условия задаются
следующим образом: компоненты скоро-
сти и температура теплоносителя на вы-
ходе из предыдущего канала задаются
как входные условия на вход в следую-
щий канал.
Радиусы входного и выходного се-
чений каналов теплоносителя в платфор-
ме посадочных местах БОКЗ-ов состав-
ляет 10мм, сечения самих каналов имеют
прямоугольную форму (см. рисунки 3, 4).
На вход в канал платформы подается
теплоноситель ЛЗ-ТК-2 с расходом 100
смЗ/сек и температурой 293 К.
В качестве материала, из которого
изготовлены конструктивные элементы
термостабилизированной платформы, а
также кронштейны приборов БОКЗ вы-
бран алюминий АМГ6.
Стационарная гидродинамика теп-
лоносителя в канале описывается систе-
мой уравнений Рейнольдса для вязкой
несжимаемой жидкости [1]:
Эи,
-^- = 0
Эху
(I)
Эх у 7 Эх/ Эх у
( ди. ди у ——т
А —L + — -W/y
I ()Ху UXj J
(2)
где - компонента осредненной по
Рейнольдсу скорости, щ - компонента
пульсации скорости, р - осредненное по
Рейнольдсу давление,
со следующими граничными условиями:
на стенках канала условие прилипания
й|5 =0, (3)
где 5 - поверхность стенок канала теп-
лоносителя;
на входе и выходе канала задан перепад
давлений, соответствующий расходу теп-
лоносителя
₽l.s, -p\s,
0)
105
где S/ и S2 - входное и выходное сечение
канала теплоносителя.
Изменение температурного поля
теплоносителя и платформы во времени
описываются уравнениями температуро-
проводности, с соответствующими гра-
ничными условиями:
для теплоносителя:
дТ э
—+ v • erad Г —и V Т (5)
v men umeny 1men^
Tmen 1— Л) ’
(6)
Тщеп 15 ~ ?пл I
S’
(7)
для платформы:
= a у2/’
un.i y 1ПЛ ’
(8)
(9)
— 2
А'ПЛ
Л17 15 ^men 15
— 2
^пл
- Я ИУС ’ S нус
дп
ътпл ~ Я БОКЗ $ кок1
дп
(10)
(И)
ra.eSpfyC и Ццус - соответственно, по-
верхность посадочного места и тепловы-
деление прибора ИУС, S бокз и Ябокз~
соответственно, поверхность посадочно-
го места и тепловыделение прибора
БОКЗ.
В начальный момент времени
температурное поле всей модели предпо-
лагается однородным и равным номи-
нальному значению температуры 293 К.
По известному полю температуры
можно определить поле смещений: урав-
нение для квазиравновесного состояния
равновесия твёрдого деформированного
тела, имеющего поле температур Т в от-
сутствие объемных сил имеет вид [2]:
(Я + //)graddivu - //rotrotu = KaV Т, (12)
где а - коэффициент объемного расши-
рения, а - коэффициент тепературопро-
водности, X и ц - коэффициенты Ламэ, К
- коэффициент всестороннего сжатия
связанные с модулем Юнга Е и коэффи-
циентом Пуассона о соотношениями:
я =---—-----, it=—-—, к = —-—. О 3)
(1-2<т)(1 + сг) 2(1 + бТ) 3(1-2о-)
В качестве граничного условия ис-
пользуется условие жесткого крепления
кронштейна платформы.
Задача решалась методом конечных
элементов в программном пакете ANSYS.
Результаты расчетов гидродинамики теп-
лоносителя в каналах приведены на рис.
4, распределение температуры платфор-
мы и теплоносителя — на рис. 5-7, рас-
пределения деформаций на платформе
приведены на рис. 8-11.
106
Рис. 5. Поле скоростей (скорость в м/с) теплоносителя в каналах при расходе 100 смЗ/сек
NODAL SOLUTION
293
293.379 2FT.758 294.137 294.516
293.19 293.569 293.948 294.327 294.733
Рис. 6. Распределение температуры (в кельвинах) по всей модели в стационарном состоянии
107
NODAL SOLUTION
AN
STEP=2
SUB =1
TEMP (AVG)
RSYS=O
293 293.174 293.34S 293.522 293.696
293.0S7 293.261 293.435 293.609 293.795
Рис. 7. Распределение температуры (в кельвинах) теплоносителя в канале платформы в стационарном
состоянии
NCDAL SOLUTION
STEP-2
SUB -1
TEMP (AVG)
RSYS-0
SMN «293.97
SMX «294.719
293.97 294.134 294.29S 294.461 294.625
294.052 294.216 294.3S 294.543 294.719
Рис. 8. Распределение температуры (в кельвинах) теплоносителя в каналах кронштейнов в стационарном
состоянии
108
Рис. 9. Распределение суммарных деформаций (в метрах) по всей модели в стационарном состоянии
NCDAL SOLUTION
STEP-1
SUB =1
TIME=1
USUM (AVG)
RSYS=0
DMX =
SMN «
SIOC -
398Е-07 .524Е-06 .101Е-05 .149Е-05 .197Е-05
.282Е-06 .765Е-06 .125Е-05 .173Е-05 .225Е-05
Рис. 10. Распределение суммарных деформаций (в метрах) на платформе в стационарном состоянии (конту-
ром показано недеформированное состояние, для наглядности деформации сильно увеличены)
109
Рис. 11. Распределение суммарных деформаций (в метрах) на центральном кронштейне БОКЗ в
стационарном состоянии (контуром показано недеформированное состояние)
NODAL SOLUTION
STEP-1
SUB -1
TIME-1
USUM (AVG)
RSYS-0
DMX -.500E-05
SMN -.693E-06
SMX -.500E-05
AN
I—
.693E-06 .163E-05 .258E-05 .352E-05 .446E-05
.116E-05 .210E-05 .305E-05 .399E-05 .500E-05
Рис. 12. Распределение суммарных деформаций (в метрах) на левом и правом кронштейнах БОКЗ в
стационарном состоянии (контуром показано недеформированное состояние)
110
Анализируя результаты расчета
влияния условий эксплуатации на ста-
бильность конструктивных элементов
термостабилизированной платформы
чувствительных элементов при тепловых
воздействиях можно сделать ряд выво-
дов. Для обеспечения заданного расхода
теплоносителя при данной конфигурации
каналов, скорость теплоносителя должна
составлять порядка 1 м/с в канале плат-
формы и 0.5 м/с в канале кронштейна (0),
что указывает на турбулентный характер
течения теплоносителя. При этом пере-
пад давления в канале платформы со-
ставляет порядка 2 кПа вследствие его
сложной формы.
При заданном расходе теплоноси-
теля наибольшее значения температуры
достигается на правом кронштейне БОКЗ
— 294.733 К, при этом сама платформа в
локальных точках прогревается до
294.171 К (0). Наибольшее значение тем-
пературы теплоносителя в канале плат-
формы составляет 293.795 К (0), в кана-
лах кронштейнов 294.719 К (0).
При таких температурных полях
максимальные деформации всей кон-
струкции составляют 5 мкм (0), в том
числе на платформе — 2.25 мкм (0), на
центральном кронштейне — 4.46 мкм (0),
на левом и правом кронштейнах — 5 мкм
и 3.5 мкм, соответственно (0). Такие де-
формации соответствуют угловому от-
клонению посадочного места на плат-
форме на 1,7", посадочного места цен-
трального БОКЗ на 1,8", левого - на 1.9"
и правого - 0.96" по сравнению с неде-
формированным состоянием.
В работе проведено исследование
теплового режима платформы чувстви-
тельных элементов космического аппара-
та, предназначенной для астроориента-
ции космического аппарата при воздей-
ствии условий эксплуатации. В результа-
те математического моделирования
найдены стационарное поле скоростей
теплоносителя в каналах платформы,
стационарные поля температур и дефор-
маций конструктивных элементов плат-
формы при заданных внешних тепловых
воздействиях. Показано, что рассчитан-
ные деформации соответствуют угловому
отклонению посадочных мест централь-
ного БОКЗ-а на 1,8", левого - на 1.9" и
правого - 0.96" по сравнению с недефор-
мированным состоянием, что укладыва-
ется в допустимые 3" для ориентации
космического аппарата КА.
Библиографический список:
1. Лойцянский Л.Г. Механика жид-
кости и газа. М.: Наука, 1978. С. 736.
2. Нащокин В.В. Техническая тер-
модинамика и теплопередача. М.: Выс-
шая школа, 1980. с.469.
References:
1. Loycansky L.G. Fluid and gas me-
chanics. Moscow, 1978 (in Russian).
2. Naschokin V.V. Technical thermo-
dynamics and heat transfer. Moscow, 1980
(in Russian).
THERMAL CONTROL OF STAR SENSOR OF SPACECRAFT ATTITUDE CONTROL
SYSTEM BASED ON THE SOLUTION TO THE THERMOELASTIC PROBLEM
©2015 S.V. Tsaplin, S.A. Bolychev
Samara State University, Samara
The paper is devoted to the study of thermal control of the star sensors platform of the spacecraft designed to
spacecraft attitude control under operating conditions. Mathematical modeling of the coolant flow in platform and
the platform temperature field is carried out with ANSYS. The mathematical modeling of platform strained state
under the influence of heat is carried out according to the calculated temperature field. Angular deviations of star
sensors seats is found compared with the undeformed state.
Spacecraft, spacecraft attitude, star sensor, temperature field, strain field, angle deflection
111
Информация об авторах:
Цаплин Сергей Васильевич, кандидат физико-математических наук, доцент ка-
федры физики твердого тела и неравновесных систем, Самарский государственный уни-
верситет. E-mail: tsaplinfesamsu.ru.
Область научных интересов: тепломассообмен, космическое машиностроение.
Колычев Станислав Александрович, ведущий инженер-программист, Самарский
государственный университет.
Область научных интересов: тепломассообмен, математическое моделирование,
космическое машиностроение.
Tsaplin Sergey Vasilevich, candidate of physics and mathematics, associate professor,
department of solid state physics and non-equilibrium systems, Samara State University. E-mail:
tsapl i nfesamsu.ru.
Area of research: heat and mass transfer, space engineering.
Bolychev Stanislav Alexandrovich, lead software engineer, Samara State University.
Area of research: heat and mass transfer, mathematical modeling, space engineering
112
УДК 004.94,629.78
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
И ОТЛАДКИ СИСТЕМ ОРИЕНТАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
©2015 А.В. Лебедев
ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ», г. Москва
В докладе рассматривается структура универсального моделирующего программного комплекса,
предназначенного для компьютерной имитации динамики орбитального и углового движения космических
аппаратов (КА) в реальном и ускоренном масштабе времени. Рассматриваются примеры применения данно-
го моделирующего комплекса для создания наземных стендов отладки систем ориентации существующих и
находящихся в разработке КА.
Ключевые слова: космический аппарат, универсальная компьютерная модель, математическое
моделирование
Процесс ориентации космических
аппаратов является крайне важным с точ-
ки зрения их живучести и выполнения
целевых задач. Сложившаяся практика
отработки аппаратуры и программного
обеспечения системы ориентации (СО)
включает этап наземных испытаний [1].
Он, в свою очередь, включает в себя ком-
пьютерное моделирование движения КА
на специальном отладочном стенде в за-
мкнутом контуре с бортовой вычисли-
тельной машиной, на которой выполня-
ются алгоритмы управления ориентаци-
ей. Помимо штатных режимов работы
системы ориентации на данном стенде
моделируются различные нештатные си-
туации, такие как отказ одного или не-
скольких датчиков, или органов управле-
ния, которые должны по возможности
парироваться алгоритмами СО и не
должны приводить к потере космическо-
го аппарата.
Наличие отладочного стенда необ-
ходимо и после введения КА в эксплуа-
тацию. В случае возникновения непред-
виденной на этапе наземной отработки
ситуации, она может быть промоделиро-
вана на отладочном стенде. На основе
результатов данного моделирования при-
нимаются решения о дальнейших коррек-
тировках параметров и алгоритмов ори-
ентации эксплуатируемого КА.
Космические аппараты разного
класса обладают системами ориентации с
различным набором датчиков и органов
управления с разными интерфейсами и
бортовыми вычислительными машинами.
В большинстве случаев, при создании
нового КА, это влечет за собой длитель-
ный процесс разработки программного
обеспечения отладочного стенда, что
обусловлено недостаточным уровнем аб-
стракции моделирующего программного
обеспечения от конфигурации КА и си-
стем ориентации.
В докладе рассматривается разрабо-
танный в ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ»
моделирующий программный комплекс,
обладающий универсальной модульной
структурой, что позволяет в сжатые сро-
ки создавать наземные отладочные стен-
ды для систем ориентации новых или уже
существующих КА.
Фактически, структура стенда
определяется с помощью специальных
конфигурационных файлов. Ядро систе-
мы моделирования загружает нужные
модули из уже существующих библиотек
компонент и располагает их согласно
иерархии, определенной в файлах конфи-
гурации [2]. Далее происходит формиро-
вание дифференциальных уравнений
движения КА в форме Коши. После чего,
пользователем может быть запущен про-
цесс интегрирования, который, в зависи-
мости от конфигурации, может происте-
кать в реальном или ускоренном масшта-
бе времени.
В настоящий момент данный ком-
плекс используется для моделирования
динамики и отладки систем ориентации
КА «Ионосфера», «Канопус», «БКА»,
«Ломоносов». В будущем, на базе моде-
лирующего программного комплекса,
113
планируется создать отладочные стенды
для перспективных аппаратов класса
«Канопус».
Библиографический список:
1. Мирошник О.М.,Курилович В.П.,
Айнбиндер В.З., Беленький А.Д. Полуна-
турное моделирование системы управле-
ния ориентацией метеоспутника // Разра-
ботка и исследование электромеханиче-
ских систем космических аппаратов ме-
теорологического и природно-ресурсного
назначения. Труды ВНИИЭМ. - М. НПП
ВНИИЭМ, 1987-Т.83.-С.62-69.
2. Гриневич Д.В., Лебедев А.В.,
Мороз О.В. Разработка универсального
моделирующего программного комплек-
са для создания стендов отладки и под-
держки систем ориентации космических
аппаратов // Вопросы электромеханики.
Труды ВНИИЭМ. Издательство: Научно-
производственная корпорация Космиче-
ские системы мониторинга, информаци-
онно-управляющие и электромеханиче-
ские комплексы им. А.Г. Иосифьяна
(Москва) ISSN: 0205-9428. - 2013. - №4. -
С. 21-30
References:
1. Miroshnik О. М., Kurilovich V. Р.,
Aynbinder V. Z., Belenkiy A. D. Semi natu-
ral simulation of weather satellite attitude
control system // Research and development
of electromechanical systems for weather
and resource satellites. Proceedings of
VNIIEM. - Moscow: NPP VNIIEM, 1987 -
V.83. - P.62-69.
2. Grinevich D.V., Lebedev A.V.,
Moroz O.V. Development of universal mod-
eling software for the creation of stands for
debugging and support of spacecraft attitude
control systems // Questions of electro me-
chanics. Proceedings of VNIIEM. Publish-
ing house of Joint Stock Company ‘Re-
search and Production Corporation ‘Space
Monitoring Systems, Information & Control
and Electromechanical Complexes’ named
after A.G. losifian’ (Moscow) ISSN: 0205-
9428.-2013. - №4,-P. 21-30
UNIVERSAL SOFTWARE COMPLEX FOR MODELING AND DEBUGGING THE
ATTITUDE CONTROL SYSTEMS OF SPACECRAFT
©2015 A.V. Lebedev
JSC “Corporation “VNIIEM”, Moscow
The report describes the structure of the universal modeling software package developed at JSC “Corporation
“VNIIEM” and intended to simulate the orbital and angular dynamics of spacecraft in real-time and accelerated time
scale. The examples of application of this software are presented for the creation of simulation stands targeting ex-
isting and under development spacecraft.
Key words: spacecraft, universal computer model, mathematical modeling
Информация об авторах:
Лебедев Антон Викторович, к.ф.-м.н., старший научный сотрудник ОАО «Корпо-
рация «ВНИИЭМ», 107 078, Россия, г. Москва, Хоромный тупик, д.4., стр. 1, т. 8-495-366-
21 -22, anton.lebedev@mcc.vniiem.ru.
Область научных интересов: компьютерное моделирование сложных систем, опти-
мальное управление движением.
Lebedev Anton Victorovich, candidate of physical and mathematical sciences, senior re-
searcher at JSC “Corporation “VNIIEM”, 107 078, Russia, Moscow, Khoromnyi tupik, 4/1, tel.
+7(495)3662122, anton.lebedev@mcc.vniiem.ru.
Area of research: computer modeling of complex systems, optimal movement control.
114
УДК 629.782
РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ
ПРОЕКТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО
РЕЖИМА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
©2015 В.В. Купцов
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика
С.П. Королёва (Национальный исследовательский университет), г. Самара
В работе разрабатывается математическая модель построения циклограммы изменения температуры с
течением времени на борту КА. Модель позволяет выбрать оптимальные характеристики системы обеспече-
ния теплового режима.
Ключевые слова: Низкоорбитальная космическая платформа, циклограмма изменения температуры,
электрическая мощность, тепловой режим
Зачастую увеличение точности за-
прашиваемых характеристик КА влечёт к
увеличению массовых, габаритных и
энергетических параметров бортовых
приборов и систем. В условиях постоян-
но возрастающей мощности бортовой ап-
паратуры и необходимости уменьшения
её объема и массы, обеспечение работы
КА возможно только за счёт увеличения
эффективности систем терморегулирова-
ния.
Если провести анализ, то наружная
поверхность КА в околоземном про-
странстве, на освещенной стороне испы-
тывает значительное тепловое воздей-
ствие от Солнца. С другой стороны, КА
сам излучает тепловую энергию в про-
странство и на теневых участках начина-
ет охлаждаться. В результате этого, для
незащищенной поверхности (к примеру,
из стали) температура может колебаться
от минус 150°С до плюс 150°С (рис. 1).
Рис. 1 - Тепловые потоки и
температуры поверхности КА
Рис. 2 - Упрощённая схема СОТР КА
На рис. 1 Qcojui (Qsoln) - мощность
теплового излучения от Солнца, Вт\ QOTp
(Qotr) - мощность теплового потока сол-
нечной энергии, отражённой от Земли,
Вт\ Qnj] (Qpi) - мощность теплового пото-
ка собственного излучения Земли, Вт\
Qka - мощность теплового потока от
внутренних бортовых систем КА, Вт,
Тпов - температура поверхности КА, К.
Поэтому для возможности управ-
ления температурами бортовых систем
КА система обеспечения теплового ре-
жима (СОТР) КА включает следующие
компоненты: термозащитное покрытие
поверхности КА, систему терморегули-
рования внутри КА.
На рис. 2 схематично показано
устройство системы обеспечения тепло-
вого режима КА. Система терморегули-
рования внутри КА создается таким об-
разом, чтобы собирать избыточное тепло
от бортовых приборов и излучать его в
космическое пространство через специ-
альный участок поверхности, который
называется - радиационный теплообмен-
115
ник (РТО) или радиатор охлаждения (рис.
2).
В процессе исследований был раз-
работан алгоритм расчёта изменения
температуры поверхности радиационного
теплообменника за исследуемый интер-
вал времени. Уравнение теплового ба-
ланса КА в околоземном космическом
пространстве, в общем виде, запишется в
виде выражения (1), при решении кото-
рого, можно рассчитать требуемы про-
ектные характеристики элементов систе-
мы обеспечения теплового режима КА.
М 1 = 4-feoin(0 + eoJ0)+CsA-QP№ + tNSt>)-SRTO£™а-Т*то(?)
1=1 V J 1=1
+£\уЩ ' Qim(t) + Sb=i Nj(t) -SpTo • Eyy0 О TpTo(t) (1)
где n - общее количество бортовых
приборов и элементов конструкции КА; i
- номер итого бортового прибора или
элемента конструкции; с; - удельная теп-
лоёмкость i-ro прибора или элемента
конструкции; mi - масса i-ro прибора или
dTz
элемента конструкции; изменение
температуры i-ro прибора или элемента
конструкции в единицу времени; E™sh
защ
Ew - степень черноты термозащитного
покрытия поверхности КА; £*гоЕуу° -
степень черноты поверхности радиаци-
онного теплообменника;
суммарная мощность энергопотребления
бортовых приборов КА в текущий мо-
мент времени t.
В рамках исследовательской работы
было разработано программное обеспе-
чение для расчёта изменения температу-
ры РТО за исследуемый интервал време-
ни.
Осуществляя численное интегриро-
вание дифференциального уравнения (1),
получаем результаты в виде графиков,
отображающих циклограмму зависимо-
сти изменения температуры с течением
времени (рис. 3-5).
Рисунок 3 - Излишняя
площадь РТО
Рисунок 4 - Недостаточная
площадь РТО
Рисунок 5 - Оптимальная
площадь РТО
При анализе построенных цикло-
грамм колебания температуры поверхно-
сти РТО возможен выбор его площади.
Площадь РТО выбирается таким образом,
чтобы на заданном интервале времени
колебания температуры не выходили за
допустимые пределы.
К примеру, если площадь РТО
больше, чем требуется (рис. 3), то излу-
чаемый РТО тепловой поток будет боль-
ше, чем тепловой поток, производимый
бортовыми системами. Следовательно,
температура как РТО, так и бортовых си-
стем начнёт уменьшаться.
На данном этапе исследования ис-
пользуются упрощённые математические
модели, описывающие тепловые процес-
сы на борту КА. В дальнейших исследо-
ваниях планируется усложнение матема-
тических моделей с целью возможности
расчёта распределения температур по
бортовым системам в процессе функцио-
нирования КА.
116
Библиографический список:
1. Голубев И.С. Проектирование
конструкций летательных аппаратов
[текст]: Учебник для студентов втузов /
Голубев И.С., Самарин А.В. - М.: Маши-
ностроение, 1991.-512с.
2. Куренков В.И. Основы устрой-
ства и моделирования целевого функцио-
нирования космических аппаратов
наблюдения [текст]: Учебное пособие /
В.И. Куренков, В.В. Салмин, Б.А. Абра-
мов. - Самара: Изд-во Самар, гос. аэро-
косм. ун-та, 2006. - 296 с.
3. Салмин В.В. Методы решения
вариационных задач механики космиче-
ского полета с малой тягой [текст]: сбор-
ник / В.В.Салмин, С.А.Ишков,
О.Л.Старинова - Самара: Изд-во Самар,
научню центра РАН, 2006. - 267 с.
References:
1. Golubev I.S. Structural design of
aircraft [text]: textbook for students of tech-
nical colleges / IS Golubev, AV Samarin -
M .: Engineering, 1991. - 512 p.
2. Kurenkov V.l. Basics of simulation
devices and target-ing functioning spacecraft
observations [text]: Textbook / VI Kuren-
kov, VV Salmin, BA Abramov. - Samara
Univ Samar, state, aerokosm. University
Press, 2006. - 296 p.
3. Salmin V.V. Methods of solution
of variational problems in the mechanics of
space flight with the low thrust [text]: a col-
lection / V.V.Salmin, S.A.Ishkov,
O.L.Starinova - Samara Univ Samar. Sci-
ence Centre, 2006. - 267 p.
DEVELOPMENT OF MATHEMATICAL MODELS FOR OPTIMAL DESIGN CHAR-
ACTERISTICS OF THE THERMAL CONTROL SYSTEM SPACECRAFT
©2015 V.V. Kuptsov
Samara State Aerospace University, Samara
This article developed a mathematical model of construction sequence diagram of temperature changes over
time on board the spacecraft. The model allows choosing the optimal performance of the thermal control system.
Key words: Low earth orbit space platform, patterns, changes in temperature, electrical power, thermal
regime
Информация об авторе:
Купцов Вячеслав Владимирович, студент четвёртого курса СГАУ, 443086, Россия,
г. Самара, ул. Лукачёва, 46, т. 8-927-765-49-76, slava.kuptcov94femail.ru.
Область научных интересов: математическое моделирование.
Kuptsov Vyacheslav Vladimirovich, fourth-year student SSAU, 443086, Russia, Samara,
Lukachev street, 46, 8-927-765-49-76, slava.kuptcov94femail.ru.
Area of research: mathematical simulation.
117
УКД 629.78
РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ВЫБОРА
ОПТИМАЛЬНЫХ ПРОЕКТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭНЕРГОПИТАНИЯ
КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
©2015 А. В. Письмаров
Самарский государственный аэрокосмический университет имени
академика С. П. Королёва
(национальный исследовательский университет), Самара
В работе разрабатывается математическая модель построения циклограммы энергопитания на борту
КА. Модель позволяет выбрать оптимальные характеристики системы энергопитания.
Ключевые слова: низкоорбитальная космическая платформа, солнечные батареи, циклограмма элек-
тропитания, электрическая мощность, потребная мощность, математическая модель
На сегодня существует проект низ-
коорбитальной космической с вытянутым
вдоль продольной оси КА корпусом в
форме призмы. В качестве одного из ос-
новных требований - создание ориента-
ции КА в полете таким образом, чтобы
площадь миделева сечения была мини-
мальной. Солнечные батарей КА разме-
щаются на боковых гранях корпуса КА и
силовых аэродинамических поверхностях
(см. рис. 1).
Рис. 1 - Размещение солнечных батарей на КА
Цель работы заключается в разра-
ботке алгоритма построения циклограм-
мы энергопитания и энергопроизводства
электрической энергии на борту КА.
Для выбора оптимальных геометри-
ческих характеристик с учетом требуе-
мой энергии на КА будем рассматривать
следующую расчетную схему, представ-
ленную на рис. 2. Изменяя диаметр попе-
речного сечения и длину КА нужно до-
биться требуемой энергетики при допу-
стимой силе лобового сопротивления, а
также габаритами под обтекателем PH.
Рис. 2 - Расчетная схема КА
118
Для определения среднесуточной
электрической мощности, получаемой от
солнечных батарей, используется выра-
жение
^ср.сут ^уд.СБ ' ^СБ ' (1)
где JVcpcyT - среднесуточная электриче-
ская мощность от солнечных, Вт; Л^удСБ -
удельная электрическая мощность сол-
нечных батарей, Вт/м2; cosacp - средне-
интегральный косинус угла между нор-
малью к панели солнечной батареи и век-
тором, направленным от панели на Солн-
це, рад.
Общая площадь солнечных батарей
для геометрической модели КА на ри-
сунке 2 вычисляется из выражения:
•^СБ 2 ‘ ^пан.бок ^пан.корп 2 ' А ' L ~1~
п R L, (2)
Подставив (2) в (1) получим мате-
матическое выражение вычисления сред-
несуточной электрической мощности для
геометрической модели КА:
^ср.сут 2 ’ А ’ L ’ Ууд.СБ COS££Cpi + тг
R L- Л/уд.СБ • cosacp2, (3)
где cosacpl - среднеинтегральный коси-
нус угла альфа для плоской панели сол-
нечно батареи, расположенной перпен-
дикулярно радиальной оси орбитальной
системы координат; cosacp2 - среднеин-
тегральный косинус угла альфа для сол-
нечной батареи, выполненной в виде
наклеенных на цилиндрический корпус
КА фотоэлектрических преобразовате-
лей.
Для расчета потребляемой электро-
энергии используется выражение
ЛГприб = и (4)
где U(t) - напряжение, потребляе-
мое прибором в текущий момент време-
ни, В; I(t) - сила тока, потребляемая при-
бором, А.
Разбивая весь период обращения
КА по орбите на небольшие участки, -
шаг интегрирования - задаются дискрет-
но значения силы тока и напряжения для
каждого прибора на каждом шаге.
Суммируя полученную потребляе-
мую мощность на каждом интервале вре-
мени, подсчитанную по формуле (4), сто-
ится циклограмма потребляемой энергии.
Для подсчета производимой энер-
гии в окно исходных данных задаются
параметры солнечной батареи: удельная
мощность, площадь солнечной батареи и
дискретно задается среднеинтегральный
косинус угла альфа. Производимая энер-
гия от солнечных батарей подсчитывает-
ся по формуле 3, и строиться циклограм-
ма мощности.
Чтобы убедиться в оптимальном
выборе параметров солнечной батарей,
строится циклограмма разности между
циклограммой производимой энергии от
солнечной батареи и потребляемой энер-
гии приборами. Если она будет уходить в
отрицательную часть, это говорит о том,
что на данном интервале времени элек-
трической энергии не хватает приборам,
и необходимо оперировать характеристи-
ками батареи, до тех пор, пока цикло-
грамма не выйдет из отрицательной зоны.
Библиографический список:
1. Голубев И.С., Проектирование
конструкций летательных аппаратов
[текст]: Учебник для студентов втузов /
Голубев И.С., Самарин А.В. - М.: Маши-
ностроение, 1991. - 512 с.
2. Куренков В.И., Основы устрой-
ства и моделирования целевого функцио-
нирования космических аппаратов
наблюдения [текст]: Учебное пособие /
В.И. Куренков, В.В. Салмин, Б.А. Абра-
мов. - Самара: Изд-во Самар, гос.
аэрокосм, ун-та, 2006. - 296 с
3. Салмин В.В., Методы решения
вариационных задач механики космиче-
ского полета с малой тягой [текст]: сбор-
ник / В.В. Салмин, С.А. Ишков,
О.Л. Старинова - Самара: Изд-во Самар,
научню центра РАН, 2006. - 267 с.
References:
1. Golubev I.S., Structural design of
aircraft [text]: textbook for students of tech-
nical colleges I LS. Golubev, A.V. Samarin -
M .: Engineering, 1991. - 512 p.
2. Kurenkov V.L, Principles and
modeling of the target device operation of
spacecraft observations [text]: Textbook /
V.I. Kurenkov, V.V. Salmin, B.A. Abramov.
- Samara, Samara state aerospace university
Press, 2006. - 296 p.
119
3. Salmin V.V., Methods for solving
variational problems in the mechanics of
space flight with a low-thrust [text]:
V.V. Salmin, S.A. Ishkov, O.L. Starinova -
Samara, Samara Science Centre, 2006. - 267
P-
DEVELOPMENT OF MATHEMATICAL MODELS FOR OPTIMAL DESIGN
CHARACTERISTICS OF POWER SUPPLY SPACECRAFT
© 2015 A.V. Pismarov
Samara State Aerospace University, Samara
This article developed a mathematical model of construction sequence diagram of
power supply on board the spacecraft. The model allows choosing the optimal performance of the accessory power
system.
Key words: low orbi/ space platform, solar panels, eycloyrarn electricity supply, electric power, required
power, mathematical model
Информация об авторах:
Письмаров Андрей Викторович, студент четвёртого курса СГАУ, 443086, Россия,
г. Самара, ул. Лукачёва 46, т. 8-927-772-55-30, andrei pismarovfemail.ru.
Область научных интересов: математическое моделирование.
Pismarov Andrey Viktorovich, fourth-year student SSAU, 443086, Russia, Samara,
Lukachev street, 46, 8-927-772-55-30, andrei pismarovfemail.ru.
Area of research: mathematical simulation.
120
УДК 532.54
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОЛЕБАНИЯ ТОПЛИВА В ИЗМЕРИТЕЛЬНОМ
КАНАЛЕ СУРТ
©2015 Н.И. Клюев1, Ю.А. Крюков2
'Самарский Государственный Университет (СамГУ), г.Самара
2АО «РКЦ Прогресс», г.Самара
Рассматривается задача о колебаниях топлива в измерительном цилиндрическом канале СУРТ. По
уровню топлива в измерительном канале, фиксируемом датчиками внутри него, определяют уровень топли-
ва в баке. Известно, что уровень топлива в канале и баке не совпадает.
Построена математическая модель движения топлива в канале на основе параболического уравнения
типа теплопроводности. Приведено численное решение схемой Кранка-Никольсона. Получены результаты,
свидетельствующие о квазипериодических колебаниях топлива в канале. Приведено сравнение результатов
с результатами, полученными в пакете Ansys Fluent. Сопоставление результатов показывает удовлетвори-
тельное совпадение.
Ключевые слова: СУРТ, измерительный канал, датчики уровня, топливный бак, уровень свободной
поверхности
Одним из важных элементов ракеты
носителя является система управления
расходованием жидкого топлива в баках.
От достоверного определение уровня го-
рючего и окислителя в баках зависит их
синхронное опорожнение и гарантиро-
ванный остаток. Для контроля уровня
жидкости в баке применяется следующий
метод: в бак устанавливают вертикаль-
ный цилиндрический канал, внутри кото-
рого помещают датчики уровня (рис.1).
Рис. 1 - Схема топливного бака. 1- бак, 2-топливо, 3-измерительный канал с датчиками, р0 - давле-
ние наддува, £, - уровень топлива в цилиндрическом канале, Н - уровень топлива в баке, g - ускорение
свободного падения.
Верхний срез цилиндрического ка-
нала находится выше уровня топлива в
баке, поэтому перетекание жидкости в
этом месте исключено. Через нижний
срез жидкость свободно сообщается
между баком и каналом. Над свободной
поверхностью жидкости в баке и канале
поддерживается постоянное давление р0
(давление наддува). При опорожнении
топлива из бака по уровню свободной
поверхности жидкости в цилиндрическом
канале, фиксируемом датчиками, опреде-
ляют уровень в баке. Известно, что уро-
вень свободной поверхности в канале
S,(t) и баке H(t) отличаются. Целью
настоящей работы является исследование
121
движения жидкости под действием силы
тяжести в цилиндрическом канале и
определение в нем уровня свободной по-
верхности при падении уровня жидкости
в баке (израсходовании топлива).
На рис. 2 приведена разница уров-
ней свободной поверхности в баке и ка-
нале A(t)=H(t)-!j(t) в первые секун-
ды процесса. На рис. 2 маркерами обо-
значены данные, полученные в Ansys
Fluent, сплошной линией - по предло-
женной модели.
Рис. 2 Разница уровней свободной поверхности в баке и канале
В канале реализуется квазиперио-
дический процесс с уменьшающимися
условными амплитудой и частотой коле-
баниями свободной поверхности.
Результаты, полученные по пред-
ложенной модели близки с результатами,
полученными в пакете Ansys Fluent, что
косвенно подтверждает их адекватность
и отражение физики рассматриваемого
процесса в предложенной модели.
Предложенная модель может быть
использована для оценки колебаний жид-
кого топлива в измерительных каналах
СУРТ, а также может являться основой
для разработки более сложных моделей.
Библиографический список:
1. Н.А. Слезкин Динамика вязкой
несжимаемой жидкости/Н.А. Слезкин.-
М.: Гостехиздат, 1955.-520 с.
2. Л.Г. Лойцянский Механика жид-
кости и газа, «Наука», М., 1970.-904 с.
3. Д.Н. Попов Нестационарные
гидромеханические процессы/Д.Н. По-
пов. - Машиностроение, 1982. - 240 с.
4. В.Н. Талиев Аэродинамика вен-
тиляции, «Стройиздат», М., 1979.- 295 с.
5. Л.Г. Лойцянский Механика жид-
кости и газа, «Дрофа», 1987. -676 с.
6. Д.А. Фокс Гидравлический ана-
лиз неустановившегося течения в трубо-
проводах: Пер. с англ. - М.: Энергоиздат,
1981.-248 с.
7. Н.Н. Калиткин Численные мето-
ды, «Наука», М., 1978.-512 с.
8. А.А. Самарский Теория разност-
ных схем, «Наука», М., 1977.-656 с.
9. ANSYS FLUENT 12.0 Theory
Guide, 2009.
URL:http://orange.engr.ucdavis.edu/Docum
entation 12,0/120/FLUENT/flth.pdf
(дата обращения: 19.01.2015)
122
MATHEMATICAL MODEL OF FUEL OSCILLATIONS IN MEASURING CHANNEL
©2015 N. I. Klyuev1 and Y. A. Kryukov2
’Samara State University, Samara
2JSC «SRC «Progress», Samara
The problem of fuel fluctuation in the measuring channel is considered. The fuel level in the tank is measured
by sensors inside the measuring channel. It is known that the level of fuel in the tank and the channel do not match.
Mathematical models of the fuel flow in the channel are shown. Numerical solutions of the presented model
are given. The results indicate a quasi-periodic oscillation of the fuel in the channel. The solution of the problem by
Ansys Fluent shown for verification. Comparison of results obtained by different methods is satisfactory.
Key words: tank process, fuel fluctuation in the measuring channel, mathematical models, Ansys Fluent
Информация об авторах:
Клюев Николай Ильич, д.т.н., профессор, зав. кафедрой математического модели-
рования в механике СамГУ, 443011, Россия, г. Самара, ул. Акад. Павлова, 1, тел. 334-54-
40, nikolay klyuevfemail.ru.
Область научных интересов: тепло-и массообмен, двухфазные потоки, баковые про-
цессы и тепловые трубы для космической техники
Крюков Юрий Александрович, инж.-констр. II кат. АО «РКЦ «Прогресс», аспи-
рант кафедры математического моделирования в механике СамГУ, тел. 228-94-48,
yurakryukovl985femail.ru.
Область научных интересов: аэрогидродинамика, математическое моделирование
Nikolay I. Klyuev, Doctor of Technical sciences, professor, head of Dept, of Mathemati-
cal Modeling in Mechanics, Samara State University, Samara, 443011, Russia,
nikolay klyuevfemail.ru.
Research field: heat and mass transfer; two-phase flows; tank processes and problems of
heat-pipes for space technology
Yuri A. Kryukov, design engineer of JSC «SRC «Progress»; post-graduate student, Dept,
of Mathematical Modeling in Mechanics, Samara State University, yurakryukov 1985femail.ru.
Research field: aerohydrodynamics, mathematical simulation
123
УДК 539.3
РАЗЛИЧНЫЕ РЕЖИМЫ ЦИКЛИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ:
КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ДВУХОСНОГО НАГРУЖЕНИЯ
УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОЙ ПЛАСТИНЫ С ВЫРЕЗОМ
©2015 В.А. Туркова
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара;
Самарский государственный университет, г. Самара
В докладе обсуждаются инкрементальные и прямые методы определения асимптотического поведе-
ния неупругих элементов конструкций в условиях циклического нагружения. В работе представлены мето-
ды нахождения диапазонов нагрузок, при которых реализуются различные режимы асимптотического пове-
дения конструкции: приспособляемость, знакопеременная пластичность и прогрессирующее пластическое
течение. В конечно-элементном пакете SIMULIA Abaqus выполнено пошаговое циклическое нагружение
образца с концентраторами напряжений (двухосное периодическое нагружение пластины с центральным
отверстием). Определены диапазоны нагрузок, при которых реализуется приспособляемость и знакопере-
менная пластичность.
Ключевые слова: приспособляемость, знакопеременная пластичность, рэтчеттинг, конечно-
элементный анализ, инкрементальный анализ, циклическое нагружение, асимптотическое поведение кон-
струкции, пластические деформации, стабилизированное состояние
В настоящее время элементы кон-
струкций, подверженные действию пери-
одических термомеханических нагрузок,
часто функционируют за их пределом
упругости. Прочностной анализ таких
инженерных сооружений и элементов
конструкций представляет собой важную
задачу, как с инженерной точки зрения,
так и с теоретической точки зрения [1-3].
Примерами элементов конструкций, ра-
ботающих в таких условиях, могут слу-
жить сосуды, находящиеся под действи-
ем внутреннего давления, детали в общем
машиностроении, в авиационно-
космической отрасли. В гражданском
строительстве такие ситуации возникают
при проектировании таких конструкций
как дамбы, морские или океанские плат-
формы, здания и мосты, находящихся в
сейсмически активных зонах.
Полный отклик конструкции, под-
верженной действию сложной системы
термомеханических нагрузок, чрезвы-
чайно сложен и может включать неупру-
гие (пластические) деформации. Причина
сложного описания поведения данной
конструкции заключается в необходимо-
сти выполнения вычислений, включаю-
щих всю историю нагружения конструк-
ции.
Если тело деформируется упруго,
то при переменных нагрузках прочность
определяется усталостными характери-
стиками материала; разрушение наступа-
ет после больше большого числа циклов.
Если же тело испытывает упругопласти-
ческую деформацию, то при нагрузке,
ниже предельной, возможно достижение
опасного состояния при сравнительно
малом числе циклов. При этом следует
различать два случая. 1.Разрушение
наступает вследствие чередования пла-
стических деформаций разного знака
(например, после пластического растя-
жения происходит пластическое сжатие и
т.д.). Это - так называемая знакоперемен-
ная пластичность (пластическая или ма-
лоцикловая усталость). 2. Пластические
деформации не меняют знака, но нарас-
тают с каждым циклом (прогрессирую-
щая деформация - рэтчеттинг). Это при-
водит к недопустимому накоплению пла-
стических деформаций.
В настоящей работе исследование
трех возможных режима асимптотиче-
ского поведения упругопластического
тела под действием переменного нагру-
жения осуществлялось на примере пла-
стины с центральным отверстием. На ос-
новании проведенного вычисли-
124
тельного эксперимента на примере двух-
осного нагружения пластины установле-
ны диапазоны нагрузок, при которых для
конструкции достигается приспособляе-
мость, знакопеременная пластичность и
рэтчеттинг.
Библиографический список:
1. Fuschi Р., Pisno A.A., Weichert D.
Direct methods for limit and shakedown
analysis of structures, Springer, 2015. -
3313 p.
2. Spiliopoulos .K, Weichert D. Direct
methods for limit states in structures and
materials, Springer, 2014. - 278 p.
3. Степанова Л.В. Математические
методы механики разрушения, Самара,
Самарский университет, 2006. - 232с.
References:
1. Fuschi Р, Pisno А.А., Weichert D.
Direct methods for limit and shakedown
analysis of structures, Springer, 2015. -
3313 p.
2. Spiliopoulos .K, Weichert D. Direct
methods for limit states in structures and
materials, Springer, 2014. - 278 p.
3. Stepanova L.V. Mathematical
methods of fracture; - Samara: Samara State
University, 2006 - 232 p.
DIFFERENT TYPES OF ASYMPTOTIC BEHAVIOR: FINITE ELEMENT ANALYSIS
OF THE TWOAXIAL LOADING OF THE ELASTO-PLASTIC PLATE WITH THE
CENTRAL HOLE
©2015 V.A. Turkova
JSC «SRC «Progress», Samara;
Samara State University
Nowadays due to the growth of interest to the knowledge of asymptotic behavior of the structure subjected to
cyclic loading, direct and incremental methods of stabilized state determining begin to develop. The full response of
the structure subjected to a complex system of loads is extremely complicated and can include plastic strain. Neces-
sity of calculations including the whole history of loading makes the description of the structure behavior so diffi-
cult. Results of finite-element (FEM) calculations of the asymptotical behavior of an elastoplastic plate with the cen-
tral hole under the biaxial cyclic loading are presented in the article. Incremental cyclic loading of the sample with
stress raisers is executed in the multifunctional finite-element package SIMULIA Abaqus. The ranges of loads found
for shakedown, cyclic plasticity, ratchetting are presented.
Key words: shakedown, cyclic plasticity, ratchetting, finite element analysis, incremental method, cyclic load-
ing, asymptotic behavior of the structure, plastic strain, stabilized cycle
Информация об авторах:
Туркова Вера Александровна, инженер-программист 2 категории АО «РКЦ
«Прогресс», аспирант кафедры математического моделирования в механике, СамГУ,
443 011, Россия, г.Самара, ул. Академика Павлова, 1, turkovavafesamsu.ru.
Область научных интересов: обратные некорректные задачи в физическом экспери-
менте.
Turkova Vera Aleksandrovna, programmer, JSC «SRC «Progress», post-graduate stu-
dent of chair of mathematical modeling in mechanics of Samara State University,
turkovavafesamsu.ru.
Area of research: inverse tasks, mathematical simulation.
125
УДК 519.711.72
ЗАДАЧА ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОЙ КОНФИГУРАЦИИ БОРТОВЫХ СРЕДСТВ
КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
©2015 А.Ю. Кулаков
ФГУП "КБ "Арсенал" имени М.В. Фрунзе"
На борту космического аппарата (КА) в процессе его функционирования неизбежно возникают сбои и
отказы бортовых средств (БСр), которые могут приводить к развитию нештатных ситуаций в аварии. Чтобы
бороться с этим явлением требуется переводить КА из неработоспособного структурного состояния в неко-
торое работоспособное. В статье рассмотрена задача выбора рабочей конфигурации бортовых средств КА
для работоспособного структурного состояния. Такая задача формализована в виде многокритериальной
задачи целочисленного программирования. Рассмотрены подходы её решению с помощью "жадного" алго-
ритма и метода случайного направленного поиска.
Ключевые слова: структурная надёжность, реконфигурация системы, структурная динамика,
управление бортовым ресурсом
В процессе функционирования
сложной технической системы (СТС)
непременно возникают случаи, связанные
с реконфигурацией её структуры. Рекон-
фигурация - это один из видов управле-
ния структурной динамикой СТС, кото-
рый включает в себя комплекс операций,
изменяющих структуры СТС и обеспе-
чивающих сохранение или повышение
уровня её целевых и информационно-
технологических возможностей, либо
обеспечивающих наиболее «благоприят-
ный» процесс деградации [1].
Стандартная технология реконфи-
гурации СТС при отказе одного из её
технических средств включает в себя
следующие основные шаги [2]:
Шаг 1. Определение и анализ мо-
мента времени и места отказа ресурса,
снятие с решения задачи, выполняемой
на данном ресурсе, передача задачи на
другой ресурс (с сохранением / без со-
хранения полученных промежуточных
результатов).
Шаг 2. Исключение отказавшего
ресурса из конфигурации СТС, попытка
замены его резервным (однотипным), ли-
бо резервным другого типа, с близкими
функциональными возможностями.
Шаг 3. Исключение связей с отка-
завшим ресурсом, запрет на доступ к
нему, а для самого отказавшего ресурса -
попытка его восстановления.
Данную реконфигурацию в ряде
случаев называют «слепой реконфигура-
цией», так как в ходе её реализации, не
проводятся следующие операции:
• учёт и анализ текущих характе-
ристик решаемых в СТС задач и выпол-
няемых функций;
• анализ и оценивание текущего
состояния СТС в целом;
• оперативный расчёт, оценивание
и анализ целевых и информационно-
технических возможностей СТС для
обоснованного перераспределения функ-
ций СТС между её работоспособными
элементами и подсистемами.
Космический аппарат (КА) как
частный случай сложной технической
системы в процессе эксплуатации так же
может претерпевать структурные изме-
нения (структуры контура управления).
То есть структура контура бортового
управления (КБУ) зависит от изменения
состояний бортовых средств (БСр) КА.
Зачастую такие изменения связаны со
сбоями и отказами БСр (перевод их в не-
работоспособное состояние), приводящих
к неправильной работе КБУ.
В случае возникновения нештатной
ситуации на борту КА текущая структура
КБУ КА оказывается неработоспособной.
126
Тогда необходим синтез новой
структуры, который происходит с помо-
щью "живого" интеллекта, то есть по-
средством анализа человеком телеметри-
ческой информации (ТМИ) на Земле и
принятия управленческих решений о вос-
становлении работоспособности БСр КА
через закладку рабочих программ с тех-
нических средств НКУ. Задачу синтеза
нового структурного состояния можно
разделить на две подзадачи: подзадачу
выбора рабочей конфигурации БСр и
подзадачу выбора режима функциониро-
вания КА.
Рассмотрим задачу выбора конфи-
гурации БСр по заданным критериям. Та-
кую задачу можно формализовать в виде
оптимизационной задачи:
С(х) -> max, (1)
S"=0Xi-*min, (2)
<а,(х) < = 1,2, ...,L, (3)
F(x) > 0, (4)
Xj e {0,1},i = 1,2, ...,n,
где x = {х1л x2,..., xn] - вектор состояния
БСр, для которого:
(1, если i — е БСр необходимо включить
0, если i — е БСр исключить из контура ’
где п - общее число БСр, W'i(x) - функ-
ция, определяющая интенсивность рас-
ходования 1-го ресурса работающими
средствами, - предельно допустимое
значение интенсивности расхода /-го ре-
сурса, 1 = 1,2, ...,L - вид бортового ре-
сурса, С(х) - заданный критерий выбора
рабочей конфигурации БСр, F(x) - оцен-
ка структурной надёжности КБУ для вы-
бранного режима.
Например, для энергопотребления
функция -Mt3(x) будет определяться как
сумма интенсивности энергопотребления
работающих средств <^э(х) = ZF=oxi ’
Wj, где Wj - энергопотребление i-го БСр.
Оценка структурной надёжности
рассчитывается следующим образом [2]:
F(x) = r(P, xvP2x2.P„ xn)|P1=0S =
/о/о’-/о’Г<Р< Х»Р2 Х2.Рп Хп ')dPldP2...dPn '
где г(рг • xt, Р2 • х2,... ,РП-Хп ) - веро-
ятностная функция безотказной работы
КБУ.
Вышеописанная задача является
многокритериальной задачей целочис-
ленного программирования. Для её ре-
шения предлагается использовать "жад-
ный" алгоритм и метод случайного
направленного поиска [3]. Решение осу-
ществляется в два этапа:
1) Нахождение подмножества ДХ
недоминирующих по критерию (2) аль-
тернатив, удовлетворяющих ограничени-
ям (3), (4);
2) Выбор из подмножества ДХ оп-
тимального по критерию (1).
Таким образом, результатом реше-
ния данной оптимизационной задачи бу-
дет являться эффективная рабочая кон-
фигурация БСр. Это поможет формали-
зовать задачу синтеза работоспособного
структурного состояния контура управ-
ления на борту КА. В перспективе по-
добную задачу выбора можно решать с
помощью бортовых вычислителей КА и
использовать результаты для проведения
реконфигурации БСр КА в автоматиче-
ском режиме.
Библиографический список:
1. Охтилев М.Ю., Интеллектуаль-
ные технологии мониторинга и управле-
ние структурной динамикой сложных
технических объектов / М.Ю. Охтилев,
Б.В. Соколов, Р.М. Юсупов. - М.: Наука,
2006.-410 с.
2. Павлов А.Н., Соколов Б.В.
Структурный анализ катастрофоустойчи-
вых информационных систем // Труды
СПИИРАН, 2009, Вып. 8, СПб.: СПИ-
ИРАН, с. 128-151
3. Растригин Л.А., Адаптация
сложных систем / Л.А. Растригин - Рига,
Зинанте, 1981,- 375 с.
References:
1. Ohtilev M.U., Sokolov B.V.,
Usupov R.M., Intelligent technology of
monitoring and control of structural dynam-
ics of complex technical systems; - Mos-
cow: Publishing house "Science", 2006. -
410 p.
2. Pavlov A.N., Sokolov B.V. Struc-
tural analysis of disaster tolerance infor-
mation systems; - Saint-Petersburg: Science
127
Magazine “SPIIRAS proceedings”, 2009, 3. Rastrigin L.A. Adaptation of com-
№8- 128-151 p. plex systems; - Riga:Publishing house "Zi-
nate",1981 -375p.
TASK OF CHOISE OF OPTIMAL CONFIGURATION FOR BOARD DEVICE OF
SPASECRAFT
©2015 A.U. Kulakov
FSUE "DB "Arsenal"
Fault and failures that can lead to the development of abnormal situation in an damage are bound to arise on
board of spacecraft. To combat this phenomenon should be translated spacecraft from inoperable to a usable state. In
this article considered task of choise of optimal configuration for board device of spasecraft for new
structural consist. Task formalized as multi-criteria optimization task of integer programing. The author suggests
approaches to solving of task of choise by "greedy" algorithma and method of random directional search.
Key words: structural reliability, reconfiguration of system, Structural dynamics, control of hoard re-
source
Информация об авторах:
Кулаков Александр Юрьевич, инженер 2 категории ФГУП "КБ "Арсенал", аспи-
рант лаборатории информационных технологий в системном анализе и моделировании,
СПИИРАН, 195 009, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Комсомола, д. 1-3, т. 8-951-675-2354,
russ69tebk.ru.
Область научных интересов: управление структурной динамикой, анализ сложных
технических систем.
Kulakov Alexandr Yuryevich, Engineer, FSUE DB “Arsenal”, post-graduate student,
Lab for information technology in systems analysis and modeling, SPIIRAS, russ69tebk.ru, tel.:
8-951-675-2354. Area of research: control of structural dynamics, analysis of complex technical
systems.
128
УДК 621.396.6.536.248.2.001
ТЕЧЕНИЕ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ В ТОНКОМ СЛОЕ НА ПОЛУПЛОСКОСТИ
©2015 Н.И. Клюев1, Е.И. Бакулин2
'Самарский государственный университет, г. Самара
2АО РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассматривается течение жидкой пленки на полуплоскости под действием силы тяжести и внешнего
потока воздуха. Для решения задачи используется метод малого параметра, получено численное решение
нулевого приближения задачи. Результаты представлены в виде зависимости толщины пленки и средней
продольной скорости от длины пластины. Показано, что нулевое приближение дает хорошую точность ре-
шения.
Ключевые слова: Пленка, пограничный слой, трение, нулевое приближение
Течение жидкой пленки под дей-
ствием внешнего потока газа часто
встречается в технических приложениях.
Например, дождевая пленка на поверхно-
сти летательного аппарата уменьшает со-
противление трения и может быть ис-
пользована как элемент управления по-
граничным слоем.
Впервые проблема ламинарных
пленок с гладкой поверхностью была по-
дробно рассмотрена Нуссельтом. Позднее
в работах Киркбрайта и С.С. Кутателадзе
была поставлена проблема турбулентных
пленок. Проблема волнового стекания
ламинарных пленок была поставлена
П.Л. Капицей.
Рассмотрим установившееся тече-
ние плоской пленки переменной толщи-
ны под действием силы тяжести и внеш-
него потока воздуха. Пленка жидкости на
поверхности пластины формируется вы-
давливанием жидкости через пористую
поверхность (рис. 1).
Рис. 1. Схема течения пленки: u, v -компоненты вектора скорости,
Vk - скорость вдува массы, LL - скорость набегающего потока.
Математическая постановка задачи
включает в себя уравнения движения в
приближении пограничного слоя и урав-
нение неразрывности для несжимаемой
жидкости. Решение задачи получено в
пакете прикладных программ Mathcad,
результаты представлены на графиках
рис. 2 и рис. 3 для а=7Т/2 и числа Рей-
нольдса Re=10.
129
Рис. 2. Продольная скорость
1. т=0 2. т=0,015
Рис. 3. Толщина пленки
1. т=0 2. т=0,015
Как и следовало ожидать, спутный
поток воздуха увеличивает среднюю
продольную скорость и уменьшает тол-
щину пленки. На графиках рис. 4 и рис. 5
показано изменение продольной скорости
и толщины пленки при т=0 и Re=10 для
разных углов атаки а=л/4 и а=тт/6.
Рис. 4. Продольная скорость
1. а=~/4 2. а= л/6
Рис. 5. Толщина пленки
1. а=л/4 2. а=л76
Из графиков видно, что увеличение
угла атаки приводит к увеличению про-
дольной скорости и уменьшению толщи-
ны пленки.
Нулевое приближение дает хоро-
шую точность решения и может быть ис-
пользовано при моделировании плоского
течения пленки под действием силы тя-
жести и внешнего потока воздуха.
Библиографический список:
1. Лойцянский Л.Г. Механика жид-
кости и газа; - М.: Изд-во «Наука», 1973.
- 847 с.
2. Кудрявцев Л.Д. Математический
анализ; М.: Изд-во «Высшая школа»,
1973.-470 с.
3. Nikolay I. Klyuev, Asgat G.
Gimadiev, Yuriy A. Kryukov. Two-media
boundary layer on a flat plate./ International
Journal of Engineering and Technology
ISSN: 0975-4024. 2014. Vol. 6. No 5.
Р.2368-2374.
4. Кутателадзе С.С, Стырикович
М.А. Гидродинамика газожидкостных
систем; - М.: Изд-во «Энергия», 1976. -
297 с.
References:
1. Loytsyansky L.G. Fluid mechanics;
- Moscow: “Science”, 1973. - 847 p.
2. Kudryavtsev L.D. Mathematical
analysis; Moscow: “Higher school”, 1973. -
470 p.
3. Nikolay I. Klyuev, Asgat G.
Gimadiev, Yuriy A. Kryukov. Two-media
boundary layer on a flat plate./ International
Journal of Engineering and Technology
ISSN: 0975-4024. 2014. Vol. 6. No 5.
P.2368-2374.
4. Kutateladze S.S., Styrikovich M.A.
Hydrodynamics of gas-liquid systems; -
Moscow: “Energy”, 1976. - 297 p.
130
VISCOUS LIQUID FLOW IN THE THIN LAYER ON THE HALF-PLANE
©2015 N.I. Klyuev1, E.I. Bakulin2
’Samara State University, Samara
2JSC «SRC «Progress», Samara
The liquid film flow on a half-plane under the action of gravity and an external flow of air is considered. The
method of small parameter is used for the problem solution; the numerical solution of zero order approximation of a
problem is received. Results are presented in the form of dependence of film width and average longitudinal velocity
on length of a plate. It is shown that zero order approximation gives a good accuracy of the solution.
Key words: The thin Jilm, boundary layer, friction, zero order approximation
Информация об авторах:
Клюев Николай Ильич, д.т.н., профессор, СамГУ, 443 068, Россия, г. Самара,
Академика Павлова, 1, т. 334-54-40, nikolay klyuevtemail.ru .
Область научных интересов: механика жидкости и газа.
Бакулин Евгений Игоревич, инженер-конструктор 3 категории АО РКЦ
«Прогресс», аспирант кафедры математического моделирования в механике, СамГУ,
443 068, Россия, г.Самара, Академика Павлова, 1, т. 8-927-705-60-67,
bakulin.eugenetegmail.com.
Область научных интересов: механика жидкости и газа.
Klyuev Nikolay Ilyich, professor, doctor of technical sciences, SSU, 443 068, Russia,
Samara, the academician Pavlov’s street, 1, 334-54-40, nikolay klyuevtemail.ru .
Area of research: fluid mechanics.
Bakulin Eugene Igorevich, engineer, JSC SRC «Progress», post graduate student of chair
of mathematical modeling in mechanics of Samara State University, 8-927-705-60-67,
bakulin.eugenetegmail.com.
Area of research: fluid mechanics.
131
УДК 621.01/03:539.4
РАСЧЕТ ДОЛГОВЕЧНОСТИ СИЛЬФОНА
ПО КРИТЕРИЯМ МАЛОЦИКЛОВОЙ ПРОЧНОСТИ
©2015 А.И. Аистов, Ю.В. Скворцов, С.А. Чернякин, С.В. Глушков
Самарский государственный аэрокосмический университет
имени академика С. П. Королёва
(национальный исследовательский университет), Самара
В работе рассмотрена универсальная методика оценки усталостной прочности с использованием мо-
дуля «Fatigue» CAE-системы ANSYS Workbench. Выполнен расчёт напряжённо-деформированного состоя-
ния сильфона в виде гофрированной двухслойной оболочки. По результатам данного расчёта проведена
оценка его долговечности при малоцикловой усталости.
Ключевые слова: малоцикловая усталость, долговечность, метод конечных элементов, петля гисте-
резиса, пластичность, сильфонный компенсатор, гофрированная двухслойная оболочка
Вопросы малоцикловой прочности
элементов конструкций машин на протя-
жении последних десятилетий являлись
предметом самого пристального рассмот-
рения. Расчёт на малоцикловую проч-
ность стал возможен в результате экспе-
риментального изучения закономерно-
стей сопротивления деформированию и
разрушению при циклическом упруго-
пластическом деформировании.
В настоящей работе рассматривает-
ся универсальная методика оценки уста-
лостной прочности элементов конструк-
ций с использованием специализирован-
ного модуля «Fatigue» современной САЕ-
системы ANSYS Workbench. Данный мо-
дуль предназначен для исследования как
многоцикловой, так и малоцикловой
прочности конструкций. При этом в пер-
вом случае долговечность определяется
на основе характеристик цикла напряже-
ний. В качестве исходных данных здесь
используется кривая усталости Вёлера,
описывающая зависимость амплитуды
напряжения от числа циклов до разруше-
ния. Она задаётся набором точек. Во вто-
ром случае применяется деформацион-
ный подход. Деформационная кривая
усталости, представляющая собой зави-
симость амплитуды полной деформации
от числа полуциклов до разрушения, в
отличие от кривой Вёлера задаётся ана-
литически в виде уравнения Басквина-
Мэнсона-Коффина. Анализ усталости в
модуле «Fatigue» основывается на ре-
зультатах расчёта напряжённо-
деформированного состояния конструк-
ции в упругой постановке. При этом в
деформационном подходе для учёта не-
упругого деформирования материала
применяется правило Нейбера и цикли-
ческая диаграмма деформирования
Рамберга-Осгуда. Модуль «Fatigue» поз-
воляет проводить расчёты как при посто-
янной, так и при переменной амплитуде
напряжений или деформаций. При пере-
менной амплитуде схематизация истории
нагружения выполняется методом «па-
дающего дождя», а суммирование повре-
ждений проводится согласно правилу
Пальмгрена-Майнера. Кроме того, в слу-
чае определения долговечности по
напряжениям нагружение может быть не
только пропорциональным, но и непро-
порциональным.
Представлены методика и результа-
ты расчёта сильфонного компенсатора на
малоцикловую прочность. Основным
элементом данной конструкции является
гофрированная двухслойная оболочка,
работающая в крайне тяжёлых условиях
нагружения. При этом имеют место все
возможные виды нелинейностей (и
большие перемещения, и развитые пла-
стические деформации, и контактное вза-
имодействие отдельных гофров). Учиты-
вая, что упрощённая постановка,
132
реализуемая в модуле «Fatigue», не поз-
воляет оценивать долговечность таких
конструкций, моделирование и расчёт
напряжённо-деформированного состоя-
ния сильфона проводится непосредствен-
но в среде ANSYS. Решение данной зада-
чи выполняется пошаговым методом по-
следовательных нагружений. Как пока-
зывают результаты расчётов, наиболее
неблагоприятные условия для накопле-
ния усталостных повреждений здесь воз-
никают на внутренней поверхности
наружного слоя двухслойной оболочки в
местах впадин гофров. Для этих точек
построены диаграммы циклического де-
формирования, которые после несколь-
ких циклов нагружения стабилизируют-
ся. По стабилизированной петле гистере-
зиса наиболее нагруженного гофра и
находится амплитуда полных деформа-
ций. В заключение с использованием
данного значения по деформационной
кривой усталости определяется долго-
вечность рассматриваемого сильфона.
ESTIMATION OF LONGEVITY OF SILPHON
BY LOW-CYCLE LIFE CRITERIA
©2015 A.L Aistov, Y.V. Skvortsov, S.A. Chemyakin, S.V. Glushkov
Samara State Aerospace University, Samara
The universal technique of an estimation of fatigue strength with use of module "Fatigue" of CAE-system
ANSYS Workbench is observed. Evaluation of intense-deformed state of the goffered two-layer pipe was made. By
results of this evaluation the low-cycle life was estimated.
Keywords: low-cycle life, fatigue life, finite element method, hysteresis loop, plasticity, silphon compensator,
goffered two-layer pipe
Информация об авторах:
Аистов Алексей Иванович, аспирант кафедры космического машиностроения
(СГАУ), E-mail: a i aistov(<ziamail.com, 89033031515
Скворцов Юрий Васильевич, кандидат технических наук, доцент кафедры косми-
ческого машиностроения. E-mail: prochfg),ssau.ru.
Чернякин Сергей Алексеевич, м.н.с. НИИ Космического машиностроения,
chernyakin safttjmail.ru, 89372017950
Глушков Сергей Валерьевич, кандидат технических наук, ведущий инженер ка-
федры космического машинострения, testcuperfcr,mail.ru, 89272633759
Alexey Aistov, postgraduate, E-mail: aiaistovfc),gmail.com, 89033031515
Yuri Skvortsov, Candidate of Technics, Associate Professor of Space Engineering De-
partment. E-mail: prochfajssau.ru
Sergey Chernyakin, postgraduate, chernvakin safajmail.ru, 89372017950
Sergey Glushkov, Candidate of Technics, Chief Engineer of Space Engineering Depart-
ment, testcuperfajmail.ru, 89272633759
133
УДК 629.7.015
ПРИВЕДЕНИЕ ОРБИТЫ К ПЛОСКОСТИ ПРИ ДВИЖЕНИИ КОСМИЧЕСКОГО
АППАРАТА С ЭЛЕКТРОРАКЕТНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ ВБЛИЗИ АСТЕРОИДА
©2015 А.Ю. Шорников, М.К. Файн, Р.М. Хабибуллин
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика
С.П. Королёва (Национальный исследовательский университет), г. Самара
Представлена математическая модель движения космического аппарата с электрореактивной двига-
тельной установкой в гравитационном поле астероида. Предлагается использовать модель единичных при-
тягивающих центров для моделирования движения космического аппарата в гравитационном поле сложной
конфигурации. Уравнения движения космического аппарата представляют собой уравнения задачи n-тел. В
качестве закона управления предлагается использовать локально-оптимальный закон управления для приве-
дения орбиты космического аппарата к базовой плоскости.
Ключевые слова: Астероид, гравитационный потенциал, электроракетный двигатель, орбита, моде-
лирование траектории движения
Астероидная и кометная опасность
является общепризнанной реальной угро-
зой космического пространства, которая
требует постоянного внимания со сторо-
ны мировой общественности. В настоя-
щий момент остро стоит проблема разра-
ботки методов мониторинга и противо-
действия потенциально опасным объек-
там. В большинстве случаев, моделиро-
вание управляемого движения вблизи
астероидов и комет является сложной за-
дачей, так как часто они имеют сложную
геометрию и распределение масс, что
требует дополнительных гравиметриче-
ских исследований. В данной статье
представлен один из способов решения
этой системной проблемы: моделирова-
ние гравитационного поля сложной кон-
фигурации и моделирование управляемо-
го движения космического аппарата в та-
ком поле. Предлагается использовать
модель единичных притягивающих цен-
тров для моделирования движения кос-
мического аппарата. Схожий подход рас-
смотрен в статье [1]; однако в ней иссле-
дуются вопросы целостности модели
астероида гантелевидной формы образо-
ванного двумя притягивающими центра-
ми.
Таким образом, в рамках данной
работы предлагается приложить задачу
n-тел к моделированию движения вблизи
объектов с гравитационным полем слож-
ной конфигурации. В частности, рас-
смотрен способ стабилизации орбиты
космического аппарата на основании од-
ного из локально-оптимальных законов
управления. В данной статье в качестве
объекта с гравитационным полем слож-
ной конфигурации рассматривается асте-
роид Эрос (433) (рис. 1).
134
Рис. 1 Орбиты астероида Эрос 433
Подобный выбор можно объяснить
формой астероида и положением его ор-
биты в Солнечной системе. Согласно [2],
физические характеристики астероида
Эрос имеют вид: геометрические разме-
ры 34.4x11.2x11.2 км, средний диаметр
= G

16.8 км, масса ~ 6.69 1015 кг, период вра-
щения 5.27 ч.
Рассмотрим модель гравитационно-
го поля, образованная суперпозицией
гравитационных полей двух условных
тел различной массы, вращающихся от-
носительно общего барицентра:
"h
7(х-х,)2 +(у-т2)2 +(z-z2)2
\ ar
где -массы условных притягивающих
центров, х,., j^z, - соответствующие ко-
ординаты притягивающих центров, G-
гравитационная постоянная, со-угловая
скорость вращения системы притягива-
ющих центров, d = a + b- расстояние
между притягивающими центрами.
Предположим, что модель астерои-
да в рассматриваемой задаче представля-
ет собой гравитационное поле двух
условных притягивающих центров с мас-
сами: 4,356 1015 кг, 2,334 1015 кг и вра-
щающихся вокруг барицентра с угловой
скоростью 5,6 10-4 рад/сек. Точные зна-
чения масс были выбраны исходя из гео-
метрии астероида. (Рис. 2)
135
Рис. 3 Силовые линии гравитационного потенциала астероида
На рис. 3 приведены силовые ли-
нии гравитационного потенциала астеро-
ида Эрос, полученные в рамках барицен-
трической модели гравитационного по-
тенциала. Моделирование движения бу-
дем производить в прямоугольной бари-
центрической системе координат при
следующих допущениях: космический
аппарат является материальной точкой,
которая не оказывает никакого влияния
на движения притягивающих центров,
влияние Солнца на движение системы
учитывается (Рис. 4).

Солнце
Астероид
Рис. 4 Силовая схема взаимодействия притягивающих
136
Эрос и космический аппарат лежат
в плоскости BsXY. Ось BsZ является
осью вращения астероида. Пусть в расчё-
тах астероид вращается по часовой
стрелке, а космический аппарат против
часовой стрелки.
Одной из важных задач, относя-
щихся к проблеме управления космиче-
ским аппаратом, является отыскание и
исследование простых схем управления,
позволяющих выполнить тот или иной
маневр. Эти способы управления не обя-
зательно должны быть близкими к опти-
мальным. Основное требование к ним -
простота анализа и реализации (по срав-
нению с оптимальными условиями).
Таким образом, исходное векторное
уравнение примет вид:
d2r /л... (А г. 3 ,
dt г г,)
где L - вектор возмущающих ускорений
двигательной установки космического
аппарата (для наиболее тривиального
случая L = [аг,ау,а:]г).
Соответственно, влияние прочих
сил и моментов на космический аппарат
кроме гравитационных сил притягиваю-
щих центров не рассматривается в рам-
ках данной модели управления. Космиче-
ский аппарат представляет собой матери-
альную точку, которая, как было описано
ранее, не оказывает никакого существен-
ного влияния на движение притягиваю-
щих центров ввиду малости порядка мас-
сы.
В рамках данной главы рассмотрим
простое управление аппаратом, то есть
управление относительно барицентра в
одной плоскости (а. = 0). Система коор-
динат барицентрическая. Плоскость BsXY
лежит в плоскости астероида. Ось BsY
направлена в точку весеннего равноден-
ствия. Введем для этого угол т? - угол
между радиус-вектором аппарата и век-
тором силы тяги. Предполагается, что
двигательная установка работает посто-
янно (Рис. 5).
Рис. 5 Барицентрическая система координат при моделировании движения
Исходя из физического смысла вы-
бранного угла Г] (лежит в плоскости),
определим для него следующие расчет-
ные соотношения:
аух + ауу =—cos ту
т
2^ 2_Р2
®х + й у 2
т
где ax,av - управляющие ускорения, Р -
тяга космического аппарата, m(t) - теку-
щая масса космического аппарата.
Скорости имеют размерность
км/сек, тяга - Н, углы - рад. При расчётах
использовался метод Рунге-Кутты чет-
вертого порядка точности.
Пуст масса космического аппарата
составляет 1200 кг, скорость истечения
двигателей 15 км/секс and шаг интегри-
рования 300 сек. Начальная скорость
движения космического аппарата являет-
ся псевдокруговой (скорость, которую
имел бы космический аппарат если бы
астероид представлял собой один притя-
гивающий центр). Дата старта 30.05.2018
г. Траектория пассивного движения пред-
ставлена на рис. 6: г0 = (0 100 4),
Vo= (0,0021 0 0).
137
Рис. 6 Пассивное движение космического аппарата на орбите 100 км при движении вблизи
Согласно [3], использование ло-
сально-оптимальных законов позволяет
:табилизировать траекторию движения
сосмического аппарата с электрореактив-
юй двигательной установкой. В качестве
;акона управления был выбран закон,
)беспечивающий постоянство параметра
4], скорость истечения 15 км/сек:
7] = л
На рис. 7 представлена траектория
управляемого движения космического
аппарата в плоскости BsXY и в трехмер-
ном пространстве для орбиты в 100 км.
Тяга в данном случае составляет Р = 1
мкН.
Рис. 7 Стабилизация движения космического аппарата на орбите 100 км при движении вблизи
астероида Эрос
138
Рассмотрим графики изменения
наклонения орбиты, долготы восходяще-
го узла и эксцентриситета траектории
движения, рассчитанные в каждый мо-
мент времени. На рис. 8 представлен
график изменения наклонения орбиты
(угол между плоскостью орбиты и плос-
костью отсчета). На рис. 9 представлен
график изменения долготы восходящего
узла орбиты космического аппарата (угол
в базовой плоскости, образуемый между
базовым направлением на нулевую точку
и направлением на точку восходящего
узла орбиты, в которой орбита пересекает
базовую плоскость в направлении с юга
на север). На рис. 10 представлен график
изменения эксцентриситета орбиты (ос-
новная характеристика орбиты, характе-
ризующая ее тип).
Приведение орбиты к плоскости
длилось около 27 суток. На приведение
орбиты к плоскости было затрачено
0,001867 кг топлива.
Oaphc of ОЫ псММюп (I)
0 200000 400000 000000 Ю000 1oW« 12о«00а 14**000 10о«000 1*^000
Птцмс)
Рис. 8 График изменения наклонения орбиты при приведении орбиты к плоскости
Рис. 9 График изменения долготы восходящего узла при приведении орбиты к плоскости
139
Рис. 10 График изменения эксцентриситета орбиты при приведении орбиты к плоскости
Таким образом, используя один из
локально-оптимальных законов управле-
ния, а именно постоянство параметра,
удалось привести орбиту к базовой плос-
кости. При этом, траектория движения
сохранила свою форму, что подтвержда-
ется графиком изменения эксцентрисите-
та. А его уменьшение связано со слож-
ным динамическим распределением гра-
витационного поля в пространстве.
Библиографический список:
1. Beletsky V.V. Generalized restrict-
ed circular three-body problem as a model
for dynamics of binary asteroids. Cosmic
Research 45.5, 2007, pp. 408-416.
2. База данных космических объек-
тов НАСА [Электронный
ресурс] :http://space. frieger.com/asteroids/
3. Ruggiero A. et al. Low-thrust ma-
neuvers for the efficient correction of orbital
elements. Proceedings of the the 32nd Inter-
national electric propulsion conference,
2011.
4. Лебедев B.H. Расчет движения
космического аппарата с малой тягой
[Текст]/В.Н. Лебедев. - М.: Вычисли-
тельный центр РАН СССР, 1968. -
12-40 с.
References:
1. Beletsky V.V. Generalized restrict-
ed circular three-body problem as a model
for dynamics of binary asteroids. Cosmic
Research 45.5, 2007, pp. 408-416.
2. http://space.frieger.com/asteroids/
3. Ruggiero A. et al. Low-thrust ma-
neuvers for the efficient correction of orbital
elements. Proceedings of the the 32nd Inter-
national electric propulsion conference,
2011.
4. Lebedev V.N., “Raschet dvigenia
kosmicheskogo apparata s maloi tiagoi”,
Computation centre of the Russian Academy
of Sciences, Moscow, 1968, pp. 12-40.
BRINGING AN ORBIT TO THE BASIC PLANE FOR A SPACECRAFT WITH AN
ELECTRIC PROPULSION ENGINE FOR A MOVEMENT NEAR AN ASTEROID
©2015 A.U. Shomikov, M.K. Fain, R.M. Habibullin
Samara State Aerospace University, Samara
A mathematical model of the spacecraft with electric propulsion system in the gravitational field of the aster-
oid is represented in the paper. It is proposed to use the model of single gravitate centers for simulation of the space-
craft in the irregular gravitational field. The equations of motion of the spacecraft are the equations of n-body prob-
lem. It is proposed to use a locally optimal control law for bringing the orbit of the spacecraft to the reference plane.
140
Key words: Asteroid, gravitational potential, electric propulsion, electric propulsion engine, space-
craft motion simulation
Информация об авторах:
Шорников Андрей Юрьевич, магистр, ст. лаборант кафедры космического маши-
ностроения, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 8-960-816-10-25,
serandrufemail.ru.
Область научных интересов: задача n-тел, гравитационные поля сложной конфигу-
рации, математическое моделирование, параллельные вычисления.
Файн Максим Кириллович, магистр, ст. лаборант кафедры космического машино-
строения, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 8-903-334-31-63,
grandmashedfemail.ru.
Область научных интересов: баллистическое проектирование, точки либрации, кос-
мические буксиры.
Хабибуллин Роман Маратович, магистр, ст. лаборант кафедры космического ма-
шиностроения, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 8-961-384-20-66,
khabibullin.romanfegmail.com.
Область научных интересов: солнечный парус, спутники дистанционного зондиро-
вания Земли.
Shornikov AndreY Urievich, magister, research technician of the space engineering
department, SSAU, 443 086, Russia, Samara, Moscow highway, 34, 8-960-816-10-25,
serandrufemai 1 .ru.
Area of research: n-body problem, irregular gravitational fields, simulations, parallel com-
puting.
Fain Maksim Kirillovich, magister, research technician of the space engineering depart-
ment, SSAU, 443 086, Russia, Samara, Moscow highway, 34, 8-903-334-31-63,
grandmashedfemail.ru..
Area of research: ballistic design, libration point, space tugs.
Habibullin Roman Maratovich, magister, research technician of the space engineering
department, SSAU, 443 086, Russia, Samara, Moscow highway, 34, 8-961-384-20-66,
khabibullin.romanfegmail.com.
Area of research: solar sail, Earth remote sensing satellites.
141
УДК 629.78
УПРАВЛЕНИЕ ПЛОСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ ОРБИТЫ ГЕОСТАЦИОНАРНОГО
СПУТНИКА С ПОМОЩЬЮ ДВИГАТЕЛЯ МАЛОЙ ТЯГИ
©2015 В.В. Салмин, А.С. Четвериков
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика
С. П. Королёва (национальный исследовательский университет), г. Самара
Решена плоская задача терминального управления геостационарным аппаратом в дискретной поста-
новке. Разработан трёхшаговый алгоритм терминального управления периодом, эксцентриситетом и долго-
той стояния с помощью двигателя малой тяги. Получены аналитические выражения оценки затрат характе-
ристической скорости при коррекции орбиты.
Ключевые слова: малая тяга, геостационарная орбита, терминальное управление, коррекция орбиты
Геостационарная орбита (ГСО) яв-
ляется одной из наиболее востребован-
ных орбит для прикладных космических
аппаратов (КА) различного назначения.
Действие различного рода возмущений в
течение продолжительного интервала
времени на движение КА по орбите при-
водит к отклонению параметров орбиты
от требуемых значений. В связи с этим
необходимо постоянно проводить кор-
рекцию орбиты. Применение электроре-
активных двигателей (ЭРД) малой тяги
позволяет существенно снизить расход
рабочего тела при коррекции орбиты и
тем самым увеличить время существова-
ния КА на орбите.
В работе [1] приведены численные
алгоритмы управления КА на ГСО с по-
мощью двигателей малой тяги. Однако
они достаточно сложные и обладают
плохой сходимостью.
В настоящей работе разработан
трёхшаговый алгоритм коррекции плос-
ких параметров орбиты геостационарного
КА с помощью ЭРД малой тяги. Прини-
мается, что корректирующий манёвр реали-
зуется за счёт создания малого трансверсаль-
ного ускорения.
Задача управления плоскими пара-
метрами орбиты геостационарного КА
формулируется как задача оптимального
управления с терминальным критерием в
виде квадратичной формы (задача терми-
нального управления), характеризующей
конечное отклонение по периоду обра-
щения, эксцентриситету и долготе точки
стояния.
Для решения задачи получена дис-
кретная модель плоского движения КА
(при изменении периода обращения, экс-
центриситета орбиты, долготы стояния)
под действием малого трансверсального
ускорения.
Принимается, что структура управ-
ления состоит из трёх активных участков
АВ, CD, ЕО (рис. 1) продолжительностью
То, г/, Т2 соответственно и двух пассивных
участков продолжительностью //// и ///?
соответственно. На участке АВ происхо-
дит уменьшение эксцентриситета до ек =
0, на участке CD эксцентриситет увели-
чивается на некоторое значение е' и за-
тем на участке ЕО это значение снова га-
сится до значения ек = 0. Такая структура
управления позволяет гарантировано
привести КА с ЭРД в заданную точку
ГСО с требуемой точностью по периоду,
долготе и эксцентриситету. Примеры фа-
зовых траекторий приведены на рис. 2.
142
е
Рис. 1 Изменение эксцентриситета при трёхшаговой структуре управления
Рис. 2 Примеры фазовых траекторий при трёхшаговой структуре управления
Если знаки отклонения Д7с пери-
ода обращения в точке С и начального
отклонения периода обращения ДТ}, раз-
личны, то направление трансверсального
ускорения необходимо изменить на про-
тивоположное (рис. 2, б).
Получено приближённо-
оптимальное управление и выражение
для оценки затрат характеристической
скорости в виде функции от начальных
граничных условий (7Ь, во) при коррек-
ции плоских параметров геостационар-
ной орбиты (рис. 3).
|Д7И с
Рис. 3 Затраты характеристической скорости при коррекции ГСО с помощью ЭРД на основе трёхшагового
алгоритма терминального управления: сплошные линии -ДГ0 > 0, пунктирные линии - Д7» < О
143
Библиографический список:
1. Чернявский Г.М. Управление ор-
битой стационарного спутника [Текст] /
Г.М. Чернявский, В.А. Бартенев,
В.А. Малышев. - М.: Машиностроение,
1984,- 144 с.
References:
1. Chemyavsky G.M. Control of the
geostationary satellite orbit [Text] /
G.M. Chemyavsky, V.A. Bartenev,
V.A. Malyshev. - M.: Machinery, 1984. -
144 c.
CONTROL FLAT PARAMETERS GEOSTATIONARY SATELLITE ORBIT
USING LOW-THRUST ENGINE
©2015 V.V. Salmin, A.S. Chetverikov
Samara State Aerospace University, Samara
Is solved plane problem of terminal control geostationary apparatus in a discrete setting. Three-step algo-
rithm developed terminal control period, eccentricity and longitude of standing using the of the low thrust engine.
The analytical expressions costing characteristic velocity for orbit correction.
Key words: low thrust, geostationary orbit, terminal control, correction of the orbit
Сведения об авторах:
Салмин Вадим Викторович, д.т.н., профессор, заместитель заведующего кафедрой
космического машиностроения, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, 267
-46-88, sputnikfessau.ru.
Четвериков Алексей Сергеевич, инженер кафедры космического машиностроения,
СГАУ, 443086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, 8-905-018-49-97,
chctverikov86feyandex.ru.
SalminVadimViktorovich, Doctor of Technical Sciences, professor, deputy head of chair
of Space Engineering of Samara State Aerospace University, SSAU, 443086, Russia, Samara,
Moscow highway, 34, 267 - 46 - 88, e-mail: sputnikfessau.ru.
Chetverikov Alexey Sergeevich, Engineer of chair of Space Engineering of Samara State
Aerospace University, SSAU, 443086, Russia, Samara, Moscow highway, 34, 8-905-018-49-97,
e-mail: chetverikov86feyandex.ru.
144
УДК 629.7.08
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНТРОЛЯ НАД ЗАДАННОЙ ТОЧНОСТЬЮ
ИЗДЕЛИЙ КОСМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА НА ЭТАПЕ РАЗРАБОТКИ
КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
©2015 В.Д. Еленев1, Ю.П. Шупляк2
'Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика
С.П. Королёва (национальный исследовательский университет), г. Самара
2АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассматриваются вопросы контроля над заданной точностью изделий космического комплекса на
этапе разработки конструкторской документации.
Точность изделия на этапе разработки конструкторской документации рассматривается как системная
характеристика, охватывающая совокупность единичных требований по точности изделия, заданных на эта-
пе разработки технического задания.
В основу концепции контроля над заданной точностью положено понятие о типовом проектном па-
раметре точности, при помощи которого фиксируется всё множество единичных требований по точности
изделия, определяемых техническим заданием. Все требования по точности изделия, реализуемые на этапе
разработки конструкторской документации, приводятся к заданному в техническом задании исходному
множеству типовых проектных параметров точности с целью подтверждения (или не подтверждения) их
соответствия друг другу.
Ключевые слова: Точность, размерный анализ, расчёт размерных цепей, верификация, электронная
модель изделия, типовой проектный параметр точности, метрическое пространство
Введение
Работа относится к проблематике
обеспечения точности изделий космиче-
ского комплекса (КК) на различных эта-
пах их жизненного цикла существования
(ЖЦС). Под изделиями КК в данном слу-
чае понимаются составные части (СЧ) КК
различного уровня иерархии, для созда-
ния которых разрабатываются отдельные
технические задания (ТЗ).
Точность изделия космического
комплекса (КК) является одной из важ-
нейших характеристик, определяющих
его способность выполнять поставленные
задачи на этапе штатной эксплуатации в
составе КК. Как характеристика, опреде-
ляющая качество изделия, точность явля-
ется его неотъемлемым атрибутом в рам-
ках системы обеспечения качества на
всех этапах жизненного цикла существо-
вания (ЖЦС). Необходимость введения
требований по точности обусловлена не-
возможностью изготовления изделия с
абсолютной точностью.
Современная методология нисхо-
дящего проектирования изделий отлича-
ется высоким уровнем применения ком-
пьютерных технологий на всех этапах их
ЖЦС. Основным достижением последних
лет явилось внедрение концепции парал-
лельной разработки изделия, основанной
на совместном создании и использовании
единой компьютерной трехмерной моде-
ли (ЗО-модели) изделия всеми участни-
ками процесса его создания. В настоящее
время прорабатывается вопрос о возмож-
ности придании такой ЗО-модели изде-
лия статуса подлинника конструкторской
документации и технологической доку-
ментации [1].
Вместе с тем, необходимо отметить,
что, несмотря на достигнутые успехи в
области компьютерных технологий, в
настоящее время имеются проблемные
вопросы, связанные с обеспечением точ-
ности изделий на различных этапах
ЖЦС.
Известно, что точность изделия задаётся
в ТЗ, обеспечивается на этапах разработ-
ки конструкторской документации (КД) и
изготовления и далее контролируется на
всех последующих этапах ЖЦС изделия.
Основным инструментом, при помощи
которого производится контроль точно-
сти изделия на этапе разработки КД, яв-
ляется размерный анализ (РА), опираю-
щийся на математический аппарат теории
размерных цепей (РЦ). При этом процес-
145
сы нисходящего проектирования гаран-
тируют выполнение требований ТЗ, но,
вместе с тем, они не гарантируют реали-
зуемость требований данного ТЗ [2], из-
за чего процессы нисходящего проекти-
рования носят итеративный характер, то
есть предполагают возможность неодно-
кратного чередования процедур синтеза
(структурного и параметрического) и ве-
рификации.
Здесь, в соответствии с [3], следует
понимать:
- под верификацией - подтвержде-
ние (посредством представления объек-
тивных свидетельств) того, что установ-
ленные требования были выполнены;
- под объективным свидетельством
- данные, полученные путём наблюде-
ния, измерения, испытания или другим
способом, подтверждающие наличие или
истинность чего-либо.
В настоящее время процедура ве-
рификации КД на соответствие заданной
в ТЗ точности не имеет формальных ал-
горитмов её проведения и осуществляет-
ся исключительно вручную (с высокой
степенью использования субъективного
фактора).
Данное обстоятельство значительно
затрудняет контроль над точностью изде-
лия в виде аудиторской проверки под-
тверждения точности изделия третьей
независимой стороной и однозначно ис-
ключает процессы обеспечения заданных
в ТЗ требований по точности изделия на
последующих этапах ЖЦС из единого
информационного пространства (ЕИП), в
рамках которого действуют процессы
обеспечения качества изделия.
1 Состояние проблемы контроля
над обеспечением точности изделия на
различных этапах жизненного цикла
существования
При рассмотрении проблемы обес-
печения контроля над заданной точно-
стью изделий на этапе разработки КД в
качестве исходных, не подлежащих об-
суждению и принимаемых в качестве ак-
сиом, принимаются следующие положе-
ния:
1° Проблема обеспечения контроля
над реализацией заданных в ТЗ требова-
ний по точности изделия рассматривается
в рамках процессов нисходящего проек-
тирования, предполагающих разделение
(с известной степенью условности) про-
цесса проектирования изделия на два
взаимосвязанных этапа ЖЦС, выполняе-
мых друг за другом в следующей после-
довательности: этап разработки ТЗ; этап
разработки КД.
2° САПР, используемые при нисхо-
дящем проектировании, должны соответ-
ствовать требованиям нормативной базы,
которая представлена стандартами [4-6].
К числу таких САПР, используемых
на предприятии, можно отнести, напри-
мер:
- среди отечественных систем -
САПР «Компас»;
- среди зарубежных систем - САПР
Creo Parametrik.
3° РА, определяющий требования
по точности изделия на этапах разработ-
ки ТЗ и КД, проведён, его результаты из-
вестны и содержатся в виде аннотаций в
электронных моделях изделия (ЭМИ)
(см. [6]), которые представляют собой:
- проектные ЭМИ (ЭМИП), раз-
рабатываемые проектными подразде-
лениями;
- конструкторские ЭМИ (ЭМИК),
разрабатываемые конструкторскими
подраздел ен ия м и.
При проведении анализа в качестве
основной среды проектирования рас-
сматривалась методика нисходящего
проектирования (МНП), разработанная
компанией РТС (США) на базе систем
Creo Parametrik и Windchill PDM Link [7-
9]. В качестве объективного свидетель-
ства рассматривались два результата РА
изделия на точность на этапах разработки
ТЗ и КД, а верификация КД на соответ-
ствие требованиям ТЗ по точности (далее
по тексту - верификация) рассматрива-
лась как процедура, связанная с контро-
лем соответствия этих результатов РА
друг другу.
Анализ проблемы контроля над
обеспечением точности изделия на раз-
личных этапах ЖЦС показал следующее.
146
Требованиями отраслевого стандар-
та [10], разработанными в дополнение к
основному стандарту [И], определяю-
щему виды и комплектность КД, преду-
сматривается проведение РА изделия на
точность на этапе разработки КД для де-
талей, сборочных единиц, комплексов и
комплектов, однако средства МНП про-
ведение РА не предусматривают.
Известны следующие методики
проведения РА изделия на точность с ис-
пользованием компьютерных техноло-
гий:
«Parametrik Technology corporation
Creo Elements/Pro 5.0 Анализ допуска
Основанный Технологией CETOL», ис-
пользуемая на базе системы Creo Ele-
ments/Pro Tolerance Analysis Extension;
- модуль «Библиотека расчёта раз-
мерных цепей» в КОМ ПАС-3 D.
Данные методики в их сегодняшнем
состоянии рассматривают конкретные
вопросы, связанные с этапами разработки
КД и изготовления, и не предусматрива-
ют сквозного контроля над обеспечением
реализации заданных в ТЗ требований по
точности изделия на этапе разработки
КД. В этом качестве данные методики
просто механизируют процедуру РА в
соответствии с методическими указания-
ми [12].
Адаптация данных методик к про-
цедуре верификации точности потребует
доработки МНП, поскольку последняя не
имеет средств формального описания
точности изделия на уровне электронных
моделей сборочных единиц (ЭМСЕ) [5].
В рамках ЭМИП и ЭМИК обеспе-
чивается параллельная разработка изде-
лия различными исполнителями проект-
ных и конструкторских подразделений, а
так же представителями службы техноло-
гической подготовки производства. В то
же время, и ЭМИП, и ЭМИК позволяют
работать только с номинальной трехмер-
ной геометрией изделия, в которую до-
пуски, обеспечивающие заданную точ-
ность, искусственно вводятся в виде ан-
нотаций. Обменные файлы ЕИП не несут
в себе информацию по допускам и сред-
ствам передачи размерных связей на
уровне сопряжённых элементов деталей
сборок изделия и не обеспечивают точ-
ность изделия с учётом пространствен-
ных РЦ и пространственных допусков.
Отмеченные проблемы не являются
какими-либо новыми проблемами. Они,
например, рассматриваются в работах
[13-17] и в других работах, анализ кото-
рых показывает, что сегодня не суще-
ствует эффективных способов автомати-
зированного проектирования изделий с
учётом обеспечения точности на различ-
ных этапах ЖЦС. Это обусловлено тем,
что, несмотря на успехи, достигнутые в
области трехмерного моделирования,
проблема пространственной размерной
увязки изделия, учитывающей все виды
допустимых отклонений его составных
частей (СЧ) от заданных значений и их
взаимное влияние друг на друга в составе
изделия, по-прежнему остаётся нерешён-
ной. Возможности современных CAD-
систем ограничены проектированием
только номинальной геометрии, а сама
ЗО-модель изделия содержит информа-
цию о допусках только в виде аннотиро-
ванных размеров.
Таким образом, в настоящее время
процедуры проведения РА и верифика-
ции КД на соответствие заданной в ТЗ
точности в рамках МНП не имеют фор-
мальных алгоритмов их проведения и
осуществляются исключительно вруч-
ную.
Кроме того имеют место проблемы,
связанные с тем, что мощности множеств
размеров, определяющих точность изде-
лия в размерных базах ЭМИП и ЭМИК,
имеют различный порядок, в то время как
оба этих множества размеров должны
подтверждать одну и ту же точность из-
делия.
Здесь возникают следующие вопро-
сы:
- что считать точностью изделия на
различных этапах разработки ТЗ и КД;
- что является единицей размерного
анализа точности изделия при проведе-
нии процедуры верификации;
- что является мерой точности изде-
лия.
Известно следующее определение
точности:
147
Определение 1. «Точность геомет-
рического параметра - степень прибли-
жения действительного значения геомет-
рического параметра к его номинальному
значению» [18].
Известны и другие определения
точности, но все они в конечном итоге
сводятся к приведенному выше опреде-
лению, носят частный характер и не при-
вязаны к этапам ЖЦС.
2 Точность изделия. Общие поло-
жения и основное определение
Разделение процесса проектирова-
ния изделия на этапы разработки ТЗ и КД
обусловлено разными целями и задачами,
решаемыми на данных этапах.
Основной целью этапа разработки
ТЗ является создание проекта изделия,
реализующего поставленные задачи на
уровне, соответствующем современному
уровню науки и техники.
Основной целью этапа разработки
КД является создание конструкции изде-
лия, соответствующей всем требованиям
ТЗ с учётом возможности изготовления
изделия на существующей производ-
ственной базе завода-изготовителя.
Основное условие для завершения
разработки КД изделия и перехода к эта-
пу изготовления сформулируем следую-
щим образом:
«Для успешного завершения этапов
проектирования изделия (с учётом обес-
печения заданной точности изделия) и
последующего перехода к этапу изготов-
ления изделия:
- необходимо, чтобы разработанная
КД соответствовала существующей про-
изводственной базе завода-изготовителя;
- достаточно, чтобы разработанная
КД соответствовала требованиям ТЗ».
Чтобы провести РА изделия на лю-
бом этапе проектирования, необходимо
формально описать точность изделия (де-
тали, узла, машины) в виде ограниченно-
го множества размеров (назовём их пара-
метрами точности (ПТ), которые отлича-
ются от прочих размеров, определяющих
размерную базу ЭМИП (ЭМИК), следу-
ющими особенностями:
- каждый ПТ имеет одинаковую
структуру (номинальное значение и до-
пустимые отклонения от номинального
значения);
- значение каждого ПТ выражается
языком чисел (метрических характери-
стик), что позволяет количественно срав-
нивать его с другими размерами точности
на различных этапах ЖЦС посредством
счёта или измерения.
ПТ, представляющие точность из-
делия на этапах разработки ТЗ и КД, от-
личаются друг от друга тем, что принад-
лежит разным моделям. Чтобы отличать
их друг от друга, введём дополнительную
идентификацию: проектные ПТ (ППТ) и
конструктивные ПТ (КПТ).
Любое изделие КК имеет иерархи-
ческую структуру (детали, сборочные
единицы, изделие в целом). Соответ-
ственно точность изделия также должна
иметь иерархическую структуру. В
настоящей работе точность изделия,
представленная в ЭМИП и ЭМИК, рас-
сматривается на трёх уровнях иерархии:
- на нижнем уровне - как точность
множества электронных моделей проект-
ных модулей (ЭМПМ) для ЭМИП и элек-
тронных моделей деталей (ЭМД) для
ЭМИК, в которых каждая ЭМПМ (ЭМД)
описывается в виде множества помо-
дульных (подетальных) ПТ;
- на среднем уровне - как точность
взаимного расположения всех ЭМПМ
(ЭМД) относительно друг друга в составе
ЭМИП (ЭМИК), которая рассматривается
в виде электронной модели сборочной
единицы (ЭМСЕ) (см. [5]);
- на верхнем уровне - как точность
изделия в целом, рассматриваемая в виде
некоторой интегральной характеристики
всех составляющих ППТ (КПТ) нижних
уровней иерархии.
Иерархическое построение даёт
право считать точность изделия систем-
ной характеристикой изделия, которая
имеет следующие особенности:
- не поддаётся непосредственному
наблюдению;
- является характеристикой системы
с иерархической структурой и сама имеет
иерархический характер;
148
- определяется только при помощи
формального описания, которое охваты-
вает все уровни иерархии.
На различных этапах ЖЦС точность
изделия может изменяться, то есть имеет
свойства динамичности. При этом на всех
этапах ЖЦС точность изделия обязатель-
но должна соответствовать заданной в ТЗ
точности в рамках назначенной меры
точности, то есть точность изделия обла-
дает свойствами устойчивости.
Дадим понятию о точности изделия
следующее определение:
Определение 2. «Точность изделия
есть системная характеристика изделия,
имеющая структуру иерархического ти-
па, описываемая на различных этапах
иерархии ограниченным множеством
идентифицированных параметров точно-
сти, имеющих для соответствующего
этапа ЖЦС конкретные количественные
значения, обладающая на различных эта-
пах ЖЦС свойствами динамичности и
устойчивости в рамках заданной меры
точности».
3 Основная концепция метода
контроля над заданной точностью из-
делия
ЭМИП и ЭМИК представляют со-
бой две модели, построенные в рамках
единой (базовой) системы координат
(БСК) и размещённые в метрическом
(Евклидовом) пространстве.
В рамках БСК положение любой
точки в пространстве можно однозначно
описать отдельно и уникально от других,
используя начало отсчёта, оси координат
и расстояния от начала отсчёта до проек-
ций точки на оси. При этом взаимное
расположение двух точек относительно
друг друга в метрическом пространстве
можно определить как совокупность двух
расстояний между проекциями этих то-
чек на соответствующие оси координат
(если задача решается на плоскости). Ис-
ходя из данных условий, любой ППТ
можно представить как соответствующее
номинальное расстояние между проекци-
ями каких-либо двух точек (если задача
решается на плоскости) с учётом допус-
ков.
Поскольку номинальная геометрия
изделия копируется при переходе от
ЭМИП к ЭМИК, номинальное положение
точек, на которые замыкается ППТ, в
пространстве сохраняется, а заданные
значения ППТ обеспечиваются множе-
ством КПТ, каждый из которых имеет
соответствующие значения номинальных
размеров и допусков. В этом случае мож-
но считать, что одно и то же расстояние
между двумя точками, рассматриваемы-
ми в едином метрическом пространстве,
можно обеспечить по двум вариантам, а
процедуру верификации точности изде-
лия можно рассматривать как сравнива-
ние значений обоих вариантов между со-
бой в пределах меры точности, определя-
емой ППТ.
С целью упрощения излагаемых ма-
териалов, здесь и далее по тексту все рас-
суждения будем вести в рамках двухмер-
ной системы координат. Поэтому, в об-
щем случае, точность взаимного распо-
ложения двух точек в пространстве отно-
сительно друг друга может быть пред-
ставлена двумя ППТ.
В настоящей работе процедуру ве-
рификации КД будем рассматривать для
одного ППТ, считая, что все рассуждения
будут справедливы и для других ППТ из
состава ЭМИП.
Будем считать, что любой ПТ (ППТ
или ПКТ) является параметризованным и
представляет собой систему, которая
включает в себя имя ПТ и множество ат-
рибутов, в число которых входят номи-
нальное значение ПТ и допуски.
Имена ПТ могут принадлежать раз-
ным ЭМИ (ЭМИП или ЭМИК) и, соот-
ветственно, иметь различную иерархию
имён (в зависимости от уровня иерархии,
на котором они входят в ЭМИ), а атрибу-
ты ПТ (независимо от их принадлежно-
сти) могут иметь различное значение, но
всегда будут выражаться в рамках единой
метрической системе измерений.
Примечание 1. Все используемые
далее по тексту обозначения имён, зна-
чений и т.д. принимаются условно, толь-
ко с целью пояснения сущности метода.
Для реализации метода на практике
необходимо дополнительно провести
149
процедуру постпараметризации, кото-
рая заключается в присвоении всем пере-
менным, привлекаемым к процедуре ве-
рификации собственных уникальных
имён и значений.
На рис. 1 показана геометрическая
интерпретация параметризованного ППТ
как элемента, задающего в ЭМИП требо-
вания по точности.
На рис. 1а показана некоторая
ЭМПМ Aj, входящая в состав ЭМИП,
построенная в рамках системы координат
xAi 0 yAi, на которой показан параметри-
зованный ППТ (Aj), ± A(A|)p
который определяет точность расстояния
между осями (Hl)Ai и (H2)Ai в таком
виде, в каком он обычно указывается на
модели (ив КД).
Здесь индекс «1» при Aj означает
порядковый номер номинального значе-
ния ППТ в составе ЭМПМ Aj, а значок «
± А » указывает на то, что это допуск на
номинальное значение.
В действительности для любой
ЭМПМ типа Aj все ППТ взаимосвязаны
между собой. Так, например, для ЭМПМ
Aj, показанной на рисунке 1а, к осям
(Hl)Ai и (H2)Ai предъявляются требо-
вания по отклонению от вертикальности
с заданной точностью (в данном примере
эти требования не рассматриваются).
Возникает вопрос, от каких баз
необходимо отсчитывать ППТ
(Aj)! ± A(Aj)] в пространстве, если
указывается расстояние между двумя не-
параллельными линиями.
Введём в ЭМПМ Aj две точки
(Ml)Ai и (M2)Ai на ОСЯХ (Hl)Aj и
(H2)Ai, как это показано на рис. 16, и
спроецируем их на ось xAi . Как видно из
рисунка, ППТ (A j) j ± А (А ( ) । за-
мыкается на проекции этих точек (
((Ml)Ai)xAi и ((M2)Ai)XAi) и при этом
определяется однозначно. В то же время,
ППТ (A j )| ± A (A j)] становится
независимым от осей (Hl)Ai и (H2)Ai.
Назовём введённые таким образом
точки базовыми точками (БТ) и отметим,
что данные БТ представляют собой идеа-
лизированные абстрактные элементы, по-
скольку реально в местах их введения в
ЭМИП изделия могут быть пустые места.
Вместе с тем, введение БТ позволяет бо-
лее точно указывать базы, от которых от-
считываются ППТ, и делает эти ППТ не-
зависимыми друг от друга в пределах
ЭМИП. Главным условием для точного
определения баз здесь является правиль-
ность введения БТ в ЭМИП.
Дадим ППТ, размещённому между
проекциями (((Ml)А;)Хл. и ((M2)Ai)Xu )
точек (Ml)Ai и (M2)Ai на ось xAi , соб-
ственное уникальное имя «(А?)р>, а к
множеству его атрибутов отнесём выра-
жение « (Aj), ± A(Ai)( », которое далее
будем считать значением ППТ (А?)].
Систему
<(Ml)Ai;(A7)1;(Ai)1 ± Д(А,), ;((M2)Ai >,
в которой:
- (Ml)Ai и (M2)Ai - две БТ, на про-
екции которых замыкается ППТ;
- (А^)| - имя ППТ в выбранной си-
стеме обозначений;
- (Aj)! ± А ( A j) । - значение
ППТ(АГ)!
назовём типовым проектным пара-
метром точности (ТППТ) и дадим ему
следующее определение.
Определение 3. «Типовым проект-
ным параметром точности называется
идентифицированный (поименованный)
параметризованный параметр точности,
определяющий взаимное положение двух
идентифицированных точек относитель-
но друг друга, имеющий номинальное
значение и допуски, выраженные в еди-
ной метрической системе измерений».
Введённый таким образом ТППТ
<(Ml)Ai;(А^),;(Aj)| ± A(Aj)i;((M2)Ai>
становится неотъемлемым атрибутом
ЭМИП и сохраняется в ней в неизменном
виде на всех последующих этапах ЖЦС
изделия.
150
Процедуру обеспечения требований
по точности изделия на этапе разработки
КД будем формально рассматривать как
процесс структурного и параметрическо-
го синтеза неизвестного множества эле-
ментов КПТ, реализующих в ЭМИК тре-
бования по точности, заданные ТППТ
<(М1)а1;(а7)1;(А|)1 ± Д(А.)1;((М2)а| >.
Будем считать, что:
- структурный синтез множества
КПТ - это определение множества имён
КПТ, которые в совокупности должны
замыкаться на проекции (((Ml)Ai )Хд. и
((М2)А!)Хм ) БТ (Ml)Ai и (M2)Ai на со-
ответствующую ось (в нашем случае - на
ocbxAi );
- параметрический синтез множе-
ства КПТ - это определение численных
значений всех КПТ, которые были опре-
делены по результатам структурного
синтеза.
Полученное таким образом множе-
ство КПТ автоматически становится
множеством параметризованных КПТ.
Рассмотрим процесс обеспечения
точности изделия на этапе разработки КД
для ТППТ
< (Ml)Ai;(A^)f;(Aj), ± A(Aj), ;((M2)Ai >,
который приведён на рис. 2.
На рис. 2а показана ЭМСЕ Bj, по-
лученная на этапе разработки КД по ис-
ходным данным, заданным с помощью
ЭМПМ Aj и ППТ ( A j ) j ± А ( A j ) ]
, взятых из рис. 1а.
В состав ЭМСЕ Bj входят детали
,(Bj)5 ,<вр6 ,
которые разрабатывались отдельно, а за-
тем компоновались в сборочную единицу
Bj в рамках единого файла. Роль осей
(Hl)Ai и (H2)Ai в сборочной единице
В: выполняют оси (К1)В: и (К2)в , а
J J j
расстояние между которыми представле-
но параметризованным КПТ
(Bj)] ± A(Bj)] . Здесь КПТ
(Bj)] ± A(Bj)] представляет собой сбо-
рочную РЦ, звеньями которой являются
подетальные параметризованные КПТ,
входящие в состав деталей
(Bj)2 ,(Bj)3 ,(Bj)4 и (Bj)6 .
Как следует из рис. 2а, между раз-
мерами (Bj)] ± A(Bj)( и ППТ
(Aj)] ± А (A j ) ] отсутствует пря-
мая связь. Для того, чтобы обеспечить
процедуру верификации необходимо об-
ратиться к ЭМИП и получить из неё дан-
ные по ППТ (Aj), ± А (A j ) ] , вы-
полнив при этом ряд неформализованных
процедур.
На рис. 26 показана ЭМСЕ Bj, по-
лученная на этапе разработки КД по ис-
ходным данным, заданным ЭМПМ Aj и
ТППТ
<(Ml)Aj;(A;)1;(Ai)] ± А(А|),;((M2)Ai >.
Здесь БТ (Ml)Ai и (M2)Ai автома-
тически становятся принадлежностью
ЭМИК, а ТППТ
<(М1)А|;(А;)1;(А|)1 ± А(А,),; ((M2)Ai >,
заключённый между ними, становится
как бы моделью распределения про-
странства для множества КПТ, которые, в
совокупности должны замыкаться на
проекции (((М1)А;)Хл. и ((М2)А;)Хд. )
БТ (Ml)Ai и (M2)Ai на соответствую-
щую ось координат.
Как видно из рис. 2в, между разме-
рами (Bj)j ± A(Bj)| и
(Aj)] ± A (A j)] появляется пря-
мая связь. Однако, чтобы перейти к вы-
полнению процедуры верификации,
необходимо сначала подтвердить, что па-
раметризованный ПКТ (Bj)] ± A(Bj),
действительно соответствует тому значе-
нию, которое указано для него для ЭМСЕ
Bj
Процесс структурного и параметри-
ческого синтеза параметризованных
ПКТ, входящих в качестве звеньев в сбо-
рочную РЦ, образованную ПКТ
(Bj)( ± A(Bj )i , в настоящей работе не
рассматривается. Он представляет собой
ряд неформальных процедур, которые
151
выполняются вручную. Но, при этом,
процесс структурного и параметрическо-
го синтеза звеньев РЦ и их значений про-
исходит в интерактивном режиме на
экране компьютера с прямым доступом к
CAD-информации, заложенной в ЭМСЕ
BJ
На рис. 2в показаны результаты
структурного синтеза множества пара-
метризованных КПТ, которые входят в
состав размерных баз деталей
(Bj)2 ,(Bj)3 ,(Bj)4 и (Bj)6 , и, в сово-
купности, образуют сборочную РЦ
(Bj), ± A(Bj), , представленную пара-
метризованными КПТ (Bj)2, (Врз,
(Bj)’ и (В])'.
На рис. 2г показан параметрический
синтез множества параметризованных
ПКТ, значения которых определяются из
размерной базы соответствующих дета-
лей (Bj)2 ,(Bj)3 ,(Bj)4 и (Bj)6 .
Как следует из рис. 2г, в результате
параметрического синтеза мы получим
следующее множество параметризован-
ных КПТ: ( В j) 2 ± А ( В j) '2 ;
(Bj)i ± A(Bj)i; (Bj)’ ± A(Bj)’;
(Bj)' ± A(Bj)'.
Данное множество КПТ замыкается
на БТ (Ml)Ai и (M2)Ai и образует кор-
теж
< (Ml)Ai;(((Bj)2 ± Д(вр!,) + ((В^ ± Д(врЦ +
+ ((Bj)!, ± A(Bj)') + ((Bj)’ ± A(Bj)’ ));((M2)Ai >•
Значение множества параметризо-
ванных КПТ, включённых в данный кор-
теж, должно соответствовать значению
ПКТ (Bj), ± Д(В|),.
Процедура верификации должна
подтвердить соответствие значений,
представленных кортежами
<(М1)Л, ;(((В;)'2 ± Д(Вj),) + ((Вj), ± A(Bj)1,) +
+ ((Bj)!, ± A(Bj)!,) + ((Bj)J, ± A(Bj)’,));((M2)Ai >
И
<(Ml)Ai;(AJ1;(Ai)1 ± Д(АД ;((M2)Ai >,
ДРУГ другу.
Здесь под соответствием будет по-
ниматься выполнение следующих усло-
вий:
-«(Aj)] » = «(Bj)^ +(Bj)3 +(Bj)!, + (Bj)},»;
<< + A(Aj)] » < «
(+A(Bj)l,) + (+A(Bj)i) + (+A(Bj)!,) + (+ A(B j )J,)»;
« + A(Aj)| » < «
(- A(Bj)^) + (-A(Bj)b + (-A(Bj)!,) + (- A(Bj)!,) »
4 Компьютерная визуализация
метода контроля над точностью изде-
лия
Обращаясь к процедуре верифика-
ции КД на соответствие требованиям ТЗ,
сложно рассчитывать на полноту анализа,
поочерёдно обращаясь непосредственно к
ЭМИП и ЭМИК, поскольку мощность
множества размеров, определяющих точ-
ность изделия в ЭМИП, может иметь
второй и более порядки, а мощность
множества размеров, определяющих точ-
ность изделия в ЭМИК, - третий и более
порядки.
Данные проблемы предлагается
разрешить с помощью создания матрицы
точности, которая представляет собой
таблицу, состоящую из трёх разделов и
ограниченного множества строк.
Левый и правый разделы содержат в
себе информацию по точности изделия на
этапах разработки ТЗ и КД, а средний
раздел содержит информацию о резуль-
татах процедуры верификации КД на со-
ответствие требованиям ТЗ по точности
изделия.
Каждая строка матрицы точности
включает в себя информацию по одному
ТППТ и множеству КПТ, которые распо-
лагаются в ЭМИП и ЭМИК между соот-
ветствующими двумя БТ, являющимися
общими для обеих моделей.
Число столбцов в среднем разделе
может быть разным, в зависимости от
формы представления результатов вери-
фикации. В простейшем случае раздел
может иметь один столбец, в котором ре-
зультат верификации может быть пред-
ставлен качественно в виде оценки типа
«да-нет».
На этапе разработки ТЗ заполняется
левый раздел матрицы точности.
152
Заполнение раздела должно прово-
диться представителями проектного от-
дела, которые являются авторами требо-
ваний по точности изделия. Процедура
заполнения матрицы точности проводит-
ся индивидуально путём введения кон-
кретным исполнителем (коллективом ис-
полнителей) в отдельную строку соответ-
ствующей информации по каждому
ТППТ с последующим подтверждением
завершения операции электронной под-
писью. Число строк в матрице точности
должно соответствовать числу ТППТ,
приведенных в ЭМИП.
Порядок заполнения матрицы мо-
жет быть различным. Важно, чтобы каж-
дый ТППТ, представленный в ЭМИП,
нашёл своё отображение в левом разделе
матрицы точности. Факт полного запол-
нения матрицы точности на этапе ТЗ
также должен обязательно подтверждать-
ся электронной подписью.
Заполнение правого раздела матри-
цы точности может выполняться либо по
мере разработки КД, либо после её за-
вершения. Процесс заполнения матрицы
точности на этапе разработки КД анало-
гичен процессу её заполнения на этапе
разработки ТЗ и также должен обязатель-
но подтверждаться соответствующими
электронными подписями.
Будет считаться, что заданная точ-
ность конструкции изделия на этапе раз-
работки КД обеспечивается, если мера
точности каждой сборочной РЦ из право-
го раздела матрицы точности соответ-
ствует требованиям соответствующего
ТППТ из левого раздела. Если хотя бы
для одного из ТППТ требования по точ-
ности не соответствуют своему заданно-
му значению, то точность изделия не
обеспечивается.
На рис. 4 показан один из возмож-
ных вариантов структуры матрицы точ-
ности и показан пример её заполнения
для ТППТ
<(М1)а!;(аГ)1;(А!), ± A(Aj;((M2)Ai >.
Здесь необходимо отметить, что
при заполнении матрицы точности мож-
но использовать CAD-информацию из
ЭМПМ Aj и ЭМСЕ Bj, выделив инфор-
мацию, представленную на рис. 16 и
рис. 2в, рис. 2г, в виде отдельных слай-
дов.
Выводы и рекомендации
Предлагаемый метод контроля над
точностью изделия на этапе разработки
КД не требует доработки используемых
САПР и не требует адаптации к нему су-
ществующей методологии РА.
При проведении верификации ме-
тод обеспечивает контроль каждого
ТППТ из матрицы точности и может
быть использован на практике при усло-
вии разработки метода постпараметри-
зации (введение БТ и присвоение инди-
видуальных имён для каждого ТППТ),
при помощи которого должна быть обес-
печена подготовка и формализация ин-
формации, связанной с оформлением
матрицы точности.
Матрица точности позволяет про-
водить контроль точности (в том числе -
аудиторский) путем проведения верифи-
кации точности вручную или (при мини-
мальной адаптации аппарата расчёта РЦ)
с использованием компьютерной техни-
ки.
К недостаткам необходимо отнести
тот факт, что метод обеспечивает только
контроль над выполнением требований
по точности изделия на этапе разработки
КД, но в процесс разработки КД не даёт
подсказки в том случае, когда по каким-
либо причинам происходит отступление
от заданных в ТЗ требований по точности
изделия.
Библиографический список:
1 Выписка из протокола заседания
Военно-промышленной комиссии при
Правительстве Российской Федерации
№6 от 31 июля 2013 г. Москва. О разра-
ботке и внедрении информационных тех-
нологий в оборонно-промышленном
комплексе. [Текст].
2. Шехонин, А. А. Методология
проектирования оптических приборов :
учеб, пособие [Текст] / А. А. Шехонин.
В. М. Домненко. О. А. Гаврилина. [Текст]
- СПб. : Изд-во СПбГУ ИТМО, 2006. -
91 с.
3. ГОСТ ISO 9000 - 2011. Системы
менеджмента качества. Основные поло-
153
жения и словарь: Межгосударственный
стандарт [Текст]. - Москва: Стандартан-
форм, 2012.
4. ГОСТ 2.051-2006. Электронные
документы. Общие положения [Текст]. -
Москва: Стандартинформ, 2011.
5. ГОСТ 2.052-2006. Электронная
модель изделия. Общие положения
[Текст]. - Москва: Стандартинформ,
2011.
6. ГОСТ 2.053-2006. Электронная
структура изделия. Общие положения
[Текст]. - Москва: Стандартинформ, 2007
7. Комарова Л.А., Филатов А.Н.
Применение технологии нисходящего
проетирования, основанной на решениях
Windchill PDM Link и САПР
Pro/ENGENEER, для разработки изделий
ракетно-космической техники. [Текст] И
Известия Самарского научного центра
Российской академии наук. 2011, т. 13,
№1 (2), с.297-303.
8. Филатов А.Н., Стерликов К.В.,
Микушкина С.М. Технология нисходя-
щего проетирования изделий РКТ, осно-
ванная на решениях компании РТС.
[Текст] // Автоматизация проектирова-
ния. 2013, №2. с. 46-51.
9. Филатов А.Н., Никашина И.В.,
Комаров В.А. Электронный технический
документооборот конструкторской доку-
ментации как основа единого информа-
ционного пространства предприятия
аэрокосмической отрасли. [Текст] // Из-
вестия Самарского научного центра Рос-
сийской академии наук. т. 15, №6 (4),
2013, с.998-1003.
10. ОСТ 92-0290-73. Номенклатура
таблиц, расчётов, ИЭ и прочих докумен-
тов. [Текст]
11. ГОСТ 2.102-68. Виды и ком-
плектность конструкторских документов
[Текст]. - Москва: Стандартинформ,
2007.
12. РД 50-635-87. Цепи размерные.
Основные понятия. Методы расчёта ли-
нейных и угловых цепей. Методические
указания [Текст] - Москва: Изд-во стан-
дартов, 1987.
13. Шабалин, А.В. Конфигурацион-
ные пространства для оценки собираемо-
сти изделий машиностроения с простран-
ственными допустимыми отклонениями
[Текст] : автореф. дис. ... канд. тех. наук/
А.В. Шабалин. - Иркутск, 2011.
14. Гаер, М.А. Разработка и иссле-
дование геометрических моделей про-
странственных допусков сборок с ис-
пользованием кватернионов [Текст] : ав-
тореф. дис. на соиск. учен. степ, к.т.н.:
спец. 05.02.08 / М.А. Гаер .- Иркутск:
2005,- 18 с
15. Калашников, А.С. Система ав-
томатизированного проектирования и
размерного анализа сборок с простран-
ственными допусками [Текст] : автореф.
дис. ... канд. тех. Наук / А.С. Калашни-
ков. - Иркутск, - 2008
16. Яценко, О.В. Интервальный
анализ собираемости деталей с допуска-
ми при автоматизированном проектиро-
вании [Текст] : автореф. дис. ... канд. тех.
наук / Яценко, О.В. город Иркутск, - 2000
17. Исаев, С.В. Методика оценки
линейной модели пространственной раз-
мерной цепи для обеспечения взаимоза-
меняемости объектов производства при
сборке [Текст] : автореф. дис. ... канд.
тех. наук / С.В. Исаев. - Москва - 2007
18. ГОСТ 21778-81. Система обес-
печения точности геометрических пара-
метров в строительстве. Основные поло-
жения [Текст]. - Москва: Издательство
стандартов, 1989.
154
PROVISION OF MONITORING THE SPECIFIED ACCURACY OF SPACE COMPLEX
PRODUCTS AT THE PHASE OF DESIGN DOCUMENTATION DEVELOPMENT
©2015 V.D. Elenev1, Ju.P. Shuplyak2
'Korolev State Aerospace University of Samara (National Research University), Samara
2JSC SRC Progress, Samara
Abstract: The article deals with the problem of monitoring the specified accuracy of space complex products
at the phase of design documentation development.
Accuracy of the product at the phase of design documentation development is seen as a system characteristic
which covers a set of isolated requirements regarding the product accuracy specified at the phase of statement of
work development.
The concept of specified accuracy monitoring is based on the idea of a standard design accuracy parameter
which is used to fix the entire variety of isolated accuracy requirements specified for a product by the statement of
work. All the product accuracy requirements set and implemented at the phase of design documentation develop-
ment are reduced to an initial set of standard design accuracy parameters specified in the statement of work to con-
firm (or not confirm) that they correspond to each other.
Keywords: Accuracy, dimensional analysis, dimension chain calculation, verification, electronic product
model, standard design accuracy parameter, metric space
Информация об авторах:
Еленев Валерий Дмитриевич, д.т.н., профессор, профессор кафедры ЛА, директор
института авиационной техники, СГАУ, Россия, 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34,
т. 267-43-25, E-mail: astra(aissau.ru.
Область научных интересов: автоматизация проектирования ЛА.
Шупляк Юрий Петрович, ведущий инженер-конструктор АО «РКЦ «Прогресс»,
443011, г. Самара, ул. Советской Армии, д. 200А, кв. 79, т. 192-37 (служебный), 926-25-09
(домашний). Область научных интересов: инженерный анализ механического взаимодей-
ствия составных частей космических комплексов.
Elenev, Valerii Dmitrievich, Dr. Sci. Tech., Prof, of aerospace vehicle department, head
of Aircraft Institute, Korolev State aerospace university of Samara, Russia, 443086, Samara,
Moskovskoe shosse, 34, teL. 267-43-25, E-mail: astra6zissau.ru.
Scientific area: automation of aerospace vehicle designing.
Shuplyak, Jurii Petrovich, senior design-engineer, JSC «SRC «Progress», 443011,
Samara, uL Sovetskoi Armii, 200A - 79, tel. 192-37 (office), 926-25-09 (home).
Scientific area: reverse engineering of mechanical interaction of space complex compo-
nents.
155
УДК 004.9
ОСОБЕННОСТИ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ КОНСТРУКТОРСКОЙ
ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА В ЕДИНОМ ИНФОРМАЦИОННОМ
ПРОСТРАНСТВЕ ПРЕДПРИЯТИЯ
©2015 И.В. Никашина, Е.В. Головченко, С.М. Микушкина, А.Н. Филатов
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассмотрены вопросы электронного технического документооборота конструкторской документации,
а также проанализирована возможность предоставления данной документации в виде аннотированных 3D-
моделей. Приведены особенности информационной поддержки конструкторской подготовки производства в
едином информационном пространстве предприятия.
Ключевые слова: Единое информационное пространство (ЕИП), конструкторская подготовка про-
изводства (КПП), жизненный цикл (ЖЦ), электронная структура изделия (ЭСИ), аннотированная 3D-
моделъ, электронный технический документооборот
В современном мире невозможно
представить себе разработку новой ра-
кетно-космической техники без примене-
ния инновационных подходов к проекти-
рованию и современных технических
средств. В соответствии с концепцией
развития информационных технологий в
промышленно-оборонном комплексе на
сегодняшний день перед предприятием
стоят сложные научно-технические и ор-
ганизационные задачи, такие как сокра-
щение сроков проектно-конструкторских
работ, постоянное совершенствование
уровня проектирования и постоянная ин-
формационная поддержка КПП. Целью
применения всех выше перечисленных
мероприятий является выпуск пакета ра-
бочей документации на изготовление из-
делия с минимальным количеством из-
вещений об изменении.
В АО «РКЦ «Прогресс» основопо-
лагающая идея информационной под-
держки изделия РКТ на стадии КПП ос-
нована на решениях таких программных
продуктов, как Windchill PDMLink и
САПР Creo Elements, которая представ-
ляет собой:
• создание электронной конструк-
торской структуры изделия (ЭСИ) нас
основе;
• разработка конструкторской до-
кументации в виде аннотированных 3D
моделей Creo Elements;
• информационное сопровождение
и поддержка всего выше перечисленного;
Основной единицей хранения дан-
ных об изделии является электронная
структура изделия (ЭСИ), которая опре-
деляет совокупность составных частей
изделия и связей между ними, определя-
ющих входимость этих составных частей.
Из общей структуры изделия можно пе-
рейти к каждому конкретному узлу или
агрегату, открыть его графическое пред-
ставление, просмотреть основные атри-
буты и получить полную информацию об
объекте
Структура изделия позволяет:
• Генерировать спецификацию из-
делия;
• Поддерживать актуальность дан-
ных об изделии;
• Отслеживать проводимые изме-
нения;
• Управлять конфигурациями из-
делия.
Из правильно сформированной
структуры изделия (у которой правильно
заданы все атрибуты), спецификация на
изделие формируется нажатием одной
кнопки с помощью генератора специфи-
каций.
Ядром электронного технического
документооборота является электронный
технический документ.
ЭТД - это конструкторский доку-
мент, выполненный в электронной форме
как структурированный набор данных,
создаваем ых программ но-техн ически м
средством. ЭТД состоит из реквизитной и
156
содержательной части. Содержательная
часть документа может быть в виде тек-
стового документа, 2О-чертежа или
ЗО-модели, которая может полноценно
заменить 20-чертеж.
Аннотированная трехмерная модель
ДСЕ содержит в себе всю информацию
об изделии. Такая модель даёт полное и
наглядное представление о геометрии,
размерах, технических требованиях изде-
лия и становится ядром жизненного и
производственного цикла изделия.
Создание аннотированных 3D мо-
делей позволяют уменьшить количество
ошибок при проектировании и конструи-
ровании, сократить время производ-
ственного цикла изделия, улучшить кон-
троль изменений конструкторской и тех-
нологической документации, тем самым
повысить качество и сроки выпуска изде-
лия.
Конечным результатом конструк-
торской интеллектуальной деятельности
является аннотированные ЗО-модели и
ЭСИ, которые после выгрузки на сервер
согласовываются со всеми необходимы-
ми службами предприятия и приобретают
статус «Выпущено». Согласование КД в
электронном виде проводится с помощью
бизнес-процессов.
В данный момент на предприятии
АО РКЦ Прогресс существуют следую-
щие БП:
• Предварительное согласование
КД;
• Предварительная проработка на
технологичность КД;
• Согласование и запуск КД;
• Изменение КД;
• ПИ/ДПИКД;
• Запуск и изменение КД смежни-
ков;
• Листок запуска
Основными и наиболее ожидаемы-
ми положительными результатами от
внедрения электронного документообо-
рота на стадии КПП являются:
• существенное сокращение сро-
ков разработки конструкторской и всей
сопутствующей документации с мини-
мальным количеством извещений об из-
менении (разработка изделия «с первого
захода»);
• коллективная работа проектно-
конструкторских подразделений пред-
приятия над проектами с разграничением
прав доступа к его составным частям;
• надежное хранение и быстрый
поиск информации в электронных архи-
вах;
• максимальное использование в
новых разработках отработанных и про-
веренных технических решений, храня-
щихся в базе данных (БД);
• исключение ошибок за счет
устранения нескольких источников хра-
нения одной и той же информации раз-
ных версий;
• быстрый и качественный выпуск
на рынок изделия, соответствующего
требованиям стандартов;
Исходя из сказанного выше выде-
лим особенности информационной под-
держки КПП в ЕИП предприятия:
• стадийность проработки с воз-
можностью организации параллельной
работы задействованных подразделений
предприятия над изделием;
• возможность осуществления
контроля над потоком информации в
рамках проекта изделия;
• возможность проектирования из-
делия по методике нисходящего проек-
тирования с безбумажным документо-
оборотом.
В заключении следует отметить, что
основными этапами разработки рабочей
документации является проектирование
трёхмерной модели, а также создание ан-
нотированных комбинированных видов,
которые содержат всю необходимую ин-
формацию о модели. Т.о. аннотирован-
ные ЗО-модели совместно с электронным
техническим документооборотом, стано-
вятся ядром жизненного и производ-
ственного цикла изделия.
Библиографический список:
1. Никашина И.В., Филатов А.Н.,
Комаров В.А. автоматизированное
управление конструкторскими данными в
едином информационном пространстве
предприятия // Материалылы междуна-
157
родной научно-технической конференции
ПИТ-2015, Самара, СГАУ, 2015 - т.1,
с.21-29.
2. Никашина И.В., Филатов А.Н.,
Микушкина С.М., Рогова Т.С. Электрон-
ный технический документооборот кон-
структорской документации как основа
единого информационного пространства
ОАО «РКЦ «Прогресс» // Мат-лы XX
Научно-технической конференции моло-
дых ученых и специалистов, г. Москва,
ОАО РКК «Энергия» имени С.П. Короле-
ва, 2014г.-с.627-629.
3. Никашина И.В., Филатов А.Н.,
Микушкина С.М. Электронный техниче-
ский документооборот конструкторской
документации // Мат-лы научно-
технической конференции «Перспектив-
ные информационные технологии 2013»,
Самара, СГАУ, 2013 - с. 132-136.
FEATURES OF PREPRODUCTION ENGINEERING INFORMATION
SUPPORT IN ENTERPRISE COMMON INFORMATION SPACE
©2015 I.V. Nikashina, E.V. Golovchenko, C.M. Mikushkina, A.N. Filatov
JSC «SRC «Progress», Samara
The issues of electronic engineering document management are considered in the paper. Possibility of these
documents distribution in a form of annotated 3D-models is analyzed as well. Information support features of pre-
production engineering in the enterprise common information space are also given in the paper.
Key words: Common information space, preproduction engineering, life cycle, product electronic structure,
annotated 3D-model, electronic engineering document management.
Информация об авторах:
Никашина Ирина Викторовна, инженер-программист 1 категории АО «РКЦ
«Прогресс», аспирант кафедры КиПЛА, СГАУ, Россия, г. Самара, ул. Земеца 18 , т.
276-11 -73, nikashina.irinafemail.ru.
Область научных интересов: информационная поддержка изделия РКТ, электронный
технический документооборот.
Головченко Елена Викторовна, инженер-конструктор 3 категории АО «РКЦ «Про-
гресс», Россия, г. Самара, ул. Земеца 18 , т. 276-11-73.
Область научных интересов: информационная поддержка изделия, ЗС-модели-
рование.
Микушкина Светлана Михайловна, начальник отдела САПР АО «РКЦ
«Прогресс» Россия, г. Самара, ул. Земеца 18, т. 228-96-11.
Область научных интересов: формирование единого информационного пространства
предприятия, методология создания РКТ на основе САПР и PLM.
Филатов Александр Николаевич: начальник управления ИТ АО «РКЦ «Прогресс»,
к.т.н., Россия, г. Самара, ул. Земеца 18, dOO88(kt),samspace.ru.
Область научных интересов: формирование единого информационного пространства
предприятия, методология создания РКТ на основе САПР и PLM.
Irina V. Nikashina, Programming Engineer of JSC SRC Progress, Post-Graduate Student
of Aircraft Engineering Faculty of SSAU, 18 ul. Zemetsa, Samara, Russia, ph. 276-11-73,
nikashina.irina(t/jmail.ru.
Sphere of scientific interest: space-rocket hardware information support, electronic docu-
ment management.
Elena V. Golovchenko, Design Engineer of JSC SRC Progress, 18 ul. Zemetsa, Samara,
Russia, ph. 276-11-73.
Sphere of scientific interest: product information support, 3D modeling.
158
Svetlana M. Mikushkina, Head of CAD Department of JSC SRC Progress, 18 ul.
Zemetsa, Samara, Russia, ph. 228-96-11.
Sphere of scientific interest: company common information space organizing, methodolo-
gy of space-rocket hardware production on the basis of CAD and PLM systems.
Aleksandr N. Filatov, Head of IT Division of JSC SRC Progress, Candidate of Engineer-
ing, 18 ul. Zemetsa, Samara, Russia, dOO88fesamspace.ru.
Sphere of scientific interest: company common information space organizing, methodolo-
gy of space-rocket hardware production on the basis of CAD and PLM systems.
159
УДК 537.86
ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДВУХЗАХОДНОЙ
КОНИЧЕСКОЙ ЛОГОСПИРАЛЬНОЙ АНТЕННЫ НА ОСНОВЕ
ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
©2015 Д.П.Табаков1, С.Б. Филиппов2, А.С.Мальцев2
1 Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, г.Самара
2АО «РКЦ «Прогресс», г.Самара
Статья посвящена построению математической модели двухзаходной конической логоспиральной ан-
тенны для различных частотных диапазонов радиотехнических систем космических аппаратов. Построение
математической модели осуществляется на основе интегральных представлений электромагнитного поля и
служит для определения электродинамических характеристик антенн с изменяемой геометрией. Рассмотрен
вопрос оптимизации между размерами антенны и необходимой диаграммой направленности в дециметро-
вом и сантиметровом диапазонах волн. Разработан алгоритм программы расчета двухзаходной конической
логоспиральной антенны. Приведены результаты численного моделирования.
Ключевые слова: математическая модель, коническая логоспиральная антенна, интегральное пред-
ставление электромагнитного поля, электродинамические характеристики, диаграмма направленности
Введение
Одной из важных задач при разра-
ботке радиотехнических систем кос-
мических аппаратов (РТС КА) является
построение надежных радио каналов,
обеспечивающих устойчивую связь изде-
лия с наземными станциями, которая за-
висит как от надежности работы аппара-
туры с учетом всех условий сопутству-
ющих полету, так и от диаграмм направ-
ленности антенных устройств, установ-
ленных на КА. Характер диаграмм
направленности (ДН) определяется про-
граммой полета и особенностью кон-
струкций КА. В современных спутнико-
вых системах связи и навигации широко
применяются конические спиральные ан-
тенны. При проектировании конических
спиральных антенн зачастую использует-
ся принцип электродинамического подо-
бия. Этот принцип устанавливает иден-
тичность ДН и входных сопротивлений
двух различных антенн без потерь на ча-
стотах и f2 , если форма этих антенн
одинакова. Такие антенны с одинаковы-
ми размерами в длинах волн называют
электродинамически подобными [1]. Од-
нако использование конических спираль-
ных антенн, устанавливаемых на КА,
определенных частотных диапазонов ча-
сто встречает затруднения, связанные с
различными ограничениями, такими как
размеры и конфигурации самого аппара-
та, зонами полезного груза, компоновкой
научной и целевой аппаратуры, невоз-
можностью применения раскрывающих-
ся устройств и т.д. Например, для диапа-
зона рабочих частот менее 500 МГц габа-
ритные размеры спиральных антенн по-
лучаются значительно большими, что де-
лает невозможным применение их на ма-
лых космических аппаратах, а для рабо-
чих частот выше 7 ГГц габаритные раз-
меры получаются настолько малыми, что
в значительной мере усложняется техно-
логия их изготовления.
Настоящая работа посвящена по-
строению математической модели и раз-
работке алгоритма расчета двухзаходной
конической логоспиральной антенны с
изменяемой геометрией. В рамках моде-
ли можно изменять такие характеристики
антенны как, рабочая частота, размер
экрана, радиус вершины конуса, радиус
основания конуса, высота конуса, высота
подъема конуса над экраном, число вит-
ков спирали, угловую ширину захода
спирали, волновое сопротивление фиде-
ра, тип возбуждения (синфазный либо
противофазный).
Выходными параметрами, опреде-
ляемыми с помощью программы, явля-
ются такие характеристики антенны, как
160
нормированная амплитудная диаграмма
направленности (ДН) в азимутальной
плоскости, нормированная амплитудная
диаграмма направленности в меридиан-
ной плоскости, входное сопротивление
антенны, волновое сопротивление согла-
сующего трансформатора, развертка вит-
ка спирали антенны.
Метод интегрального представления
электромагнитного поля
Интегральное представление элек-
тромагнитного поля связывает поле в
точке наблюдения с токами в заданном
объеме или на поверхности. В случае, ко-
гда точки наблюдения находятся на по-
верхности или в излучающем объеме, ис-
Здесь
— А — р
(Л FsE,H
u ll
(2)
пользуя соответствующие граничные
условия из интегрального представления
поля можно получить интегральное урав-
нение (ИУ) или систему интегральных
уравнений для определения неизвестных
токов.
Среди наиболее ранних работ, ис-
пользующих интегральные уравнения для
электродинамического анализа антенн,
можно отметить [2]. В [3] приводится до-
статочно подробный обзор применения
ИУ к электродинамическому анализу
спиральных антенн.
В основе алгоритма расчета кониче-
ской спиральной антенны лежат дискре-
тизированные представления электро-
магнитного поля [4]:
.7,Fse,h (о
I I /
- поле, создаваемое в точке с радиус маной (рис. 1а), описывающей тонкий
вектором г А;-тым сегментом /-той ло- проводник радиуса G.
а) б)
Рис. 1 - линеаризация образующей тонкопроволочной структуры (а) и
геометрия модели двухзаходной конической спиральной антенны (б).
161
Под сегментом S г- понимается со-
’ I
вокупность параметров: а- радиус сег-
мента; А , - длина сегмента, / Oi- д. -
единичный радиус вектор на сегменте;
. *
I i - полный ток на сегменте; г,-
’ i ’ i
радиус вектор, проведенный в центр сег-
мента; г;- - совокупность узлов лома-
’ i
При постановке граничного условия
/о(е(/п) + е) = О (3)
в центрах каждого сегмента
интегральные представления переходят в
систему линейных алгебраических
уравнений относительно неизвесных
амплитуд I j к :
ной.
j = к j = sj.
(4)
Р аа .
Вид функций К а и Е 1 приве-
i ai
ден в [4]. Поле Е создается генерато-
рами ЭДС, питающими антенну, поле Е
создается токами на антенне.
2. Алгоритм работы программы
Программа расчета реализована в
СКМ wxMaxima 12.04.x.
Для создания геометрии двухзаход-
ной конической спиральной антенны
требуемой конфигурации в программе
необходимо ввести исходные данные со-
держащие настройки параметров расчета
и геометрические параметры антенны.
Настройки параметров расчета
(%ill7)
радиус построения ДН, м */
число точек расчета ДН */
азимут меридианной ДН, град */
частота, МГц */
относит, диэл. проницаемость *
относит, магн. проницаемость *
ЭДС генератора, В */
волновое сопр. фидера, Ом */
rad:300$
ndn:200$
phio:0$
Freq:435$
ep_r:1$
mu_r:1$
Ug:4$
Wf:50$
Рис. 2 - Ввод настроек параметров расчета
162
Геометрические параметры антенны
7 (%1144) / *радиус вершины спирали, мм*/ Rmin:35$
/ *радиус основания спирали, мм*/ Rmax:105$
/ ♦размер рефлектора, мм*/ Dref:300$
/ ♦высота антенны, мм*/ Hant:350$
/ ♦высота подъема спирали, мм*/ hspr:5$
/ ♦угловая ширина ветви, град*/ d:90$
/ ♦число витков спирали*/ Nl:1.0$
/ ♦ширина зазора с генератором, мм*/ dg:30.0$
/ ♦число сегментов спирали*/ Ne:70$
/ ♦п.ч.с. возб.вибратора.*/ Ng: 2$
/ ♦порядок сетки экрана*/ Nw: 6$
/ ♦п.ч.с. проводников экрана*/ Ks:4$
/ ♦п.ч.с. общего проводника*/ Kc:4$
/ ♦число , дополнений к образующей*/ Ns:l$
/ ♦радиус тонких проводников, мм*/ rd:0.2$
Рисунок 3 - Ввод геометрических параметров расчета
Далее выполняется расчет и визу-
альный контроль геометрии конической
спиральной антенны (рис. 4а).
Рис. 4 - геометрия модели спиральной антенны (а) и экспериментальный образец конической
логоспиральной антенны (б).
После проведения контроля геомет-
рии конической спиральной антенны вы-
полняется расчет ДН (рис.5) в азимуталь-
ной и меридиональной плоскостях в ре-
жиме синфазногоили противофазного
возбуждения.
163
VvIRE-SOLVER V.1.0
автор: Табаков Д.П.
число сегментов: ........... 511
расчет матриц: ............. 100 %
сремя расчета матрищ :...... 530.00 мс
Решение СЛАУ: ............. 100 %
время решения СЛАУ: ....... 28130.00 мс
расчет диаграмм направленности
Меридианная ДН: .............. 100 %
Азимутальная ДН: ............. 100 %
• -Ж. . МХХ»*МЖ<ЖЛ.« «ХХХХХХХХХХ.
Входное сопротивление, Ом
Активная часть: ................ 97.18
Реактивная часть: ........... -733.6
общее время расчета: ....... 60.07 с
выполнено
Рис. 5 - расчет ДН в азимутальной и меридиональной плоскостях в режиме синфазного или противофазного
возбуждения
Результат расчета и построения ДН в азимутальной и меридиональной плоскостях пред-
а) б)
Рис. 6 - ДН конической спиральной антенны в азимутальной плоскости (а),
ДН конической спиральной антенны в меридиональной плоскости (б).
Последним этапом работы про-
граммы является расчет и отображение
развертки витка спирали (рис. 7), кото-
рый далее используется при изготовле-
нии экспериментального образца двухза-
ходной конической спиральной антенны
(рис 46).
164
Результаты численного модели-
рования
Геометрия исследуемой модели и
экспериментальный образец конической
логоспиральной антенны представлены
на рис. 4. Исследования проводились на
частоте 435 МГц, при этом антенна имела
следующие параметры:
- Диаметр вершины конуса: 70 мм;
- Диаметр основания конуса: 210
мм;
- Высота конуса: 350 мм;
- Диаметр экрана: 300 мм;
- Количество витков: 1;
- Поляризация: правая круговая;
- Тип запитки: противофазная.
Графическое сравнение расчетной и
экспериментальной ДН в меридианной
плоскости представлено на рис. 8.
конической спиральной антенны. (1-теория, 2-эксперимент)
165
Заключение
Данная модель легла в основу раз-
работки конструкции антенны передаю-
щего канала бортовой системы контроля
и управления малого космического аппа-
рата «Аист-2Д». В целом наблюдается
достаточно хорошее совпадение резуль-
татов эксперимента с результатами рас-
чета.
Из недостатков математической мо-
дели отметим следующее: увеличение
густоты сетки рефлектора приводит к
квадратичному увеличению размерности
матрицы импедансов. При решении
СЛАУ прямыми методами, наиболее
устойчивыми к вычислительной погреш-
ности (использовался метод вращений
Гивенса), крах решения наступает, когда
размер матрицы составляет 700x700 эле-
ментов при условии использования чисел
с плавающей точкой двойной точности.
Уменьшение же густоты сетки рефлекто-
ра приводит к неточному расчету уровня
обратного лепестка нормированной диа-
граммы направленности.
В связи с этим в дальнейшем пла-
нируется переход к сплошной модели
экрана на основе двумерных интеграль-
ных уравнений [5].
Библиографический список:
[1] Жук М.С., Молочков Ю.Б.
Проектирование линзовых, сканирующих,
широкодиапазонных антенн и фидерных
устройств. - М., «Энергия», 1973.
С. 182-188.
[2] Mei К.К. On the integral Equations
of Thin Wire Antennas // IEEE Trans, on Ant.
and Prop. AP-13. - 1965 pp.374-378
[3] Adekola S., Mowete A., Ayorinde A.,
Compact Theory of the Broadband Elliptical
Helical Antenna, European Journal of
Scientific Researsh, ISSN 1450-216X Vol.31
No.3 (2009), pp.446-490.
[4] Неганов B.A., Табаков Д.П.,
Филиппов С.Б., Мальцев А.С.
Теоретическое и экспериментальное
исследование двухзаходной конической
равноугольной логопиральной антенны
малого космического аппарата «Аист-2»,
«Радиотехника», 2015г., №2.
[5] Клюев Д.С. Расчет характеристик
зеркальной антенны с плоским зеркалом
методом двумерных сингулярных
интегральных уравнений - Физика
волновых процессов и радиотехнические
системы - 2010. - Т. 13 - 1 - С.21 -26.
MATHEMATICAL MODEL OF THE CONICAL BIFILAR HELICAL
ANTENNA ON THE BASIS OF INTEGRAL REPRESENTATIONS
OF ELECTROMAGNETIC FIELD
©2015 'D.P.Tabakov, 2S.B. Filippov, 2A.S.Maltcev
2JSC SRC «Progress», Samara
The article is devoted to constructing a mathematical model of double-threaded conical spiral antennas for
different frequency ranges of radio systems of spacecraft. Construct a mathematical model is based on integral rep-
resentation of an electromagnetic field and is used to determine the electromagnetic characteristics of the antennas
with variable geometry. The problem of optimization between the size of the antenna and the necessary radiation
pattern in the decimeter and centimeter wavelengths. The algorithm of calculation programs conical bifilar helical
antenna. The results of numerical modeling.
Keywords: mathematical model, tapered logospiralnaya antenna integral representation of electromagnetic
field, electromagnetic characteristics, the radiation pattern
Информация об авторах:
Табаков Дмитрий Петрович, кандидат физ.-мат. наук, доцент кафедры ОКиТ РТС
ФГОБУ ВПО ПГУТИ. Адрес электронной почты: dimatabakovferamblcr.ru.
Область научных интересов: электродинамика СВЧ и оптического диапазона
166
Филиппов Сергей Борисович, 1963 г.р., в 1988 г. окончил Куйбышевский авиаци-
онный институт, начальник проектно-конструкторской группы антенно-фидерных
устройств АО «РКЦ «Прогресс».
Область научных интересов: радиочастотные линии передач, антенны и устройства
СВЧ.
Мальцев Андрей Сергеевич, 1988 г.р., инженер конструктор 2 категории антенно-
фидерных устройств АО «РКЦ «Прогресс».
Область научных интересов: прикладная электродинамика и техника СВЧ в косми-
ческом приборостроении.
167
УДК 629.7.05:004.942
КОМПЛЕКС МЕТОДИК И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ВЕРОЯТНОСТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СУРТ И РКС РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ
©2015 Л.Н. Бельский, Т.Н. Ложкина, Г.П. Лосев, Е.Н. Маханек,
П.Л. Селезнев, С.В. Слепцова, С.Н. Цуканова, В.Л. Якимов
АО «Научно-производственное объединение автоматики
им. академика Н.А. Семихатова», г. Екатеринбург
Описывается комплекс методик и программного обеспечения вероятностного проектирования си-
стемы управления расходом топлива (СУРТ) и расчета кажущейся скорости (РКС) ракет-носителей (PH).
Рассматриваются методики статистической оценки точности выходных параметров системы управления
(СУ), многопараметрической стохастической оптимизации параметров СУ PH и идентификации параметров
модели объекта по результатам летных испытаний и примеры отработки этих методик на полной математи-
ческой модели (ПММ) СУ PH.
Ключевые слова: статистическая оценка выходных параметров, многопараметрическая стохасти-
ческая оптимизация параметров, идентификация параметров модели объекта
В настоящее время в рамках работ
по вероятностному проектированию
СУРТ и РКС PH типа «Союз-2», «Союз-
СТ», «Союз-2» этапа 1в закончена разра-
ботка цифровых технологий решения 3-х
задач проектирования:
- статистическая оценка выходных
параметров СУ PH;
- многопараметрическая стохасти-
ческая оптимизация параметров СУ PH;
- идентификация параметров моде-
ли объекта по результатам летных испы-
таний.
Алгоритмическое и программное
обеспечение используется при проекти-
ровании СУРТ и РКС PH «Союз-2»,
«Союз-СТ» и «Союз-2» этапа 1в, при
подготовке к пускам, и обработке резуль-
татов летных испытаний (ЛИ). Получен-
ные результаты решения столь сложных
в теоретическом и практическом плане
задач достигнуты благодаря ряду инно-
вационных решений в области проекти-
рования СУ PH.
Во-первых, для стохастических ис-
следований, как наиболее гибкий, точный
и простой метод, пригодный для решения
задач любой сложности, был выбран ме-
тод Монте-Карло. Это метод моделиро-
вания случайных величин с целью вы-
числения характеристик их распределе-
ний, а оценка качества управления про-
водится на основе показателя работоспо-
собности системы с использованием уни-
версального подхода, свободного от вы-
бора весовых коэффициентов, запасов
работоспособности по всем выходным
параметрам системы относительно за-
данных технических требований. Кон-
тролируется 563 выходных параметра
всей системы управления PH.
Во-вторых, использовались вероят-
ностные наихудшие режимы по выход-
ным параметрам системы при параметри-
ческой оптимизации по выбору парамет-
ров СУРТ и РКС, а также критерии и
правила максимизации из всех мини-
мальных запасов работоспособности, в
том числе и при идентификации.
В-третьих, в целях повышения эф-
фективности наземной отработки СУ PH
типа «Союз-2» и отработки методики
идентификации параметров жидкостного
PH, был разработан способ введения в
ПММ дополнительных возмущений, ко-
торый позволил провести исследования
по уточнению лобового сопротивления
Сх с учетом введения дополнительного
возмущения коэффициента изменения
продольной силы ДСх.
В целом комплекс способствует
резкому повышению производительности
труда, повышению экономической эф-
фективности разработок PH в силу его
направленности на уменьшение аварий-
168
ности пусков и увеличению массы выво-
димых полезных нагрузок.
Разработанная цифровая технология
стохастической оптимизации позволит
решать широкий круг задач исследования
и проектирования высокоточных систем
управления движущихся объектов.
Библиографический список:
1. Антушев Г.С. Методы парамет-
рического синтеза сложных технических
систем. М.: Наука, 1989.
2. Лосев Г.П., Ложкина Т.Н.,
Маханек Е.Н. Многопараметрическая оп-
тимизация сложных нелинейных неста-
ционарных стохастических систем // Сб.
тезисов. XX Санкт-Петербургская меж-
дународная конференция по интегриро-
ванным навигационным системам, 27-29
мая, 2013. ЦНИИ Электроприбор, 2013, с.
260...261.
3. Андриенко А.Я, Бельский Л.Н,
Заплатин М.И, Лосев Т.П, Маханек Е.Н,
Чадаев А.И. Цифровая система управле-
ния расходованием топлива ракет-
носителей «Союз-2» и «Союз-СТ» // Про-
блемы управления. 2012. № 5. С. 10... 15.
4. Бельский Л.Н., Лосев Г.П.,
Шалимов Л.Н. Многопараметрическая
оптимизация сложных, нелинейных, не-
стационарных стохастических систем по
критерию максимальной вероятности
выполнения технических требований по
показателям качества. Авиакосмическое
приборостроение, №6, 2014г, с.31-36.
5. НИР «Идентификация парамет-
ров жидкостного PH как объекта управ-
ления СУРТ», ТО №315/1047 от
28.11.2013г.
References:
1. Antushev G.S. Metody para-
metricheckogo sinteza slozhnykh tekhnich-
eskikh sistem [Methods of Parametric Syn-
thesis of Complex Technical Systems], M.:
Nauka, 1989.
2. Losev G.P., Lozhkina T.N.,
Makhanek E.N. Multiparametric Optimiza-
tion of Complex Non-linear Non-stationary
Stochastic Systems // Collection of abstracts
of XX St. Petersburg Conference on Inte-
grated Navigation Systems, May 27-29,
2013. TsNII Electropribor, 2013, 260 ... 261
pp.
3. Andrienko A.Y., Belsky L.N.,
Zaplatin M.I., Losev G.P., Makhanek E.H.
Chadaev A.L Numerical Control Fuel Con-
sumption System of "Soyuz-2" and "Soyuz-
ST" Launch Vehicles // Control issues,
2012. №5. 10... 15 pp.
4. Belsky L.N, Losev G.P.,
Shalimov L.N. Multiparametric Optimiza-
tion of Complex Non-linear Non-stationary
Stochastic Systems According to Maximum
Probability of Meeting Technical Require-
ments in Terms of Quality, Aviakosmich-
eskoe priborostroenie, №6, 2014, 31-36 pp.
5. Research "Identification of Parame-
ters of the Fluid LV as a Control Object of
FMS", MS №315/ 1047, 28.11.2013.
COMPLEX OF TECHNIQUES AND SOFTWARE FOR STOCHASTIC
DEVELOPMENT OF FMS AND CAV OF LAUNCH VEHICLE
©2015 L.N. Belsky, T.N. Lozhkina, G.P. Losev, E.N. Makhanek,
P.L. Seleznev S.V. Sleptsova, S.N. Tsukanova, V.L. Yakimov
JCS «Scientific & Production Association of Automatics
named after the academician N.A. Semikhatov», Yekaterinburg
The article describes a complex of techniques and software for stochastic development of fuel management
system (FMS) and calculation of the apparent velocity (CAV) of launch vehicles (LV). The techniques of statistical
evaluation of the accuracy of the output parameters of the control system (CS), multiparametric stochastic optimiza-
tion parameters of LV CS and identification of the model parameters of the object based on the results of
169
flight tests are examined. The examples of try-out these techniques on complete mathematical model (CMM) of LV
CS are analyzed.
Keywords: statistical evaluation of the output parameters, multiparametric stochastic optimization parameters, the
identification of the model parameters of the object
Информация об авторах:
Бельский Лев Николаевич - заместитель генерального директора ОАО «Научно-
производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова» по ракет-
ной технике (Екатеринбург), e-mail: gvlftfjtpocLru.
Область научных интересов: измерительные средства и системы управления.
Ложкина Татьяна Николаевна - главный специалист отдела ОАО «Научно-
производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова» (Екате-
ринбург), e-mail:, e-mail: aytijnijwcrrif.
Область научных интересов: программирование измерительных средств и систем
управления.
Маханек Елена Николаевна - ведущий инженер отдела ОАО «Научно-
производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова» (Екате-
ринбург), avKtfjtjjogjjii.
Область научных интересов: измерительные средства и системы управления.
Селезнев Платон Львович - начальник сектора отдела ОАО «Научно-
производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова» (Екате-
ринбург), e-mail: avtfcbjtjjocLrii.
Область научных интересов: измерительные средства и системы управления.
Слепцова Светлана Владимировна - ведущий инженер отдела ОАО «Научно-
производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова» (Екате-
ринбург), e-mail: оуКхшдюсгпл.
Область научных интересов: измерительные средства и системы управления.
Цуканова Светлана Николаевна - инженер-конструктор категории отдела ОАО
«Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова»
(Екатеринбург), e-mail: avtfenpoa.ru.
Область научных интересов: измерительные средства и системы управления.
Якимов Валерий Леонидович - начальник отдела ОАО «Научно-производственное
объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова» (Екатеринбург), e-mail:
дуКсСщюскпл.
Область научных интересов: измерительные средства и системы управления.
Belsky Lev Nikolaevich - the Deputy Director General of JCS “Scientific & Production
Association of Automatics named after the academician N.A. Semikhatov”, (Yekaterinburg) for
space engineering, candidate of technical sciences, a member of the International Academy of
Navigation and Motion Control, e-mail: avtfenpoa.ru.
Field of research: measuring devices and control systems.
Lozhkina Tatiana Nikolaevna - a chief specialist of JCS “Scientific & Production Asso-
ciation of Automatics named after the academician N.A. Semikhatov”, (Yekaterinburg), e-mail:
avtfejnpoa.ru.
Field of research: programming of measuring devices and control systems.
Losev German Petrovich - a senior research engineer of a department of JCS “Scientific &
Production Association of Automatics named after the academician N.A. Semikhatov” (Yekate-
rinburg), candidate of technical sciences, e-mail: avtfenpoa.ru.
Field of research: measuring devices and control systems.
Makhanek Elena Nikolaevna - a senior engineer of a department of JCS “Scientific &
Production Association of Automatics named after the academician N.A. Semikhatov” (Yekate-
rinburg), e-mail: avtfenpoa.ru.
Field of research: measuring devices and control systems.
170
Seleznev Platon Lvovich - a chief of a department of JCS “Scientific & Production Asso-
ciation of Automatics named after the academician N.A. Semikhatov” (Yekaterinburg), e-mail:
avtfenpoa.ru . Field of research: measuring devices and control systems.
Sleptsova Svetlana Vladimirovna - a senior engineer of a department of JCS “Scientific
& Production Association of Automatics named after the academician N.A. Semikhatov” (Yeka-
terinburg), e-mail: avtfenpoa.ru . Field of research: measuring devices and control systems.
Tsukanova Svetlana Nikolaevna - the 1st design engineer of a department of JCS “Scien-
tific & Production Association of Automatics named after the academician N.A. Semikhatov”
(Yekaterinburg), e-mail: avtfenpoa.ru.
Field of research: measuring devices and control systems.
Yakimov Valery Leonidovich - the head of a department of JCS “Scientific & Production
Association of Automatics named after the academician N.A. Semikhatov” (Yekaterinburg),
e-mail: avtfenpoa.ru.
Field of research: measuring devices and control systems.
171
УДК 629.78
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ РАЗВЁРТЫВАНИЕМ
ОРБИТАЛЬНОЙ ТРОСОВОЙ СИСТЕМЫ С ОГРАНИЧЕНИЯМИ НА
СКОРОСТЬ ВЫПУСКА ТРОСА
©2015 С.А. Ишков, Г.А. Филиппов, Сюй Сяое
Самарский государственный аэрокосмический университет имени
академика С.П. Королёва (Национальный исследовательский университет), г. Самара
В статье рассматривается задача моделирования работы стенда, предназначенного для отработки раз-
вёртывания орбитальной тросовой системы, методами теории автоматического управления Рассматривается
программа управления силой натяжения троса, учитывающая ограничение на скорость выпуска троса. Для
последней решается параметрическая краевая задача. В статье составлена кинематическая схема стенда и, на
её основе, составлена динамическая схема стенда. Моделирование работы стенда выполнено в среде
MapleSim 7.
Ключевые слова: развёртывание орбитальной тросовой системы, управление силой натяжения тро-
са с ограничением на скорость выпуска троса, теория автоматического управления
Впервые орбитальная тросовая си-
стема (далее ОТС) была описана в книге
К.Э. Циолковского «Грёзы о небе» в 1895
году. С тех пор прошло более 100 лет, но
ОТС так и не перешла в разряд эксплуа-
тируемых космических систем. Един-
ственным, относительно удачным экспе-
риментом с ОТС, считается европейский
проект YES2, реализованный в 2007 году.
Спектр задач, которые можно ре-
шить с использованием ОТС - широк.
Одна из этих задач - доставка полезного
груза - спускаемой капсулы (далее СК)
на Землю без применения реактивной тя-
ги.
Необходимо проведение более тща-
тельных теоретических и эксперимен-
тальных исследований динамики ОТС. С
целью выполнения экспериментальных
исследований, в лаборатории космиче-
ских тросовых систем СГАУ проектиру-
ется стенд, предназначенный для отра-
ботки развёртывания ОТС.
Параллельно с разработкой стенда
проводятся и теоретические исследова-
ния в области управления развёртывани-
ем ОТС. В настоящей статье предлагает-
ся следующая математическая модель
развёртывания ОТС [1]:
0 = Ув,
2(ря+й))Уг З гу2 sin0 cos0
г l + ecost?
Л/ V гу2 (з-cos2 0-1)1 Т
(^+<у) +—Л------------ч —’
l + ecosz? тЛ
0 = A1/2p-3/2(l + ecos0)2,
2 esin?7
гу=-2гу2-----------,
1 + е • cos г?
где 0— угол разворота СК в плоскости
орбиты БКА, Vg — скорость изменения
угла разворота СК в плоскости орбиты
БКА, г — длина троса, Vr — скорость вы-
пуска троса, г?-угол истиной аномалии
БКА, со — угловая скорость движения
БКА по его орбите, р, в — фокальный
параметр и эксцентриситет орбиты БКА,
Т — сила натяжения троса, m А — масса
СК, р — гравитационный параметр Зем-
ли.
Общепринято рассматривать управ-
ление развёртывание ОТС в три этапа.
Схематично процесс развёртывания ОТС
показан на рис. 1. В статье рассматрива-
ется только второй (основной) этап раз-
вёртывания ОТС.
172
Рис. 1 - Процесс развёртывания ОТС в три этапа
Ранее была получена оптимальная -
релейная - программа управления раз-
вёртыванием ОТС на втором (основном)
этапе, состоящая из двух участков: уча-
сток развёртывания ОТС с минимальной
силой натяжения троса и участок тормо-
жения. Релейная программа управления
развёртыванием ОТС подробно рассмот-
рена в статье [5]. При реализации этой
программы скорость выпуска троса до-
стигает величин порядка 30 м/с, что явля-
ется неприемлемым.
С целью уменьшения скорости вы-
пуска троса, в статье [2] ранее была со-
ставлена программа управления развёр-
тыванием ОТС, содержащая участок
ограничений на скорость выпуска троса.
Второй этап развёртывания ОТС по
программе, содержащей ограничения на
скорость выпуска троса, состоит из трёх
участков. На первом участке происходит
выпуск троса с некоторой малой силой
натяжения, обусловленной трением троса
об элементы конструкции механизма вы-
пуска троса. Выпуск троса с такой силой
натяжения происходит до тех пор, пока
скорость выпуска троса не достигнет не-
которой заданной величины.
Затем трос будет выпускаться с си-
лой натяжения, обеспечивающей посто-
янство скорости выпуска троса.
На третьем участке происходит
торможение и выпуск троса на всю его
длину. Программа управления силой
натяжения троса имеет вид:
Т’т.пЗфИХ'!
т Гб/ V (О~ (з cos ~ О - 1 )"|
ЛпШ = +----Г------Л ’ ПрИ - '2
|_ 1 + ccostf J
, при t > t2
(2)
где Гтй1-сила натяжения троса на
начальном участке развёртывания ОТС,
определяемая конструкцией механизма
выпуска троса, Ттк1-сила натяжения
173
троса, обеспечивающая постоянную ско-
рость выпуска троса (участок постоянной
скорости выпуска троса), Ттах-сила
натяжения троса на конечном участке
развёртывания ОТС (участок торможе-
ния), /]—время достижения заданной
скорости выпуска троса, t2~время нача-
ла участка торможения.
Для программы управления (2) ре-
шалась параметрическая краевая задача с
граничными условиями вида:
t = ta :г = г0,Уг0 = 0,^° =0,0° =0;
t = tK r = r\VrK = 0,V/ =0,6»° ->max.
Краевая задача решалась модифи-
цированным методом Ньютона. В каче-
стве подбираемых параметров использо-
вались сила натяжения троса на конечном
участке развёртывания ОТС Т тах и вре-
мя начала участка торможения 12.
На рис. 2 показан результаты ре-
шения краевой задачи с ограничением на
скорость выпуска троса Krlim = 13 м/с .
Сила натяжения троса Т, Ньютон
Рис. 2 - Программная зависимость силы натяжения троса и скорости его выпуска от времени
Теперь рассмотрим стенд, позво- лирование развёртывания ОТС. Кинема-
ляющий выполнить имитационное моде- тическая схема стенда показана на рис. 3.
174
Рис. 3 - Кинематическая схема стенда
На рис. 3 цифрами обозначены эле-
менты стенда:
(1) - Двигатель, имитирующий сре-
ду (притяжение Земли);
(2) - Тормозной механизм;
(3) - Датчики, определяющие натя-
жение троса;
(4) - Датчик, определяющий ско-
рость выпуска троса;
(5) - Механизм, демпфирующий
колебания троса;
(6) - Закольцованный трос.
Рассмотрим передаточные функции
элементов стенда. В качестве двигателя,
имитирующего среду используется кол-
лекторный двигатель постоянного тока
независимого возбуждения (от постоян-
ных магнитов). Работа электрического
двигателя описывается дифференциаль-
ным уравнением второго порядка вида:
I (р = , (4)
где Л/^ = Л/дв - Мс - Т • R, где
Л/дв — управляющий момент на валу
электрического двигателя, Мс - момент
сопротивления, Г—сила натяжения троса
после «отработки» тормозного механиз-
ма, R— радиус шкива тормозного меха-
низма.
Электродинамика двигателей тако-
го типа подробно рассмотрена в книге
[3]. Оттуда же заимствована динамиче-
ская схема этого типа двигателя (рис. 4).
м
Рис. 4 - Динамическая схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения
175
На рис. 4 обозначено:
«Я —напряжение на обмотке якоря;
Rfl —электрическое сопротивление
цепи якоря;
Т% — постоянная времени двигателя;
КФ —коэффициент усиления по
магнитному потоку;
Ф - магнитный поток внутри кор-
пуса двигателя;
М и Мс — момент на валу двигателя
и момент внешней нагрузки;
J - момент инерции вала двигателя
(вместе с нагрузкой), принят равным
0,002 м2/кг;
со-угловая скорость вращения вала
двигателя;
5 - оператор Лапласа.
Другим важным элементом стенда
является тормозной механизм. Привод
тормозного механизма представляет из
себя шаговый двигатель. На якорь этого
двигателя подаётся импульс напряжения
определённой продолжительности, в ре-
зультате якорь двигателя проворачивает-
ся на определённый угол. Таким образом,
тормозной механизм представляет из се-
бя интегрирующее звено
И'прМ’— (5)
Динамическая схема стенда показа-
на на рисунке 5.
Рис. 5 - Динамическая схема стенда в нотации MapleSim 7
176
На стенд подаётся два управляю-
щих сигнала - программное значение си-
лы натяжения троса и программное зна-
чение скорости выпуска троса. Текущая
скорость выпуска сравнивается с про-
граммной на обратной связи F4. Здесь
формируется ошибка по скорости выпус-
ка троса. Величина этой ошибки подаётся
на привод тормозного механизма.
В зависимости от величины этой
ошибки по модулю на привод тормозного
механизма подаётся большее или мень-
шее напряжение, соответственно тормоз-
ной механизм натягивает или ослабляет
трос, что приводит к увеличению или
уменьшению скорости его выпуска.
Сформированная на тормозном ме-
ханизме сила натяжения троса сравнива-
ется с программной силой натяжения
троса на обратной связи F}. Возникшая
ошибка по силе натяжения троса, умно-
женная на подбираемый коэффициент
усиления по ошибке силы натяжения
троса, подаётся в двигатель имитирую-
щий среду, который стремится натянуть
трос с заданной силой натяжения.
Полученные программы управления
силой натяжения троса и скоростью его
выпуска (рис. 2) положены в основу мо-
делирования работы стенда методами
классической теории автоматического
управления.
На графике зависимости силы
натяжения троса от времени видны два
характерных участка. Первый - скачко-
образное изменение силы натяжения тро-
са {ступенчатое типовое воздействие в
момент времени 2281 секунда, обозначе-
но цифрой 1) и экспоненциальное увели-
чение силы натяжения троса (в про-
межутке времени с 1081 по 2281 секунду,
обозначено цифрой 2).
На графике зависимости скорости
выпуска троса от времени видны два ха-
рактерных участка. Первый - близкое к
линейному увеличение (с 0 по 1081 се-
кунду, обозначено цифрой 3) и уменьше-
ние скорости выпуска троса (с 2281 по
2401 секунду, обозначено цифрой 4) и
участок постоянства скорости выпус-
ка троса (с 1081 по 2281 секунду, обо-
значено цифрой 5).
Результат моделирования покажем
на рисунках. На рисунках 6а, 66 и 6в по-
казан переходный процесс регулирования
силы натяжения троса в начальный мо-
мент времени, в момент времени, соот-
ветствующий экспоненциальному увели-
чению силы натяжения троса и в момент
начала участка торможения (ступенчатое
типовое воздействие). На рисунках 7а, 76
и 7в показан переходный процесс регу-
лирования скорости выпуска троса в
начальный момент времени, в момент
времени начала участка постоянной ско-
рости выпуска троса, и в момент времени
начала участка торможения.
177
0,015
0,5
3
Рис. 6а - Переходный процесс
регулирования силы натяжения
троса на первом участке
Время, секунд
Рис. 66 - Переходный процесс
регулирования силы натяжения
троса на втором участке
Рис. 6в - Переходный процесс
регулирования силы натяжения
троса на третьем участке
Как видно из рис. 6а, 66 и 6в, пере-
ходные процессы в системе апериодиче-
ские, сходящиеся. Продолжительность
регулирования силы натяжения троса в
начальный момент времени первого
участка составляет 4-6 секунд, в момент
начала экспоненциального увеличения
силы натяжения троса составляет 3-4
секунды, в момент начала торможения с
максимальной силой натяжения троса
составляет 5-6 секунд.
Время, секунд
Рис. 76 - Переходный процесс
регулирования скорости выпуска
троса на втором участке
Рис. 7в - Переходный процесс
регулирования скорости выпуска
троса на третьем участке
Рис. 7а - Переходный процесс
регулирования скорости выпуска
троса на первом участке
Как видно из рис. 7а, 76 и 7в, пере-
ходные процессы в системе апериодиче-
ские, сходящиеся. Продолжительность
переходных процессов регулирования
скорости выпуска троса на каждом из
участков практически совпадает с про-
178
должительностью переходных процессов
регулирования силы натяжения троса.
На рис. 8а, пик скорости выпуска
троса на 3 - ей секунде приходятся на
момент «проседания» силы натяжения
троса на той же 3 - ей секунде. Переход-
ного процесса регулирования скорости
выпуска троса в момент начала экспо-
ненциального увеличения силы натяже-
ния троса (рис. 76) как такового нет, ско-
рость выпуска троса увеличивается плав-
но, без рывков и выходит на заданное
значение - 13 м/с.
Переходный процесс регулирования
скорости выпуска троса в начале участка
торможения сперва монотонно уменьша-
ется (2280 - 2282 секунды), затем пере-
ходит в колебательный режим и на 2285
секунде вновь монотонно устремляется к
нулю. Режим регулирования силы натя-
жения троса - аналогичен. На протяже-
нии 2280 - 2282 секунды переходный
процесс регулирования силы натяжения
троса монотонно направлен в сторону
увеличения, затем на 2282 - 2285 секун-
дах сила натяжения троса с некоторой
степенью колебательности продолжает
увеличиваться и с 2285 секунды сила
натяжения троса выходит на заданное
значение около 3 Ньютон (рис. 6а).
Отметим, что коэффициент усиле-
ния по ошибке силы натяжения троса не-
сколько корректировался в процессе мо-
делирования работы стенда (рис. 5). На
первом участке развёртывания ОТС он
принимался равным 1,143, на втором 1,34
и на третьем участке 1,7.
На основании вышеизложенного,
можно сделать вывод, что представлен-
ная динамическая схема стенда позволяет
адекватно выполнить имитационное мо-
делирование работы стенда.
Библиографический список:
1. Белецкий, В.В., Левин Е.М.
Динамика космических тросовых систем
[Текст]/В.В. Белецкий, Е.М. Левин. - М.:
Наука, 1990. -336 с.
2. Ишков, С.А., Сюй Сяое,
Фадеенков, П.В. Моделирование движе-
ния спускаемой капсулы в составе орби-
тальной тросовой системы при ограниче-
нии на скорость выпуска троса
[Текст]/С.А. Ишков, Сюй Сяое, П.В. Фа-
деенков//Управление движением и нави-
гация летательных аппаратов: Сборник
трудов XVII Всероссийского семинара по
управлению движением и навигации ле-
тательных аппаратов: Часть 1. Самара,
18-20 июня 2014г. -2015. С. 78-82.
3. Полковников В.А., Пет-
ров Б.И., Попов Б.Н., Сергеев А.В.,
Сперанский А.Н. Электропривод лета-
тельных аппаратов: Учебник для авиаци-
онных вузов/ В.А. Полковников, Б.И.
Петров, Б.Н. Попов и др.; Под общ. ред.
В.А. Полковникова. - 2-е изд., перераб. и
доп. - М.: Машиностроение, 1990. - 352
с. ил.
4. Бесекерский В.А., По-
пов Е.П. Теория систем автоматического
управления [текст]/В.А. Бесекерский,
Е.П. Попов. - Изд. 4-е, перераб. и доп. -
СПб., Профессия, 2007. - 752 с. - (Серия:
специалист)
5. Ишков С.А., Шейни-
ков И.В. Определение параметров орби-
тальной тросовой системы, предназна-
ченной для спуска малых капсул с орби-
ты [текст]/С.А. Ишков, И.В. Шейни-
ков//Известия Самарского научного цен-
тра Российской академии наук. - 2009. -
т. И.-№5. С. 208-215.
References:
1. Beleckij V.V., Levin Е.М.
Dynamic of the space tether systems/
V.V. Beleckij, E.M. Levin. - Moscow. -
1990.-336 p.
2. Ishkov S.A., Xu Xiaoye,
Fadeenkov P.V. Modeling of the motion of
the payload as part of the orbital tether sys-
tem taking into account the limitation to the
velocity of the deployment of the sys-
tem/S.A. Ishkov, Xu Xiaoye, P.V. Fadeen-
kov//Motion control and navigation of the
flying machines: Abstracts of the XVII All-
Russian seminar on motion control and nav-
igation of the flying machines: Part 1. Sama-
ra, 18 - 20 of June 2014. 2015. pp. 78 - 82.
3. Polkovnikov V.A., Petrov
B.I., Popov B.N., Sergeev A.V., Speranskij
A.N. The electric drive of the aircraft: The
textbook for the aviation institutes/
179
V.A. Polkovnikov, В.I. Petrov, Popov
B.N.//Moscow, - 1990. 352 p.
4. Besecerskij V.A., Popov E.P.
Theory of the dynamic systems/V.A.
Besecerskij, E.P. Popov//Saint-Petersburg, -
2007. 752 p.
5. Ishkov S.A., Sheynikov LV.
Orbital tether system aimed on small cap-
sules deorbiting parameters definition/S.A.
Ishkov, LV. Sheynikov//News of Samara
scientific center of the Russian academy of
science. - Samara. - 2009. - Vol. 11.- Issue
5.-pp. 208-215.
THE MODELING OF THE PROCESS OF THE DEPLOYMENT OF THE ORBITAL
TETHER SYSTEM WITH TAKING INTO ACCOUNT THE LIMITATION OF THE
VELOCITY OF THE DEPLOYMENT OF THE SYSTEM
S.A. Ishkov, G.A. Filippov, Xu Xiaoye
Samara State Aerospace University, Samara
The problem of the modeling of the operation of the special equipment, designed for the imitation modeling
of the deployment of the space tether system, using method of the dynamic systems control is studied. The control
program of the tension of the tether, taking into account the limitation of the velocity of the deployment of the sys-
tem, is studied. The dynamic scheme of the special equipment, design for the imitation modeling of the deployment
of the space tether system, is created and calculated in special program MapleSim 7.
Key words: the deployment of the orbital tether system, the control of the tension of the tether during the
deployment of the orbital tether system, theory of the dynamic systems
Информация об авторах:
Ишков Сергей Алексеевич, д.т.н., профессор кафедры космического машинострое-
ния, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское шоссе 34, т. 267-43-20, ishkovfessau.ru.
Область научных интересов: управление развёртыванием орбитальными тросовыми
системами.
Филиппов Григорий Александрович, инженер кафедры космического машино-
строения, СГАУ, 443 086, Россия, г. Самара, Московское шоссе 34, т.267-45-09,
ц г i gory ssaufemail.ru.
Область научных интересов: моделирование динамических систем.
Сюй Сяое, аспирант кафедры космического машиностроения, СГАУ, 443 086,
Россия, г. Самара, Московское шоссе 34, т. 267-45-09.
Область научных интересов: управление развёртыванием орбитальными тросовыми
системами.
Ishkov Sergey Alekseevich, professor, doctor of technical science, professor of depart-
ment of spacecraft design, SSAU, 443 086, Russia, Samara, Moscow highway, 34, 267-43-20,
ishkovfessau.ru.
Area of research: the control of the deployment of the orbital tether systems.
Filippov Grigory Aleksandrovich, engineer of department of spacecraft design, SSAU,
443 086, Russia, Samara, Moscow highway, 34, 267-45-09, grigory ssaufemail.ru.
Area of research: modeling of the dynamic systems.
Xu Xiaoye, post - graduate student of department of spacecraft design, SSAU, 443 086,
Russia, Samara, Moscow highway, 34, 267-45-09.
Area of research: the control of the deployment of the orbital tether systems.
180
УДК 629.7.064.3
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЁСТКОСТИ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ
В ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СЛЕДЯЩИХ СИСТЕМАХ
©2015 2В.В. Бирюк, 1,2В.М. Бронштейн, |,2А.С. Алчина, 1,2М.Ю. Шатилова,
1,2С.Ф. Ильмурзина
'АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
2Самарский государственный аэрокосмический университет имени
академика С.П. Королёва (Национальный исследовательский университет), г. Самара
Предложена методика определения жёсткости рабочей жидкости в гидравлических следящих
системах. Получена аналитическая оценка допустимого относительного содержания нерастворённого
воздуха к полному объёму жидкости в гидросистеме.
Жёсткость, сжимаемость, растворимость газа в жидкости, деаэрация, объёмный модуль
упругости жидкости
При заполнении гидравлической
системы рабочей жидкостью газ из
окружающей среды (обычно воздух)
может находиться в рабочей жидкости
(РЖ) в растворённом состоянии и в
механической смеси. Растворённый в РЖ
воздух не оказывает существенного
влияния на механические свойства
жидкости. Однако, при возникновении
кавитационных явлений на вибрирующих
смоченных поверхностях, а также
вследствие местных гидродинамических
понижений давления, газы выделяются из
раствора в виде пузырьков, которые
ухудшают свойства жидкости.
Относительное количество газа,
который может раствориться в РЖ прямо
пропорционально давлению на
поверхности раздела, в соответствии с
Законом Генри вычисляется по формуле:
У,=кУжр2/Р1 (1)
где V, - объём растворённого газа, к
- коэффициент растворимости газа в
жидкости, Уж - объём жидкости, pi и р2 -
начальное и конечное давление газа.
Коэффициент растворимости газа в
жидкости зависит от свойств жидкостей и
газов. Воздух может растворяться в
минеральных маслах [1, 2, 3],
применяемых в гидроприводах в объёме
до 10% (к = 0,10) объёма жидкости на 1
атм.
Растворимость кислорода в
жидкостях выше, чем атмосферного
воздуха, ввиду чего растворённый в
жидкости воздух содержит кислорода на
40 - 50 % больше чем атмосферный
воздух, что интенсифицирует окисление
жидкости и разрушение резиновых
деталей гидроагрегатов.
Содержание растворённого воздуха
в РЖ может быть существенно понижено
вакуумированием. Метод
вакуумирования РЖ над её
поверхностью, деаэрацией, особо
эффективен. По данным [1] выделение
воздуха при 20 °C из масла АМГ-10 от
величины вакуума рвак = 720 мм рт. ст.
коэффициент выделения составит 9,1%.
Упругая деформация (сжимаемость)
рабочей жидкости для гидравлических
систем является отрицательным факто-
ром, ухудшает динамические характери-
стики и понижает к.п.д. гидроприводов.
Жёсткость жидкости оценивается
коэффициентом объёмной сжимаемости
Р, который характеризует относительное
изменение объёма жидкости, приходя-
щейся на единицу изменения давления,
определяется формулой:
P = -dV/(Vdp), (1)
где V — это объём рабочей жидко-
сти, р — давление; знак минус указывает
на уменьшение объёма с повышением
давления.
Единицы измерения Р в системе
СИ - 1/Па. Часто Р выражается в см2/кгс.
Величина, обратная р, называется
объёмным модулем упругости жидко-
сти Е:
181
Е = 1/ р = -У dp/ dV. (2)
Единицы измерения Еж те же, что и
давления: в системе СИ - Н/м2 или Па,
часто применяется также кгс/см2.
Дифференциалы dV и dp связаны
между собой уравнением
dV = -Vdp/E. (3)
Интегрируя уравнение (3) в предпо-
ложении, что модуль упругости Е жидко-
сти является постоянной величиной (т.е.
E=const), получаем:
V = Уоехр[-(р-ро)/Е], (4)
где Vo - объём жидкости при
начальном давлении р0.
Выражение для определения теку-
щего значения объёма жидкости приоб-
ретает вид:
V = V0[-(p-p0)/E], (5)
Если принять, что приращение
давления dp = р-ро, а изменение объёма
dV = V-Vo, то
dV=V0(l-pdp), (6)
Среднее значение коэффициента
сжимаемости авиационного масла АМГ-
10 при давлении от 0 до 200 кГ/см2 и
20 °C можно принимать равным 0=7-10’5
см2/кГ.
В соответствии с этим упрощенные
выражения сжимаемости для этого масла
примут вид:
dV = 7-10‘5 V0-dp. (7)
При наличии в РЖ нерастворённого
воздуха нарушается плавность движения
приводимых узлов, приводит к
запаздыванию действия гидравлической
системы и в особенности системы
следящего типа и к потере ею
устойчивости против автоколебаний.
Сжимаемость воздуха (газа)
значительно больше сжимаемости самих
рабочих жидкостей. Наличие в них
воздушных пузырьков понижает
жёсткость гидравлического механизма.
Повышается податливость рабочих
органов гидропривода, характеризуемая
величиной смещения его выходного
звена.
По справочным данным [1] при
давлении 150 кГ/см2 модуль упругости
гидрогазовой смеси, содержащей 1% газа
(приведенного к атмосферному
давлению), почти в 2 раза меньше модуля
однородной жидкости. Даже при
практически неизбежном содержании
воздуха, равном 0,1%, приведенный
модуль упругости масла АМГ-10
снижается при атмосферном давлении с
~14000 кГ/см2 до 1750 кГ/см2. Понижение
модуля упругости не зависит от размеров
пузырьков воздуха и будет тем больше,
чем больше их суммарный объём.
Необходимо принимать меры по
деаэрации жидкости так, чтобы
отношение объёма нерастворенного
воздуха V, к суммарному объёму
жидкости и воздуха Уж + V, не
превышало V, /(Уж + Vr) 0,001.
Выражение (7) сжимаемости масла АМГ-
10 в гидроприводе примет вид:
0,001^-10'5 Уж-(р-р0). (8)
В соответствии с выражением (8)
возможно экспериментально проводить
контроль жёсткости рабочей жидкости
масла АМГ-10 при подготовке к работе в
гидравлической следящей системе.
Заключение
Для обеспечения требуемых
динамических характеристик
гидравлических следящих систем
необходимо проводить вакуумную
деаэрацию заправленной рабочей
жидкости. При тестировании жёсткости
рабочей жидкости относительное
содержание нерастворённого воздуха к
полному объёму жидкости в
гидросистеме не должно превышать
0,1%.
Библиографический список:
1 Башта Т.М. Машиностроительная
гидравлика. М.: Машиностроение, 1971.
- 672 с.
2 Гойдо М.Е. Проектирование
объёмных гидроприводов. М.:
Машиностроение, 2009. - 304 с.: ил. (Б-ка
конструктора).
3 .Кондаков Л.А. Рабочие жидкости
и уплотнения гидравлических систем. -
М.: Машиностроение, -216 с.: ил.
References:
1 Т.М. Bashta Engineering hydraulics.
М.: Mashinostroenie, 1971. - 672 р.
2 M.E.Goydo Designing of fluid
power drives. M. Mashinostroenie, 2009,-
182
304 р.
3 L.A.Kondakov Pressure fluids and
sealing of the hydraulic systems. -M.:
Mashinostroenie, - 216 p.
METHODIC OF PRESSURE FLUID HARDNESS DETERMINE IN
HYDRAULIC SERVO SYSTEMS
© 2015 2V.V. Biryk,12 V.M. Bronshtein, *’2 A.S. Alehina, ’’2 M.Y. Shatilova, *’2 S.F. Ilmurzina
’JSC «SRC «Progress», Samara
2Samara State Aerospace University named after S.P. Korolev
(National Research University), Samara
The article describes methodics of the analysis of the pressure fluid hardness in the servosystems. Analitic
asessment is given to the permissible relative content of the combined air related to the full volume of the fluid in
the servosystem.
Hardness, compressibility, gas solubility in fluid, deaeration, fluid volume modulus of elasticity
Информация об авторах:
Бирюк Владимир Васильевич - доктор технических наук, профессор, заведующий
кафедрой теплотехники и тепловых двигателей, Самарский государственный
аэрокосмический университет. СГАУ, 443086, Россия, г. Самара, Московское ш.34,
т.8-(846)-267-45-66, e-mail: teplotexfessaubk.ru.
Область научных интересов: авиационные и ракетные двигатели, энергетические
установки.
Бронштейн Виталий Михайлович - кандидат технических наук, доцент кафедры
теплотехники и тепловых двигателей, Самарский государственный аэрокосмический
университет. СГАУ, 443086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 8-(846)-267-45-66,
teplotexfessaubk.ru. Ведущий инженер-конструктор АО «РКЦ «Прогресс».8-(846)-228-90-
43, e-mail:, mailfesamspace.ru.
Область научных интересов: системы управления вектором тяги двигателей.
Алчина Алла Сергеевна - аспирант кафедры теплотехники и тепловых двигателей,
Самарский государственный аэрокосмический университет. СГАУ, 443086, Россия, г.
Самара, Московское ш. 34, т. 8-(846)-267-45-66, Инженер-конструктор 2 категории
АО «РКЦ «Прогресс», т. 8-(846)-228-90-43. e-mail: mailfesamspacc.ru.
Область научных интересов: системы управления вектором тяги двигателей.
Шатилова Мария Юрьевна - аспирант кафедры теплотехники и тепловых
двигателей, Самарский государственный аэрокосмический университет. СГАУ, 443086,
Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 8-(846)-267-45-66, Инженер-конструктор 3
категории АО «РКЦ «Прогресс», т. 8-(846)-228-90-43. e-mail: mailfesamspace.ru.
Область научных интересов: системы управления вектором тяги двигателей.
Ильмурзина Светлана Фёдоровна - аспирант кафедры теплотехники и тепловых
двигателей, Самарский государственный аэрокосмический университет. СГАУ, 443086,
Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 8-(846)-267-45-66, Инженер-конструктор 3
категории АО «РКЦ «Прогресс», т. 8-(846)-228-90-43. e-mail: mailfesamspace.ru.
Область научных интересов: системы управления вектором тяги двигателей.
Biryk Vladimir Vasilievich - Doctor of Engineering Science, professor, holder of chair
of the heat engineering and heat engines department. SSAU, 443086, Russia, Samara,
Moskovskoye shosse, 34, tel:8-(846)-267-45-66, e-mail:teplotexfessaubk.ru.
Area of scientific interests:
Bronshtein Vitali Mikhailovich - PhD in Technical Sciences, associate professor of the
heat engineering and heat engines department. SSAU, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye
183
shosse, 34, tel:8-(846)-267-45-66, e-mail:teplotexfessaubk.ru. Principal design engineer, JSC
«SRC «Progress», tel: 8-(846)-228-90-43. e-mail: mailfesamspace.ru.
Area of scientific interests: thrust vector control systems.
Alehina Alla Sergeevna - graduate of the heat engineering and heat engines department.
SSAU, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye shosse, 34, tel:8-(846)-267-45-66, Design
engineer 2 category, JSC « SRC «Progress», tel: 8-(846)-228-90-43. e-mail: mailfesamspace.ru.
Area of scientific interests: thrust vector control systems.
Shatilova Mariya Yurievna - graduate of the heat engineering and heat engines
department. SSAU, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye shosse, 34, tel:8-(846)-267-45-66,
Design engineer 3 category, JSC « SRC «Progress», tel: 8-(846)-228-90-43. e-mail:
mailfesamspace.ru.
Area of scientific interests: thrust vector control systems.
Ilmurzina Svetlana Fedorovna - graduate of the heat engineering and heat engines
department. SSAU, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye shosse, 34, tel:8-(846)-267-45-66,
Design engineer 3 category, JSC « SRC «Progress», tel: 8-(846)-228-90-43. e-mail:
mailfesamspace.ru.
Area of scientific interests: thrust vector control systems.
184
УДК 681.7; 531
ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ КОНСТРУКТИВНЫХ
ПАРАМЕТРОВ ОБЛЕГЧЕННОГО ЗЕРКАЛА НА ЕГО МАССУ И СОХРАННОСТЬ
ФОРМЫ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ В ПОЛЕ СИЛ ТЯЖЕСТИ
©2015 С.А. Архипов, М.А. Сальникова, С.А. Морозов
ПАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева», г. Красногорск
В данной статье рассмотрен новый подход к применению метода конечных элементов (МКЭ). Мно-
гократное применение МКЭ при разработке облегченного зеркала позволяет определить соотношения меж-
ду его конструктивными и основными параметрами. Полученные зависимости затем аппроксимируются
простыми функциями и используются при проектировании зеркала для получения оптимальной конструк-
ции.
Ключевые слова: облегченное зеркало, метод конечных элементов, деформации поверхности, грави-
тационные деформации
Облегченные зеркала широко при-
меняются в современной оптико-
электронной аппаратуре дистанционного
зондирования Земли. Основная задача
проектирования облегченного зеркала -
выбор оптимальных параметров облег-
ченной структуры, обеспечивающих ее
максимальную жесткость при минималь-
ной массе [1]. Традиционно эта задача
решается с использованием аналитиче-
ских расчетных формул изгиба пластин-
ки.
С помощью метода конечных эле-
ментов (МКЭ) возможно детально рас-
считать напряженно-деформированное
состояние любых сложных простран-
ственных конструкций, в т.ч. и облегчен-
ных зеркал [1, 2]. Однако найденное для
конкретного набора параметров кон-
струкции конечно-элементное решение
не позволяет судить об их взаимосвязи.
В настоящей статье предлагается
для оптимизации облегченной структуры
зеркала многократно использовать МКЭ
и получить множество численных реше-
ний, характеризующих пространство со-
стояний зеркала, которое предлагается
далее аппроксимировать простыми зави-
симостями, например, линейными или
полиномиальными, что позволяет уста-
новить взаимосвязи между конструктив-
ными и основными параметрами зеркала,
такими как масса и изменение формы ра-
бочей поверхности (РП). В предлагаемом
подходе сочетаются преимущества чис-
ленного метода (высокая степень детали-
зации конструкции, минимальная по-
грешность расчета) с преимуществом
аналитического метода (получение реше-
ния, устанавливающего взаимосвязь па-
раметров).
Облегченное зеркало имеет прямо-
угольную форму [3, 4] , как показано на
рис. 1. Основа регулярной облегченной
структуры - шестиугольная ячейка. Ма-
териал зеркала - ситалл СО-1 ISM*1 про-
изводства ОАО ЛЗОС [5].
185
Рис. I - Облегченное зеркало
Зеркало закрепляется с тыльной
стороны в трех местах с помощью вту-
лок, конфигурация которых построена по
принципу байонетного крепления. В оп-
тико-электронном приборе зеркало уста-
навливается вертикально и деформирует-
ся под действием силы тяжести.
Задача проектирования зеркала: при
заданных габаритных размерах зеркала,
требуется выбрать оптимальные пара-
метры облегченной структуры (толщина
лицевой и тыльной пластин, поперечный
размер и глубина ячейки облегчения,
толщина ребер) при которых деформация
зеркала (размах общей ошибки P-V) под
действием силы тяжести не превышает
0,03 мкм.
Толщина лицобои пластины
Рис. 2 - Конструктивные параметры зеркала
Для решения поставленной задачи
проводились следующие исследования с
использованием многократного примене-
ния МКЭ.
1. Исследования влияния толщины
лицевой пластины при фиксированных
параметрах ячеек и ребер на деформации
РП (рис. 3, табл. 1).
2. Исследования влияния попереч-
ных размеров ячеек при фиксированной
толщине лицевой пластины на деформа-
ции РП (табл. 2).
3. Исследование влияния толщины
ребер при фиксированных толщине лице-
вой пластины и размерах ячеек на де-
формации РП (рис. 4, табл. 3).
4. Исследование влияния толщины
тыльной пластины при фиксированных
параметрах ячеек и ребер на деформации
РП (рис. 5, табл. 4).
186
Табл. 1 - Зависимость деформаций РП от толщины лицевой пластины
Толщина лицевой пластины, мм 3 3,5 4 4,5 5
Р-V, мкм 0,020 0,021 0,023 0,024 0,025
ш, кг 1,84 1,89 1,94 1,994 2,0422
Толщина лицевой пластины, мм 5,5 6 6,5 7 7,5
Р-V, мкм 0,026 0,028 0,029 0,030 0,031
ш, кг 2,0905 2,1388 2,1871 2,2354 2,28
Толщина лицевой пластины, мм 8 8,5 9 9,5 10
Р-V, мкм 0,032 0,033 0,034 0,035 0,036
ш, кг 2,332 2,38 2,4286 2,4769 2,5252
Толщина лицевой пластины, мм 10,5 11 11,5 12 -
Р-V, мкм 0,038 0,039 0,040 0,041 -
ш, кг 2,574 2,6218 2,6701 2,7184 -
0,045
0,04
0,035
0,03
0,025
0,02
0,015
0,01
0,005
О
Ряд1
— Линейная (Ряд1)
у = 0,0023х> 0,0136
R1 = 0,9981
Рис. 3 - График зависимости деформаций РП от толщины лицевой пластины
Табл. 2 - Зависимость деформаций РП от поперечного размера ячейки
Количество ячеек по вертикали 3 4
Поперечный размер ячейки, мм 39 28
Р-V, мкм 0,026 0,032
т, кг 2,0905 2,1823
Табл. 3 - Зависимость деформаций РП от толщины ребра
Толщина ребра, мм 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
Р-V, мкм 0,02645 0,02641 0,02640 0,02596 0,02648 0,02676 0,02697
т, кг 1,9569 2,026 2,0905 2,1415 2,2133 2,3264 2,3699
187
0,031
2,5
Рис. 4 - График зависимости деформаций РП от толщины ребра
Табл. 4 - Зависимость деформаций РП от толщины тыльной пластины
Толщина тыльной пластины, мм 0,5 1 1,5 2 2,5 3
P-V, мкм 0,026590 0,025843 0,025340 0,024989 0,024785 0,024748
т, кг 1,787 1,815 1,843 1,87 1,898 1,925
Толщина тыльной пластины, мм 3,5 4 4,5 5 5,5 6
P-V, мкм 0,024938 0,025182 0,025450 0,025733 0,026057 0,026405
ш, кг 1,953 1,98 2,008 2,035 2,063 2,091
Толщина тыльной пластины, мм 6,5 7 7,5 8 8,5 9
P-V, мкм 0,026768 0,027157 0,027566 0,027986 0,028418 0,028869
т, кг 2,118 2,145 2,173 2,2 2,228 2,256
Толщина тыльной пластины, мм 9,5 10 10,5 И 11,5 12
P-V, мкм 0,029311 0,029781 0,030255 0,030733 0,031226 0,031738
ш, кг 2,283 2,311 2,338 2,367 2,393 2,421
0 022
0 02
0123456789 10 11 12
у = IE-Обх4 5Е-О5х’ ♦ О.ОООбх"’ - О,ОО22х ♦ 0.0275
R2 = 0,9995
Рис. 5 - График зависимости деформаций РП от толщины тыльной пластины
Зависимость P-V от толщины лице-
вой пластины (рис. 3) линейная, чем
больше толщина, тем больше Р-V. Для
данного зеркала оно описывается уравне-
нием у=0,0023х + 0,013. Оптимального
значения толщины лицевой пластины при
заданном размере ячейки, которое бы ха-
рактеризовало минимальные значения
деформаций, выявить не удалось. При
окончательном выборе толщины лицевой
188
пластины необходимо руководствоваться
технологическими ограничениями.
При увеличении поперечного раз-
мера ячейки на 11 мм (табл. 2) деформа-
ции РП изменяются на 6 нм, что состав-
ляет примерно 0,0 IX. Таким образом, для
данного зеркала размер ячейки суще-
ственного влияния на деформации не
оказывает.
На графике зависимости деформа-
ций РП от толщины тыльной пластины
(рис. 4) имеется точка минимальных де-
формаций рабочей поверхности. Она
находится в области 4,5 мм. При этом
масса линейно увеличивается с ростом
толщины ребер. Толщина ребра из-за
технологических ограничений должна
составлять не менее 4 мм. Поэтому при
выборе приходится искать компромисс
между технологическими ограничения-
ми, массой зеркала и деформациями ра-
бочей поверхности. В нашем случае, как
следует из графика, оптимально выбрать
толщину ребра 4 мм.
Из рис. 5 видно, что размах общей
ошибки P-V поверхности зеркала вслед-
ствие гравитационных деформаций имеет
нелинейную зависимость от толщины
тыльной пластины с выраженной обла-
стью минимальных значений. К тому же,
она хорошо аппроксимируется полино-
миальной зависимостью 4 степени: у =
10’6х4 - 5-10'5х3 + 0,0006х2 - 0,0022х +
0,0275.
Разница между минимальными и
максимальными значениями деформаций
рабочей поверхности составляет всего
0,007 мкм, т.е. примерно 0,0 IX. Следова-
тельно, наличие или отсутствие тыльной
пластины не вносит существенный вклад
в деформации рабочей поверхности, од-
нако может быть найдено оптимальное
значение толщины тыльной пластины.
Тыльная пластина может предусматри-
ваться в конструкции зеркала для обеспе-
чения требуемых тепловых условий ра-
боты зеркала.
Выводы. 1. В результате много-
кратного применения МКЭ с последую-
щей аппроксимацией взаимосвязи между
параметрами облегченной структуры и
основными параметрами зеркала (масса,
размах общей ошибки) показано, что за-
данное зеркало спроектировано опти-
мально.
2. Продемонстрированный в данной
статье подход, соединяющий преимуще-
ства аналитического и численного мето-
дов, может быть использован для проек-
тирования оптимальных облегченных
зеркал и других сложных пространствен-
ных конструкций.
Библиографический список:
1. Архипов С.А. Проектирование
крупногабаритных высокоточных облег-
ченных зеркал: Аналитический обзор
№5593. М.: НТЦ «Информтехника»,
2004. 106 с.
2. Хечумов Р.А., Кеплер X., Про-
копьев В.И. Применение метода конеч-
ных элементов к расчету конструкций.
М.: Издательство АСВ. 1994. 350 с.
3. Архипов С.А., Морозов С.А.,
Сальникова М.А. Выбор материала и
расчет параметров облегченного зеркала
широкозахватной многоспектральной ап-
паратуры среднего разрешения. // Раз-
мерная стабильность материалов и кон-
струкций оптических и оптико-
электронных приборов: Тезисы докладов.
Красногорск: ОАО «Красногорский завод
им. С.А. Зверева», 2014. С. 59-62.
4. Архипов С.А., Беляев К.С.,
Морозов С.А., Сальникова М.А. Оценка
деформаций облегченного зеркала широ-
козахватной многоспектральной аппара-
туры среднего разрешения под действием
силы тяжести в различных схемах нагру-
жения. // Размерная стабильность мате-
риалов и конструкций оптических и оп-
тико-электронных приборов: Тезисы до-
кладов. Красногорск: ОАО «Красногор-
ский завод им. С.А. Зверева», 2014. С.
63-65.
5. Ситалл СО115М (Астроситалл).
http://lzos.ru/content/view/18/37/.
References:
1. Arkhipov S.A. Proektirovanie
krupnogabaritnykh vysokotochnykh obleg-
chennykh zerkal: Analiticheskiy obzor
189
[Design of large high-precision light-
weight mirrors: an analytical review], Mos-
cow: Science and Technology Center IN-
FORMTEKHNIKA PubL, Moscow, 2004.
106 p.
2. Khechumov R.A., Kepler Kh.,
Prokop'ev V.L Primenenie metoda konech-
nykh elementov к raschetu konstruktsiy [Us-
ing finite element method for structural cal-
culations], Moscow: Publishing house
«ASV», 1994.350 р.
3. Arkhipov S.A., Morozov S.A.,
Sal'nikova M.A. Vybor materiala i raschet
parametrov oblegchennogo zerkala shiroko-
zakhvatnoy mnogospektral'noy apparatury
srednego razresheniya. Razmernaya sta-
bil'nost' materialov i konstruktsiy optich-
eskikh i optiko-elektronnykh priborov: Te-
zisy dokladov. Krasnogorsk: JSC «S.A.
Zverev Krasnogorskiy zavod» PubL, 2014.
P. 56-62 (In Russ.)
4. Arkhipov S.A., Belyaev K.S.,
Morozov S.A., Sal'nikova M.A Otsenka de-
formatsiy oblegchennogo zerkala shiroko-
zakhvatnoy mnogospektral'noy apparatury
srednego razresheniya pod deystviem sily
tyazhesti v razlichnykh skhemakh nagru-
zheniya. Razmernaya stabil'nost' materialov
i konstruktsiy opticheskikh i optiko-
elektronnykh priborov: Tezisy dokladov.
Krasnogorsk: JSC «S.A. Zverev Krasnogor-
skiy zavod» PubL, 2014. P. 63-65 (In Russ.)
5. Sitall CO-115M (Astrositall). [As-
trositall® СО-115М]. Available at
http://lzos.ru/content/view/! 8/37/ (accessed
30.06.2015).
STUDY OF THE INFLUENCE OF LIGHTWEIGHT MIRROR DESIGN
PARAMETERS ON ITS WEIGHT AND MIRROR SURFACE FORM
STABILITY IN THE FIELD OF GRAVITATIONAL FORCE
©2015 S.A. Arkhipov, M.A. Sal'nikova, S.A. Morozov
PJSC «KMZ ZENIT», Krasnogorsk
In this paper the new approach to FEM use is discussed. Multiple FEM utilization in lightweight mirror
structure design allows determining correlations between constructive and basic mirror parameters. The dependen-
cies obtained then approximating by simple functions that helps to design mirror optimally.
Keywords: lightweight mirrors. Finite Element Method, surface deformations, gravitational force
Информация об авторах:
Архипов Сергей Алексеевич, к.т.н., начальник СКБ-1 - главный конструктор кос-
мических и авиационных средств ДЗЗ, ПАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева»,
143 403, Россия, Московская область, г. Красногорск, ул. Речная, д. 8, т. 8(495) 562-82-20,
arhipoffezenit-kmz.ru.
Область научных интересов: теплофизика, конечно-элементное моделирование фи-
зических процессов, оптика, дистанционное зондирование Земли.
Сальникова Марина Анатольевна, инженер-исследователь 2 категории тематиче-
ского научно-проектного отдела, ПАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева»,
143 403, Россия, Московская область, г. Красногорск, ул. Речная, д.8, т. 8(495) 561-89-67,
m.salnikovafezenit-kmz.ru.
Область научных интересов: расчет оптических систем; расчет, проектирование и
конечно-элементное моделирование оптических узлов и конструкций; дистанционное
зондирование Земли.
Морозов Сергей Александрович, начальник сектора оптотехнических работ, ПАО
«Красногорский завод им. С.А. Зверева», 143 403, Россия, Московская область,
г. Красногорск, ул. Речная, д. 8, т. 8(495) 561-89-67, msafezenit-kmz.ru.
190
Область научных интересов: оптотехника, расчет и проектирование оптических си-
стем, проектирование оптических узлов и конструкций, дистанционное зондирование
Земли.
Arkhipov Sergey Alekseevich, candidate of technical sciences, head of design office -
chief designer of space and airborne remote sensing devices, PJSC «KMZ ZENIT», 143 403,
Russia, Moscow Region, Krasnogorsk, Rechnaya str., 8, phone: 8 (495) 562-82-20,
arhipof^zenit-kmz.ru.
Area of research: thermal physics, finite element modeling of physical processes, optics,
remote sensing of the Earth.
Sal'nikova Marina Anatol'evna, research engineer of thematic research and design
department, PJSC «KMZ ZENIT», 143 403, Russia, Moscow Region, Krasnogorsk, Rechnaya
str., 8, phone: 8 (495) 561-89-67, m.salnikovafezenit-kmz.ru.
Area of research: optical systems design; calculation, design and finite element modeling
of optical components and structures; remote sensing of the Earth.
Morozov Sergey Alexandrovich, head of optical engineering section, PJSC
«KMZ ZENIT», 143 403, Russia, Moscow Region, Krasnogorsk, Rechnaya str., 8, phone:
8 (495) 561-89-67, msa(aizenit-kmz.ru.
Area of research: optical engineering, calculation and design of optical systems, design of
optical components and structures, remote sensing of the Earth.
191
УДК 629.7.064+621.315+621.3.061
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
©2015 В.В. Бирюк1, В.М. Бронштейн1’2, А.Н. Коптев1, Н.А. Надеев1'2, В.Р. Рахмеева1,2
'Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика
С.П. Королёва (Национальный исследовательский университет), г. Самара
2 АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассмотрено автоматизированное проектирование электрических сетей (ЭС), включающее в себя эта-
ны проектирования электрической схемы, разработки конструкторской документации на кабели, трассиров-
ки кабелей на электронной модели изделия и получения исходных данных для подготовки производства и
изготовления продукции.
Ключевые слова: кабельная единица, жгут, текстовый файл, автоматизированное проектирование,
трассировка ЭС, раскладка кабеля, скелетная схема кабеля, параметры соединителей, габаритно-
массовые характеристики кабелей, конструкторская документация, производство, скелетная схема кабе-
ля, электрическая схема, единое электронное пространство
Вид ЭС определяется типом ракет-
но-космической техники (РТК), её назна-
чением, особенностями требований к си-
стеме электроснабжения. ЭС классифи-
цируют по назначению, основным элек-
трическим параметрам системы электро-
снабжения, роду тока, напряжению, ча-
стоте, конфигурации сети и т.п.
К ЭС предъявляется ряд специфи-
ческих требований, обеспечивающих:
- Надёжное и бесперебойное снаб-
жение электроэнергией потребителей в
любых условиях эксплуатации. Эта зада-
ча решается совместным построением
конфигурации сети, системы распределе-
ния и защиты. [4]
- Высокое качество электроэнергии,
получаемой потребителями. Это вызвано
тем, что многие потребители критичны к
величине напряжения (особенно сниже-
ния) или частоты.
- Защиты оборудования от помех,
возникающих при работе электрообору-
дования и статического электричества.
Современный уровень программ-
ных и технических средств электронной
вычислительной техники позволяет пе-
рейти от традиционных, ручных методов
конструирования и проектирования ЭС к
новым информационным технологиям с
использованием ЭВМ. В диалоге с ЭВМ
могут быть созданы модели проектируе-
мых изделий, чертежи и схемы, сформи-
рованы библиотеки чертежей деталей,
изображения которых заданы параметри-
чески. [5]
Рассмотрим этапы проектирования
ЭС (рис. 1).
Проектирование ЭС изделий начи-
нается с разработки схемы электрической
принципиальной (ЭЗ), схемы электриче-
ской общей (Э6), схемы соединений (Э4)
по принадлежности.
Схема электрическая принципиаль-
ная выполняется с помощью системы ав-
томатизированного формирования гра-
фики ЭЗ.
Схема электрическая общая разра-
батывается в любом графическом редак-
торе (например, Компас-график, Auto-
CAD и т.д.).
Система для автоматизированного
формирования графики схемы ЭЗ
представляет собой приложение,
работающее в среде графического
редактора AutoCAD, которое
используется для формирования схемы
ЭЗ ЭС, выпуска документации и
преобразования к табличному текстовому
формату для последующей обработки в
системе автоматизированного
проектирования (САПР) ЭС.
Входной информацией для САПР
ЭС являются:
- Кабельные единицы (жгуты). Ин-
формация по кабелям (жгутам) выпуска-
ется на систему изделия (схему).
192
- Перечень соединителей. Перечень
соединителей выпускается на систему
изделия.
Многоитерационный
процесс
Рис. 1 Взаимодействие участников процесса автоматизированного проектирования ЭС
- Схема ЭЗ системы изделия. Вы-
пускается полистно. Создаётся с помо-
щью приложения для AutoCAD «Система
автоматизированного формирования гра-
фики ЭЗ». Результат работы разработчи-
ка электрической схемы представлен на
рис. 2.
Рис. 2 Графическое преставление схемы электрической принципиальной
193
Исходные данные (ИД) на конфигу-
рацию и длины кабелей.
Выходной информацией САПР ЭС
являются:
- Текстовые файлы, содержащие
информацию по габаритно-массовым ха-
рактеристикам кабеля (ГМХК).
- Текстовые файлы, содержащие
информацию о внутренних параметрах
соединителей (ПС).
- Документация на кабели — тек-
стовые таблицы, скелетная схема кабеля
для сборочного чережа (формируется в
AutoCAD).
ЭС на электронной модели изделия
может быть представлена в виде набора
моделей кабелей. Кабель— это два или
больше проводника, которые содержатся
в одном изолирующем кожухе. Кабель
трёхмерен и обладает массово
инерционными характеристиками. [3]
Разработчики кабельных единиц
подготавливают альбом заделок для
использования его при проектировании
кабелей всех изделий и по мере
необходимости дополняют его, проводят
оценку ИД на изделие, схем
электрических принципиальных, общих,
соединений и др. На основании
проводимого анализа разрабатывается
алгоритм конструирования кабелей
изделия или проводится корректировка
существующего алгоритма. Затем
выполняется этап по получению ИД для
монтажника кабелей ЭС. Выходными
данными являются следующие файлы:
- табличный файл с ГМХК (список
связей на кабельную единицу);
- табличный файл с информацией о
параметрах соединителей (список
соединителей на кабельную единицу).
Разработчик кабелей генерирует ИД
в виде текстового файла в специальном
формате, являющегося входным для
модуля электропроводки Cabling (САПР
CreoElements/Pro). Текстовый файл
предназначен для хранения
структурированных данных и обмена
информацией между программами САПР
ЭС и САПР CreoElements/Pro. Этап
конструирования кабелей ЭС: выдача ИД
(входных текстовых файлов) для
монтажника кабелей ЭС.
В результате для каждого кабеля
создаётся текстовый файл.
Кабели имеют большую
протяжённость и буквально пронизывают
летательный аппарат. Это заставляет
выделить их в особую группу
геометрических тел, а их размещение в
изделии в отдельную задачу трассировки.
Эта процедура выполняется после
завершения компоновки, так как
расположение узлов, агрегатов и
элементов конструкции определяет
форму и длину коммуникаций. Задача
трассировки заключается в определении
конфигурации и длин кабеля. Исходными
данными для решения являются:
- компоновка изделия;
- точки выхода и входа кабеля;
- форма и размеры поперечного
сечения кабеля, а также погонная масса
(масса единичного отрезка) кабеля;
конструктивные и
функциональные ограничения (например:
условия и способы закрепления, радиус
изгиба и т.п.).
Цель трассировки — построение
линии трассы, определяющей прокладку
электрических коммуникаций. Этой
линией может быть ось или образующая.
[3]
Монтажник кабелей ЭС, используя
полученные входные текстовые файлы,
производит трассировку кабелей на
электронной модели изделия, после
расстановки приборов и прокладки
трубопроводов, получает модель кабеля в
модуле Cabling (САПР CreoElements/Pro)
(рис. 3) и модель монтажа ЭС в целом.
Основная задача монтажника
заключается в выборе грамотного
компоновочного решения, т.е.
обеспечение корректного прохождения
кабельных трасс по конструкции изделия,
между единицами бортовой аппаратуры
(приборы, датчики) и получение точных
данных о длинах и топологии кабелей.
Выходные данные:
- электронная модель кабельной
единицы;
194
- электронная модель монтажа ЭС
на борту проектируемого изделия.
В связи с конструктивными и
специализированными особенностями
выполнения монтажа ЭС на изделиях
РКТ, а так же выполнения трассировки
кабельных единиц на электронной
модели изделия, возникает
необходимость наложения особых
требований, которые задаются в виде
значений параметров таких как:
- имя участка общей трассы;
- набор элементов;
- требование пластины гаечной;
расположение (размещение)
прибора (датчика);
- имя прибора;
- требование углового корпуса;
- угол выхода кабеля, расположение
ключа;
- условия эксплуатации кабельных
единиц;
диаметр наконечника
металлизации и т.д.
При этом задача монтажника
кабелей ЭС сводится к определению и
наложению специальных требований в
виде определённых значений параметров
для передачи их в конструкторскую
документацию на кабельные единицы, с
последующей реализацией этих
требований в готовой продукции
(изделии).
Следующий этап, которые
выполняет монтажник — это получение
плоского представления кабельных
сборок в модуле Hamess (САПР
CreoElements/Pro) (рис. 4). Плоское
представление создаётся формированием
в трёхмерной проводке плоских
сегментов, с использованием точек
размещения — это позволяет
контролировать плоский контур
разложенной проводки. Процесс
прокладки может проходить как в
автоматизированном, так и в ручном
режимах.
На заключительном этапе
монтажник запускает программу
ReportCabling, которая является
надстройкой модуля Hamess и получает
скелет кабеля для сборочного чертежа
(рис. 5) и выходной текстовый файл,
который соответствует скелетной схеме
кабеля и носит описательный характер,
тем самым формирует ИД на
конфигурации и длины кабелей.
Разработчик кабелей, используя ИД
на конфигурацию и длины кабелей,
получает текстовые файлы на кабели
электрической схемы в формате
кабельной части САПР ЭС. Второй этап
работы: выдача ИД для разработчиков
кабельной сети, после чего, при
необходимости, проводится доработка
кабельной единицы.
Рис. 3. Трёхмерное представление кабеля в модуле
электропроводки Cabling
Рис. 4. Раскладка кабеля на плоскость в модуле
Hamess
195
Гмсрлвр опта по шэдулю *ОЫпд
Рис. 5 Файл скелетной схемы кабеля для сборочного чертежа
Разработчик кабелей на основе
разработанной конструкторской
документации готовит ИД для
производства. ИД содержат в себе
необходимую информацию для
изготовления кабельной единицы,
например:
- данные провода;
- длина провода;
- конструктивное исполнение;
- распайку соединителей и т.д.
Таким образом, с применением
такого подхода, производство получает
все необходимые данные для
изготовления кабельных единиц и
выполнение монтажа ЭС на изделии.
Прокладка кабелей на изделиях
РКТ, разработка электрических схем и их
проверка— это одни из самых сложных
задач. В этот процесс вовлекается
множество специалистов с разным
назначением, но благодаря
автоматизированному проектированию
ЭС появляется возможность создавать
изделия, удовлетворяющие высоким
показателям надёжности. Разработка ЭС
происходит при непосредственном
взаимодействии всех участников
процесса проектирования. Передача
информации осуществляется через
единое электронное пространство и
модульные САПР, что позволяет
осуществлять эффективную передачу
данных и результатов конкретного,
текущего этапа проектирования на все
последующие этапы, так же позволяет
получать не искажённую информацию в
нужном формате на каждом отдельном
этапе проектирования.
В результате применения
автоматизированного проектирования
при создании ЭС значительно
упрощается взаимодействие участников
процесса, появляется чёткая структура
управления информационными
потоками, что повышает качество
выпускаемой конструкторской
документации и готовой продукции,
снижает сроки изготовления изделия.
Библиографический список:
1. Гаршин О.А., Московченко А.В.
«Преимущество нисходящего проектиро-
вания на примере использования
Pro/ENGINEER WILDFIRE»/ Журнал
«САПР и графика» 2004.
№ 11.4С.
2. Михнеев М.А., Прокди Р.Г.
PRO/ENGINER WILDFIRE 2.0/3.0/4.0.
Самоучитель. - СПб.: изд. «Наука и Тех-
ника», 2008. - 352 с.: ил.
3. Гаврилов В.Н. Теоретические ос-
новы геометрического моделирования.
Часть 2. Трёхмерное моделирование.
Учеб, пособие. Самар, гос. аэрокосм, ун-
т. Самара, 2007.
4. Петровичев М.А. Система энер-
госнабжения бортового комплекса кос-
мических аппаратов: учеб. пособие/М.А.
Петровичев, А.С. Гуртов. - Самара: Изд-
196
во Самар, гос. аэрокосм, ун-та, 2007. -
80 с.
5. Чемпинский Л.А. Геометрическое
моделирование в CAD/CAM ADEM
(ПРАКТИКУМ): Учеб, пособие. Самар,
гос. аэрокосм, ун-т. Самара, 2006.
6. Грэхам Г., Стеффен Д.
Pro/ENGINEER® 2001, 3-е издание. - М.:
Изд. «Лори», 2003. - 364с.
7. http://www.ptc.com.
References
1. Garshin О.A., Moskovchenko A.V.
Advantages of the top-down design on the
basis of the Pro/ENGINEER WILDFIRE//
CAD systems and graphics, magazine, 2004,
#11, p.4.
2. Mineev M. A., Progdy R. G.
Pro/ENGINEER WILDFIRE 2.0/3.0/4.0.
Self-instruction manual. - Saint-Petersburg,
Science and Technics, 2008. - 352 p.
3. Gavrilov V.N. Theoretical bases of
geometrical modelling. A part 2. Three-
dimensional modelling. Studies. The grant.
Samaras, гос. аэрокосм, un y. Samara,
2007.
4. Petrovichev M.A. Sistema of power
supply of an onboard complex of space ve-
hicles: studies. M.A. Petrovichev, herd's
grant/m. - Samara: Publishing house Sama-
rarsky state space university, 2007. - 80
with.
5. Chempinskij L.A. Geometricheskoe
modelirovanie v CAD/CAM ADEM
(PRAKTIKUM): Ucheb. pocobie. Samar,
gos. Ajerokosm, un-t. Samara, 2006.
6. Graham G., Steffen D. Inside
Pro/ENGINEER® 2001, third edition. -
Moscow: Lori, 2003. - 364 p.
7. http://www.ptc.com.
COMPUTER-AIDED DESIGN ELECTRICAL NETWORKS
©2015 V.V. Biryk1, V.M. Bronshtein1’2, A.N. Koptev1, N.A. Nadeev1’2, V.R. Rakhmeeva1’2
1 Samara State Aerospace University
2 JSC SRC Progress, Samara
It is analyzed automated designing cable network (harness), including designing of the electrical circuit,
working out of the design documentation on cables, trace cable network system (harness) on electronic model of
a product and obtaining of initial data for preparation jf industrial division and product manufacturing.
Key words: cable, harness, xml-file, computer-aided design, trace cable network system, cable apportion,
the skeletal scheme of a cable, the parameters of connections, the parameters of weight-dimension characteristics
cable, design documentation, manufacture, skeletal scheme of a cable, electroscheme, unified electronic space
Информация об авторах:
Бирюк Владимир Васильевич, доктор технических наук, профессор, зам. заве-
дующего кафедрой теплотехники и тепловых двигателей, СГАУ, 443086, Россия, г. Са-
мара, Московское ш. 34, т. 8-(846)-267-45-66, e-mail: teplotexfessaubk.ru.
Область научных интересов: автоматизированное нисходящее параллельное проек-
тирование изделий.
Бронштейн Виталий Михайлович, кандидат технических наук, доцент кафедры
теплотехники и тепловых двигателей, ведущий инженер-конструктор АО «РКЦ «Про-
гресс», СГАУ, 443086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 8-(846)-267-45-66,
e-mail: mailfesamspace.ru.
Область научных интересов: автоматизированное нисходящее параллельное проек-
тирование изделий.
Коптев Анатолий Никитович, доктор технических наук, профессор, академик
Российской академии транспорта, заведующий кафедрой эксплуатации авиационной
техники, СГАУ, 443086, Россия, г. Самара, Московское ш. 34, т. 8-(846)-267-46-13,
e-mail: eatfessau.ru.
197
Область научных интересов: контроль и испытание летательных аппаратов и их
систем.
Надеев Николай Андреевич, инженер конструктор 2 категории АО «РКЦ «Про-
гресс», аспирант кафедры теплотехники и тепловых двигателей, СГАУ, 443086, Россия,
г. Самара, Московское ш. 34, т. 8-(846)-276-11-09, моб. 8-904-748-93-02, e-mail:
nikolaynadeev63fegmail.com.
Область научных интересов: автоматизированное нисходящее параллельное проек-
тирование изделий.
Рахмеева Виктория Рафаэловна, ведущий инженер конструктор АО «РКЦ «Про-
гресс», аспирант кафедры эксплуатации авиационной техники, СГАУ, 443086, Россия, г.
Самара, Московское ш. 34, т. 8-(846)-276-11-09, моб. 8-905-017-11-18, e-mail:
aVis Phoinixfemail.ru.
Область научных интересов: автоматизированное нисходящее параллельное проек-
тирование изделий.
Biryk Vladimir Vasilievich, Doctor of Engineering Science, professor, holder of chair of
the heat engineering and heat engines department, SSAU, 443086, Russia, Samara, Moskovsko-
ye shosse, 34, tel: 8-(846)-267-45-66, teplotexfessaubk.ru.
Area of research: automated downward parallel product design.
Bronshtein Vitali Mikhailovich, PhD in Technical Sciences, associate professor of the
heat engineering and heat engines department, Leading Engineer Designer JSC SRC Progress,
SSAU, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye shosse, 34, tel: 8-(846)-267-45-66,
mailfesamspacc.ru.
Area of research: automated downward parallel product design.
Anatoly Nikitovich Koptev, Dr. Sci., professor, academician of Russian Academy of
transport, head of division “Maintenance of Aircraft Engineering”, SSAU, 443086, Russia, Sa-
mara, Moskovskoye shosse, 34, tel: 8-(846)-267-46-13, e-mail: eatfessau.ru.
Area of research: control and test of aircraft and their systems.
Nadeev Nikolai Andreevich, Design Engineer, JSC SRC Progress, graduate of the heat
engineering and heat engines department, SSAU, 443086, Russia, Samara, Moskovskoye
shosse, 34, tel: 8-(846)-276-l 1-09, mob. 8-904-748-93-02, e-mail:
n i ко I a ynadce v63 fegma i I .com.
Area of research: automated downward parallel product design.
Rakhmeeva Viktoriya Rafajelovna, Leading Engineer Designer JSC SRC Progress,
postgraduate of department “Maintenance of Aircraft Engineering”, SSAU, 443086, Russia,
Samara, Moskovskoye shosse, 34, tel: 8-(846)-276-l 1-09, mob. 8-905-017-11-18, e-mail:
a V i s P h о i n i x fe mail.ru.
Area of research: automated downward parallel product design.
198
УДК 539.3, 539.4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ АСИМПТОТИЧЕСКОГО
РАЗЛОЖЕНИЯ М. УИЛЬЯМСА ПОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ОКРЕСТНОСТИ
ВЕРШИН ДВУХ КОЛЛИНЕАРНЫХ ТРЕЩИН ПРИ ОДНООСНОМ
СИММЕТРИЧНОМ РАСТЯЖЕНИИ ПЛАСТИНЫ
©2015 П.С. Росляков
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Работа посвящена аналитическому определению коэффициентов асимптотического разложения М.
Уильямса поля напряжений у вершин двух коллинеарных трещин равной длины в бесконечной пластине,
находящейся в условиях одноосного растяжения.
Ключевые слова: Асимптотическое разложение М. Уильямса, поле напряжений в окрестности
вершины трещины, две коллинеарные трещины, растяжение пластины, одноосное растяжение пластины,
многопараметрическое описание поля напряжений
Введение. О построении полного
асимптотического разложения
М. Уильямса.
В настоящее время много работ по-
священо определению коэффициентов
полного асимптотического разложения
М. Уильямса необходимого для получе-
ния наиболее точного решения [1-13].
В [1] решение основано на разло-
жении М. Уильямса, которое является
общим описанием поля напряжений
вблизи вершины трещины. Асимптотиче-
ское разложение М. Уильямса для каждо-
го образца пластины с трещинами содер-
жит последовательность коэффициентов,
зависящих от геометрических параметров
образца (длин трещин и расстояния меж-
ду ними) и величины приложенной
нагрузки. Аналитическое представление
хорошо известно для первых двух слага-
емых полного асимптотического разло-
жения в области кончика трещины (ко-
эффициент интенсивности напряжения,
Т-напряжение), но отсутствует для коэф-
фициентов слагаемых высшего порядка.
На основе поляризационно-
оптического метода (метода
фотоупругости) выполнено экспери-
ментальное исследование напряженно-
деформированного состояния в
окрестности вершины трещины в
образцах с надрезами, находящимися в
условиях смешанного нагружения.
Проведенное экспериментальное
исследование позволило определить
коэффициенты интенсивности
напряжений в асимптотическом
разложении полей напряжений и
перемещений в окрестности вершины
трещины, а также найти коэффициенты
высших приближений в полном
асимптотическом разложении М.
Уильямса [2].
Авторами статьи [3] описана
методика определения коэффициента
интенсивности напряжений и
Т-напряжений для трещины нормального
отрыва на основе измерения локальных
деформационных откликов, вызываемых
малыми приращениями ее длины.
Отклики в форме полей тангенциальных
перемещений регистрируются методом
электронной (цифровой) спекл-
интерферометрии. Интерпретация
экспериментальных данных базируется
на асимптотическом разложении М.
Уильямса. В [3] представлены результаты
демонстрационного эксперимента.
В работе [4] рассмотрены две воз-
можные модели и критериальные урав-
нения механики разрушения тел с выре-
зами, учитывающие несингулярные чле-
ны разложений полей напряжений у вер-
шины выреза (трещины) и основанные на
диаграммах трещиностойкости и мастер
кривой. Приведено критериальное урав-
нение обобщенной диаграммы трещино-
стойкости, одинаково приемлемой для
тела с трещиной и вырезом, и учитыва-
ющей изменение степени стеснения де-
199
формаций у вершины выреза в результате
конечности радиуса скругления его вер-
шины и несингулярной составляющей
напряжений (Т-напряжений). Введено
понятие эффективных Т напряжений,
определяемых посредством осреднения
Т-напряжений перед вершиной выреза в
области предразрушения, характеризуе-
мой эффективным расстоянием. Постро-
ена базовая зависимость вязкости разру-
шения в функции эффективных Т-
напряжений (мастер кривая) трубной
стали для данной геометрии надреза.
В работе [5] показана необходи-
мость учета как сингулярных, так и не-
сингулярных компонентов поля напря-
жений у вершины трещины и разреза в
параметрических и критериальных зада-
чах механики разрушения. Обсуждены
трехмерные и двухмерные модели и кри-
терии, учитывающие несингулярные Т-
напряжения. Их использование показано
на примере решения задач механики раз-
рушения, включающих анализ напряжен-
но-деформированного состояния в
окрестности вершины трещины, экспе-
риментальное определение трещиностой-
кости, мастер-кривой и обобщенной диа-
граммы трещиностойкости тел с трещи-
нами и разрезами, прогнозирование
направлений распространения трещины
смешанного типа.
В рамках работы [6] выполнен тео-
ретический и численный анализ влияния
несингулярных компонентов Т-
напряжений на размеры области пласти-
ческой деформации у вершины трещины
нормального отрыва в связи с изменени-
ем толщины образца. Расчеты проведены
для компактного образца трех толщин. В
[6] установлено, что размер области пла-
стической деформации в срединной по-
верхности образца уменьшается с ростом
его толщины. Для более корректного
определения формы области пластиче-
ской деформации необходим учет угло-
вого распределения несингулярных
Т-напряжений у вершины трещины.
В книге [7] обсуждаются проблемы,
связанные с влиянием накопления по-
вреждений в окрестности как стационар-
ной, так и растущей трещин. Приводится
детальное исследование собственных
значений в разложении по собственным
функциям поля напряжений в окрестно-
сти вершин трещин антиплоского сдвига
и нормального отрыва. Приведен асимп-
тотический анализ полей напряжений в
задаче о трещине антиплоского сдвига в
упругопластическом материале с учетом
высших приближений.
В работе [8] показано, что в полном
асимптотическом представлении полей
напряжений следует удерживать при-
ближения высших порядков, которые
оказываются существенными для опре-
деления амплитуды поля напряжений.
Авторы работы [9] провели анализ
напряженно-деформированного состоя-
ния в малой окрестности вершины тре-
щины - в материале строятся двучленные
асимптотические разложения компонент
тензора напряжений и деформаций, ко-
эффициенты второго члена разложений
находятся численно с помощью конечно-
элементного расчета. В [9] показано, что
необходимо удерживать высшие члены в
асимптотических разложениях механиче-
ских величин в окрестности вершины
трещины.
Результаты асимптотического ана-
лиза [10] показывают, что исключение из
расчета коэффициентов высших поряд-
ков асимптотических разложений может
привести к значительным ошибкам в
оценке параметров разрушения элемен-
тов конструкций.
Опираясь на полное асимптотиче-
ское решение М. Уильямса, в [11] в ре-
зультате обработки экспериментов, про-
веденных методами фотоупругости, были
вычислены коэффициенты интенсивно-
сти напряжений, сопоставленные с ре-
зультатами конечно-элементного реше-
ния. Полученные экспериментальные
данные показали, что высшие приближе-
ния в асимптотических разложениях ме-
ханических величин могут значительно
влиять на коэффициенты интенсивности
напряжений.
Важной и сложной задачей является
определение коэффициентов приближе-
ний высшего порядка (слагаемые третье-
го, четвертого и т.д. порядков) в полном
200
асимптотическом разложении поля
напряжений М. Уильямса. Именно опре-
делению коэффициентов высших при-
ближений полного асимптотического
разложения М. Уильямса поля напряже-
ний в окрестности вершин двух коллине-
арных трещин конечной длины в беско-
нечной пластине, находящейся в услови-
ях одноосного растяжения посвящена
данная работа.
Асимптотические поля у вершины
трещины
Для определения компонент тензо-
ра напряжений в окрестности вершины
трещины используем представление
М. Уильямса [12, 13]:
Оу(г.е)
= £ (1)
к=<х>
где - угловые распределения, опреде-
ляемые в ходе решения краевой задачи; г
- расстояние от кончика трещины;
ак = ak(ff22> а> Ъ} ~ коэффициенты, за-
висящие от геометрии образца с трещи-
ной и приложенной нагрузки, а^2 ~ Н0Р_
мальное напряжение, приложенное на
бесконечности, а и b - определяющие
геометрию вершины трещины.
Угловые распределения напряже-
ний в (1) имеют следующий вид
fl1 = к[(2 + к/2 4- (-l)k )cos(k/2 - 1)0 - (к/2 - l)cos(fc/2 - 3)0]/2,
fl2 = fc[(2 4- к/2 - (-l)k }cos(k/2 - 1)0 4- (к/2 - l)cos(fc/2 - 3)0]/2, (2)
fl2 = к[(к/2 - 1 )sin(k/2 - 3)0 - (к/2 4- (-l)k)sin(fc/2 - 1)0]/2.
радиальные и угловые распределения
компонент тензора напряжений (1), (2) не
содержат геометрические характеристики
образца с трещинами и зависимости от
приложенной нагрузки. Вышеуказанные
характеристики учитываются только ко-
эффициентами ак (амплитудными мно-
жителями).
В большинстве инженерных при-
ложений в (1) удерживается лишь одно
слагаемое или два, последнее из которых
называется Т-напряжением. В последнее
время в механике разрушения сложилось
ясное понимание необходимости учета
высших приближений в асимптотическом
представлении поля напряжений (1).
Приведем анализ высших прибли-
жений в полном асимптотическом разло-
жении М. Уильямса в окрестности вер-
шин двух коллинеарных трещин конеч-
ной длины в бесконечной пластине,
находящейся в условиях одноосного рас-
тяжения. Рассмотрим тонкую пластину с
двумя коллинеарными трещинами под
действием растягивающей нагрузки
(рис. 1). При а = 0 получаем одноосное
симметричное растяжение пластины с
двумя коллинеарными трещинами.
°22
Рис. 1 - Двухосное симметричное растяжение тонкой пластины с двумя коллинеарными трещинами одина-
ковой длины.
201
Комплексное представление поля жения пластины с двумя коллинеарными
напряжений в случае двухосного растя- трещинами имеет вид [7]
0n(z) = 2Re[<p'1(z)] - 2x2Im[<Pi(z)] + С,
<r22(z) = 2T?e[^i(z)] + 2x2/m[<p'1'(z)] - C, (3)
0i2(z) = -2x2Re[<pi (z)], где C = (a - 1) a22/2.
Комплексный потенциал ф^(г) для
пластины с двумя трещинами определя-
ется из формулы (3):
<jPi(z) =
<*22 г2-С2 f .022 _ 2Е(п/2,к)
2 y/(z2 - a2)(z2 - b2) а } 4 ’ 2 F(ir/2,fc)
к
= у/1 - а2/Ь2, (4)
где F(n/2,k) и Е(п/2,к) - полные
нормальные эллиптические интегралы
Лежандра первого и второго рода.
Для случая двухосного симметрич-
ного растяжения тонкой пластины с дву-
мя коллинеарными трещинами выраже-
ния (3) принимают вид
<ГцО) = °22
z2 — С2
.y/(z2 - a2)(z2 - b2).
а — 1
z2 - C2
022(Z) = 022 \Re ,-------------------
I 17 (z2 — a2)(z2 — fc2).
2z
+ x2lm , =
LV(z2 - a2)(z2 - b2)
z(z2 — C2)(2zZ — a1 — b2)
(z2 - a2)3/2(z2 - b2)3'2 ]J’
(5)
2z
a2)(z2 - b2)
012 O) = ~X2022 1 Ее
Определим поле напряжений в слу-
чае двухосного растяжения пластины с
двумя коллинеарными трещинами для
z(z2 — C2)(2z2 — a2 — b2) I
(z2 — a2)2(z2 — b2)2 ]J
точки b (рис. 1). Таким образом, x2 = О,
в = 0, z = b + ге1в.
Имеем
0ц = V2 + a2^ii + аз/^г1/2 + + a3f^r3/2 + arf^r2 + •••
Стоит отметить, что все а2к = О, V Выразим компоненты ак, подстав-
к> 1. ляя из (2)
_ 022 (^2 — Е2)
\p2b\lb2 — а2
022^.а ~ 1)
--------->
ЗЬ4 - 7Ь2а2 + 5Ь2С2 - а2С2
Лз ~Л1 12b(b2 - a2)(b2 - С2) ’
202
а4 = О,
5ft6 - 3464а2 + 4364С2 + 2b2a2C2 - 19Ь2а4 + За2С2
“5 " Я1 160Ь2(Ь2 - а2)2(Ь2 - С2) '
а6 = О,
а7
7Ь8 - 113Ь6а2 + 177й6С2 - 227Ь4а44- 13764а2С2 + 11Ь2а4С2 + 13Ь2а6 - 5а6С2
896b3(62-а2)3(62 - С2)
а8 = О,
а9 = CIJ45610 - 1636Ь8а2 + 2867Ь8С2 - 7170Ь6а4+5732Ь6а2С2 - 132Ь4а6
+ 450Ь4а4С2 - 124Ь2а6С2 - 67Ь2а8 + 35а8С2]
/[18432Ь4(Ь2 - а2)4(Ь2 - С2)]
aio = 0.
На рис. 2 приведены графики рас-
пределения напряжений о’ц/о’гг в
окрестности вершины трещины b для
случая двухосного растяжения пластины
с двумя коллинеарными трещинами при
а = 0, а = 1, b = 2. Рис. 3 содержит
графики распределения напряжений
в диапазоне от 0.15(Ь - а)/а
до 0,22(6 — а)/а от вершины трещины
Ь. На рис. 4 изображены графики распре-
деления напряжений 22/^22 в окрестно-
сти вершины трещины Ь. На рис. 5 при-
ведены графики распределения напряже-
ний 022/ff22 в диапазоне от 0.15(6 —
а)/а до 0,22(6 — а)/а от вершины тре-
щины Ь. Для каждого случая удержива-
ется разное число коэффициентов полно-
го асимптотического разложения поля
напряжений, от 1 до 10.
f
Рис. 2 - Графики распределения напряжений O11/O22 в окрестности вершины трещины b для случая двух-
осного растяжения пластины с двумя коллинеарными трещинами. График красного цвета - график распре-
деления напряжений в окрестности вершины трещины для случая асимптотического разложения поля
напряжений с удержанием одного коэффициента, синий - двух, зеленый - трех, оранжевый - пяти коэффи-
циентов. Графики с удержанием коэффициентов шестого и высших порядков совпадают с графиком оран-
жевого цвета
203
Рис. 3 - Графики распределения напряжений (7цв диапазоне 0.15(Ь — а)/а — 0,24(Ь — а)/а от вер-
шины трещины b для случая двухосного растяжения пластины с двумя коллинеарными трещинами. График
красного цвета - график распределения напряжений в окрестности вершины трещины для случая асимпто-
тического разложения поля напряжений с удержанием одного коэффициента, синий - двух, зеленый - трех,
оранжевый - пяти коэффициентов. Графики с удержанием коэффициентов шестого и высших порядков сов-
падают с графиком оранжевого цвета
Рис. 4 - Графики распределения напряжений а22/а22 в окрестности вершины трещины b для случая двух-
осного растяжения пластины с двумя коллинеарными трещинами. График красного цвета - график распре-
деления напряжений в окрестности вершины трещины для случая асимптотического разложения поля
напряжений с удержанием одного коэффициента, зеленый - трех, черный - пяти коэффициентов. График с
удержанием коэффициента второго порядка совпадает с красным графиком, четырех - с зеленым. Графики с
удержанием коэффициентов шестого и высших порядков совпадают с графиком черного цвета
204
1.6
Рис. 5 - Графики распределения напряжений Огг1агг в диапазоне 0.15(Ь — а)/а — 0,24(Ь — а)/а от вер-
шины трещины b для случая двухосного растяжения пластины с двумя коллинеарными трещинами. График
красного цвета - график распределения напряжений в окрестности вершины трещины для случая асимпто-
тического разложения поля напряжений с удержанием одного коэффициента, зеленый - трех, черный - пя-
ти, сиреневый - шести коэффициентов. График с удержанием коэффициента второго порядка совпадает с
красным графиком, четырех - с зеленым. Графики с удержанием коэффициентов седьмого и высших поряд-
ков совпадают с графиком сиреневого цвета
Как видно из графиков (рис. 2-5),
шестое, седьмое и следующие коэффици-
енты полного асимптотического разложе-
ния поля напряжений не оказывают влия-
ния на общую картину распределения
напряжений в окрестности вершин тре-
щин.
Учитывая полученные результаты
можно утверждать, что для получения
наиболее точных результатов, при реше-
нии поставленных задач, необходимо
удерживать коэффициенты первых пяти
приближений полного асимптотического
разложения М. Уильямса поля напряже-
ний.
С помощью полученных результатов
стало возможным удержать любое наперед
заданное число коэффициентов полного
асимптотического разложения поля
напряжений у вершин двух коллинеарных
трещин при двухосном растяжении пла-
стины. Так же в работе произведен анализ
необходимого порядка коэффициентов
полного асимптотического разложения М.
Уильямса поля напряжений, которые ока-
зывают наибольшее влияние на поле
напряжений.
Библиографический список:
1. Hello G., Tahar М. В., Roeland J. -
М. Analytical determination of coefficients in
crack-tip stress expansions for an finite crack
plane medium, J. International Journal of Sol-
ids and Structures. - 2012. - V. 49. - P. 556-
566.
2. Герасимова T.E., Домаков П.Н.,
Степанова Л.В. Цифровая фотомеханика:
численная обработка результатов опто-
электронных измерений и ее приложение к
задачам механики разрушения // Вестник
Самарского государственного университе-
та. - 2013. - № 9-2(110). - С. 63-73.
3. Писарев В.С., Матвиенко Ю.Г.,
Одинцев И.Н. Определение параметров
механики разрушения при малом прира-
щении длины трещины // Заводская лабо-
ратория. Диагностика материалов. - 2012.
-Т. 78.-№4.-С. 45-51.
205
4. Матвиенко Ю.Г. Два подхода к
учету несингулярных Т-напряжений в кри-
териях механики разрушения тел с выре-
зами // Проблемы машиностроения и
надежности машин. - 2011. - № 5. - С.
104-110.
5. Матвиенко Ю.Г. Несингулярные
Т-напряжения в проблемах двухпарамет-
рической механики разрушения//3аводская
лаборатория. Диагностика материалов. -
2014. - Т. 78. - № 2. - С. 51-58.
6. Матвиенко Ю.Г., Починков Р.А.
Влияние несингулярных компонент Т-
напряжений на зоны пластической дефор-
мации у вершины трещины нормального
отрыва // Деформация и разрушение мате-
риалов.-2012.-№3.-С. 6-14.
7. Степанова Л.В. Математические
методы механики разрушения; - Самара:
Самарский университет, 2009. - 336 с.
8. Niu Z., Cheng С., Ye J., Recho N.
Evaluation of the stress singularities of plane
V-notches in bonded dissimilar materials //
Applied Mathematical Modelling. - 2009. -
V. 33.-P. 1776-1792.
9. Ding P., Wang X. Solutions of the
second elastic-plastic fracture mechanics pa-
rameter in test specimens // Engn. Fracture
Mechanics. - 2010. - V. 77. - P. 3462-3480.
10. Ayatollahi M.R., Dehgany M.,
Nejati M. Fracture analysis of V-notched
components - Effects of first non-singular
stress term // International Journal of Solids
and Structures. - 2011. - V. 48. - P. 332-341.
11. Ayatollahi M.R., Nejati M. Exper-
imental evaluation of stress field around the
sharp notches using photoelasticity // Materi-
als and Design. - 2011. - V. 32. - P. 561 -569
12. Kachanov M., Shafiro B., Tsukrov
I. Handbook of elasticity solution // Springer-
Science+Business Media. - 2003. - 329 p.
13. Williams M.L. On the stress distri-
bution at the base of a stationary crack //
Trans. ASME. Journal of Applied Mechanics.
1957. V. 24. P. 109-114.
References:
1. Hello G., Tahar M. B., Roeland J. -
M. "Analytical determination of coefficients
in crack-tip stress expansions for an finite
crack plane medium," J. International Journal
of Solids and Structures. - 2012. - V. 49. - P.
556-566.
2. Gerasimova T.E., Lomakov P.N.,
Stepanova L.V. Numerical photomechanics:
numerical processing of photoelasticity exper-
iments and its application to the problems of
fracture mechanics problems//Vestnik of Sa-
mara State University. - 2013. - V. 9-2(110).
- P. 63-73.
3. Pisarev V.S., Matvyenko Yu. G.,
Oditsev I.N. Determination of fracture me-
chanics parameters at a small gain of length of
a crack // Factory laboratory. Diagnostics of
materials. - 2012. - V. 78 (4). - P. 45-51.
4. Matvyenko Yu. G. Two approaches
to the account of notsingular T-pressure in
measure of a fracture mechanics of bodies
with cuts // Problems of mechanical engineer-
ing and reliability of cars. - 2011. - V 5. - P.
104-110.
5. Matvyenko Yu. G. Nonsingular T-
Stress in Problems of Two-Parameter Fracture
Mechanics // Factory laboratory. Diagnostics
of materials. - 2014. - V. 78 (2). - P. 51-58.
6. Matvyenko Yu. G., Pochinkov R.A.
Influence not singular components of T-
pressure on field of plastic strain at normal
separation crack tip // Strain and fracture of
materials. -2012. -V. 3. - P. 6-14.
7. Stepanova L.V. Mathematical meth-
ods of fracture mechanics; - Moscow: PHIS-
MALIT, 2009. - 336 p.
8. Niu Z., Cheng C., Ye J., Recho N.
Evaluation of the stress singularities of plane
V-notches in bonded dissimilar materials //
Applied Mathematical Modelling. - 2009. -
V. 33.-P. 1776-1792.
9. Ding P., Wang X. Solutions of the
second elastic-plastic fracture mechanics pa-
rameter in test specimens // Engn. Fracture
Mechanics. - 2010. - V. 77. - P. 3462-3480.
10. Ayatollahi M.R., Dehgany M.,
Nejati M. Fracture analysis of V-notched
components - Effects of first non-singular
stress term // International Journal of Solids
and Structures. - 2011. - V. 48. - P. 332-341.
11. Ayatollahi M.R., Nejati M. Exper-
imental evaluation of stress field around the
sharp notches using photoelasticity // Materi-
als and Design. - 2011. - V. 32. - P. 561-569
12. Kachanov M., Shafiro B., Tsukrov
I. Handbook of elasticity solution // Springer-
Science+Business Media. - 2003. - 329 p.
13. Williams M.L. On the stress distri-
206
bution at the base of a stationary crack //
Trans. ASME. Journal of Applied Mechanics.
1957. V. 24. P. 109-114.
DETERMINATION OF COEFFICIENTS OF THE M.WILLIAMS’S
ASYMPTOTIC EXPANSION OF THE STRESS FIELD IN THE
NEIGHBOURHOOD OF TWO COLLINEAR CRACK TIPS AT THE UNIAXIAL
SYMMETRICAL TENSION OF THE PLATE
© 2015 P.S. Roslyakov
JSC «SRC «Progress», Samara
Paper is devoted analytical determination of coefficients of the M. Williams asymptotic expansion of the
stress field in the neighbourhood of two collinear crack tips in an infinite plate under uniaxial stretching.
Key words: M. Williams's asymptotic expansion, the stress field in the neighbourhood ofcrack tips, two col-
linear crack tips, plate stretching, uniaxial stretching plate, higher order approach
Информация об авторе:
Росляков Павел Сергеевич, инженер-конструктор 2 категории, АО «РКЦ «Прогресс»,
e-mail: rosps89femail.ru.
Область научных интересов: математическое моделирование в механике, асимптотиче-
ские методы и теория возмущений, механика твердых тел, конечно-элементный анализ, нели-
нейная механика разрушения, теория ползучести, численные методы.
Roslyakov Pavel Sergeevich, design engineer, JSC «SRC «Progress», e-mail:
rosps89femail.ru.
Area of interest: mathematical modeling in mechanics, asymptotic methods and perturbation
theory, solid mechanics, finite element analysis, nonlinear fracture mechanics, creep theory, numeri-
cal methods.
207
УДК 681.5: 681.5.01
АНАЛИТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ЗАКОНА УПРАВЛЕНИЯ
КОСМИЧЕСКИМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ
©2015 Б.К. Чостковский1, В.Ю. Денисов2
'Самарский государственный технический университет, г. Самара
2АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассматривается использование терминального управления применительно к дискретной модели си-
стемы одноосной ориентации и стабилизации космического летательного аппарата (КЛА).
Рассматриваются метод структурно - параметрического синтеза терминального регулятора.
Ключевые слова: система управления, оптимизация терминального регулятора, космический лета-
тельный аппарат, система ориентации и стабилизации
В [1] предложено в системах пози-
ционирования использовать терминаль-
ный регулятор, который позволяет
управлять длительностью переходного
процесса и его формой. Построенный по
такому принципу регулятор, в сочетании
с возможностью тактирования его по
пространственной координате, позволяет
обеспечить попадание объекта в задан-
ную точку фазового пространства в ре-
гламентированный момент времени или
прохождение объекта через заданные
пространственные координаты.
Рассмотрим одноосную систему
ориентации и стабилизации с двигателем
- маховиком, пренебрегая перекрестны-
ми гироскопическими связями. Такая по-
становка вполне оправдана при выполне-
нии плоского поворотного маневра (во-
круг одной оси), а также в некоторых
частных случаях стабилизации [4,5,6].
Система управления одноосной
ориентации и стабилизации КЛА в не-
прерывном виде представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема одноосной системы ориентации КЛА
В схеме, изображенной на рис.1,
введены следующие обозначения: а0 -
задающее воздействие соответствующее
заданному углу поворота, ОС - текущее
значение угла поворота, Мв - внешний
возмущающий момент действующий на
корпус аппарата по оси х, Н(} - началь-
ное значение суммарного момента коли-
чества движения, ]УДв - передаточная
функция вентильного двигателя, -
момент инерции двигателя, Jах - момент
инерции космического аппарата относи-
тельно оси х.
При исследовании использовались
следующие параметры и непрерывные
ПФ системы:
208
Wp{p) = K = \,
87.84
IT (p) =
лв P 0.00234л2 +5 + 64.3
JM =13-10’3кг-л/2,
Jax - 48кг-jw 2,
4=0,
4= о.
(1)
Для построения терминального ре-
гулятора был осуществлен переход к
дискретному аналогу непрерывной си-
стемы, представленной на рис. 1, с шагом
квантования 0,1с..
Получены ПФ модели объекта
управления в дискретном виде. Для этого
ПФ объекта управления (2) преобразова-
на в дискретную ПФ (3), используя из-
вестные методы [3]:

(2)
3-10~5z~'+5.508-10~fez~2-1.221O~loz~3
" Z ~ 1 —z-1 +0.00037z“2 -2.757 -IO’19z’4 ’ (
Далее, для обеспечения терминаль- полнив её передаточную функцию рав-
ного закона управления следует произве- ными нулями и полюсами [2]:
сти изменение вида модели объекта, до-
_ 3 • 10~5z~' +5,508 • 10~6 z~2 -1,22 • 10~'°z~3 • (1 - z,z~')
чГТ/1 -1ч~ 1 -z’1+0.00037z’2 -2.757-10‘19z^-a-z.z’1) ’
Л, 7 1 I I f I - 7 7 1 Х 1 '
где выбранное множество нулей и
полюсов {z,( обуславливает множество
значений управляемой координаты а(к)
(к - номер такта) при регистрации пере-
ходной характеристики.
В качестве нуля и полюса выбрано
устойчивое значение z, =0.9 , следова-
тельно ПФ модели объекта управления
примет вид:
3 • 10~5 z~‘ + 3.251 • 10~6 z~2 + 4.957 • 10~6 z~3 +1,01 • 10~'° z-4
1 — 0.1004z-1 - 0.9z-2 + 0.000338z~3 - 2.757 • 10“l9z“4
ПФ терминального регулятора имеет вид [2]:
209
<7о -Л^ПО-г^’1)
gtep^ =-----> (6)
1-<?0 • адП(1-^-')
д{} найдено из соотношения:
____________________1____________________
Z?j + Z?2 + ^3 + • • • +
= 1.4823-104, (7)
С учетом добавленных нулей и полюсов и найденного значения </() запишем ПФ
терминального регулятора:
G 0.4447z~‘ + 0.437z~2 - 0,375 lz~3-0A409z^ -
TEP{Z) ~ i _ o. 1004z~' - 0.9z"2 + 0.000338z3 + 3.177 • 1 O’7 z’4 -
-0.0658z~5 +2.35-10~5z~6 + 5.07 • 10~7z~7 -3.71 • 10~25z~8
-8.973 • 1 O’8 z’5 + 4.49 1011 z'6 + 8.938 • 10’1 V7 - 6.54 1 O’32 z’8 ’
(8)
Построены переходные процессы с
использованием терминального регуля-
тора и стандартного оптимального циф-
рового ПИ - регулятора, изображенные
на рис. 2, показана эффективность тер-
минального регулятора. При построении
переходных процессов использовался па-
кет Simulink системы научных и инже-
нерных вычислений MATLAB.
Рис. 2. - Сравнение переходных процессов системы управления одноосной ориентации и стабили-
зации КЛА: 1 - оптимально настроенный цифровой ПИ - регулятор; 2 - оптимальный терминальный регуля-
тор
Из семейства характеристик, пред-
ставленных на рис.2 на первый взгляд
можно заметить, что использование циф-
рового ПИ - регулятора (кривая 1) более
эффективно в плане быстродействия, но
ошибка системы будет приближаться к
нулю в бесконечности. Это может приве-
сти к значительным ошибкам при съемки
объектов Земли и определения их место-
нахождения.
Использование терминального ре-
гулятора (кривая 2) позволяет получить
ошибку системы равную нулю на 3-м
такте, обеспечивая тем самым высокую
210
точность, что очень важно непосред-
ственно для КЛА во время, к примеру,
съемки объектов Земли.
При управлении по двум и более
координатам предложенное терминаль-
ное управление может быть распростра-
нено и на многосвязную систему управ-
ления, которая учитывает влияния пере-
крестных гироскопических связей.
Библиографический список:
1 .Синтез цифрового регулятора тер-
минальной системы позиционирования
динамического объекта: Б.К Чостков-
ский, С.А Колпащиков, «Актуальные
проблемы ракетно-космической техники
и её роль в устойчивом социально - эко-
номическом развитии общества» (I Коз-
ловские чтения).2009. с 96-98
2 .Б.К. Чостковский Моделирование и
алгоритмизация процессов управления в
стохастических системах с цифровыми
регуляторами: Учеб, пособ. /2-е изд.,
испр. И доп. - Самар, гос. техн. ун-т. Са-
мара, 2013. 146с.:ил.
3 .Избранные главы теории автомати-
ческого управления с примерами на язы-
ке MATLAB: Б.Р. Андриевский, А.Л.
Фрадков, СПб.: Наука, 2000. - 475с.
4 .Управление космическими аппара-
тами: К.Б. Алексеев, Г.Г. Бебенин, М.:
Машиностроение, 1974. - 340с.
5 .Движение искусственного спутника
земли относительно центра масс: В.В.
Белецкий, Изд. «Наука», 1965. -416с.
б.Оптимальная система стабилизации
космического летательного аппарата с
электромаховичными исполнительными
органами: О.И. Гавриленко, О.В. Резни-
кова, О.А. Лученко, Авиационно-
космическая техника и технология, 2006,
№6 (32)
References:
1. Synthesis digital control of terminal
positioning system of dynamic object: B.
Chostkovsky, S. Kolpashchikov, «Actual
problems of rocket-space technology and its
role in stable socio-economic development
of society» (The first reading of Kozlov).
2009. 96-98 pages.
2. B. Chostkovsky. Modelling and algo-
rithmization management processes in sto-
chastic systems with digital controls: Manu-
al / 2nd edition, revised and augmented. -
Samara State Technical University. Samara,
2013. 146p.: illustration.
3. Selected chapters of automatic con-
trol theory with examples in MATLAB: B.
Andrievsky, A. Fradkov, St.-Peterburg .:
Science, 2000. - 475p.
4. Control spacecraft: K. Alekseev, G.
Biabenin, Moscow .: Engineering, 1974. -
340p.
5. The movement of an artificial satel-
lite of the Earth relative center of mass: V.
Beletsky, Publishing house «Science», 1965.
-416p.
6. The optimum system stabilization of
the spacecraft with elektroflywheel actuator:
O. Gavrilenko, O. Reznikova, O. Luchenko,
Aerospace technique and technology in
2006, №6 (32)
ANALYTIC SYNTHESIS OF CONTROL LAW SPACECRAFT
©2015 B. Chostkovsky1, V. Denisov2
'Samara State Technical University, Samara
JSC «SRC «Progress», Samara
We consider the use of the terminal control for discrete model of the system uniaxial orientation and stabi-
lization of the spacecraft. We consider a method of structural-parametric synthesis of the terminal control.
Keywords: control system, optimization of the terminal control, spacecraft, system of orientation and stabi-
lization
211
Информация об авторах:
Чостковский Борис Константинович, д.т.н., профессор кафедры АУТС, СамГТУ,
443 100, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, т. 337-07-00, auts6ajsamgtu.ru.
Область научных интересов: теория автоматического управления, цифровые систе-
мы управления, математическое моделирование.
Денисов Владимир Юрьевич, инженер - программист 2 кат. АО «РКЦ «Прогресс»,
443 009, Россия, г. Самара, ул. Земеца, 18, т. 89379835126, vladenisov63(a;gmail.com.
Область научных интересов: теория автоматического управления, математическое
моделирование, управление космическими летательными аппаратами.
Boris Chostkovsky, Dr.Sci.Tech., professor of sub-faculty AUTS, Samara State Technical
University, 443100, Russia, Samara, Molodogvardiiska st., 244, phone number 337-07-00,
auts(a>samgtu.ru.
Area of research: the theory of automatic control, digital control systems, mathematical
simulation.
Vladimir Denisov, engineer-programmer 2nd category of JSC «SRC «Progress», 443009,
Russia, Samara, Zemetsa st., 18, mobile phone 89379835126, vladenisov63(ajgmail.com.
Area of research: the theory of automatic control, mathematical simulation, control of
spacecraft.
212
УДК 519.6+533.6
АЛГОРИТМ ДИНАМИЧЕСКИ ПЕРЕСТРАИВАЕМОЙ СЕТКИ В ЗАДАЧЕ
ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ОБТЕКАНИЯ БОКОВЫХ БЛОКОВ
РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ «СОЮЗ» В ПРОЦЕССЕ ИХ РАЗДЕЛЕНИЯ
©2015 А.А. Костарев
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Самарский государственный аэрокосмический университет имени
академика С.П. Королёва (Национальный исследовательский университет), г. Самара
Рассмотрено моделирование аэрогазодинамики начального момента движения ББ в соответствии с
логикой работы системы отделения и маршевой траектории выведения PH, а также начального участка сво-
бодного полета ББ после разрыва связей со второй ступенью, продолжительностью ~ 2 сек. Показаны ре-
зультаты, включающие траекторные параметры движения ББ, а также его аэродинамические характеристики
в процессе отделения. Полученные данные сравнивались с видеоматериалом запуска изделия Sentinel-1 А.
Ключевые слова: ракета-носитель, динамически перестраиваемая сетка, решатель 6DOF, численное
моделирование
Проблемы безударного увода отра-
ботавших ступеней, стабилизации их во
время свободного полета для уменьше-
ния районов падения отделяемых частей
(ОЧ) ракеты-носителей (PH), а также
возможного спасения с учетом многора-
зовое™ их исполнения, требуют ком-
плексного моделирования задач аэроди-
намики, динамики движения, тепловых
нагрузок и прочности сложных по форме
и массово-инерционным характеристи-
кам тел, приближенного к реальной фи-
зической задаче, с учетом современного
развития вычислительных технологий.
Современные пакеты вычислитель-
ной аэрогазодинамики (ANSYS Fluent,
CFD++, GASP, CFD-Fastran,
OVERFLOW, OpenFoam, Logos-Adaptive
и др.) позволяют комплексно моделиро-
вать аэродинамику и динамику движения
на основе модели шести степеней свобо-
ды (6DOF) с применением алгоритмов
динамически-перестраиваемых, адаптив-
ных или сеток типа «Химера» с последу-
ющим переносом полученных данных в
сторонние приложения для определения
прочности конструкции.
Начальный этап движения ОЧ про-
граммируется по логике работы системы
отделения с помощью пользовательских
функций, которые вводятся в решатель
вычислительного пакета. Моделирование
последующего свободного движения ОЧ
осуществляется по параметрам, соответ-
ствующим высоте на которой происходит
разделение. Для однозначности опреде-
ления зон возможного падения ОЧ, а
также для увеличения точности расчетов
предлагается разделять расчетную об-
ласть на составные сеточные объемы с
последующим переносом полученных
параметров движения ОЧ из одной рас-
четной области в другую.
На примере отделения боковых
блоков (ББ) PH «Союз» показано моде-
лирование аэродинамики начального мо-
мента движения в соответствии с логикой
работы системы отделения и маршевой
траектории выведения PH, в том числе
начальный участок свободного полета ББ
первой ступени после разрыва связей со
второй ступенью продолжительностью ~
2 сек.
Расчетная область содержала пол-
ную модель PH «Союз». Моделирование
проводилось для пяти расчетных сеточ-
ных объемов размерностью от 12 млн. до
45 млн. элементов. Получены графики
изменения положения центра тяжести,
скорости центра тяжести, угловой скоро-
сти и углов Эйлера (рысканья, тангажа,
крена) ББ, а также коэффициента про-
дольной силы ББ в зависимости от вре-
мени полета. Результаты моделирования
сравнивались с данными полученными с
видеокамер впервые установленных на 3-
213
й ступени PH «Союз» при запуске изде-
лия Sentinel-1А с космодрома Куру во
Французской Гвиане 3.04.2014 г. 21:02
GMT [1,2]
Использовался пакет ANSYS Fluent
14.5, реализующий алгоритм динамиче-
ски перестраиваемых сеток. Расчеты вы-
полнены с привлечением вычислитель-
ных ресурсов кластера «Сергей Королев»
СКЦ СГАУ (http://hpc.ssau.ru).
Библиографический список:
1. Sentinel-1A rides into space on a
Soyuz. 2014. 04 anp. URL:
http://youtube.com/watch?v=Dwutn7xqEpg
(дата обращения: 01.06.2014).
2. On-board camera provides a unique
perspective on Arianspace’s successful
Flight VS07. 2014. 05 anp. URL:
http://youtube.com/watch?v=rhqclpAa208
(дата обращения 01.06.2014).
DYNAMIC OVERSET MESH ALGORITHM IN THE PROBLEM OF
NUMERICAL FLOW SIMULATION AROUND THE BOOSTERS ‘SOYUZ’
IN SEPARATION PROCESS
©2015 A.A. Kostarev
JSC «SRC «Progress», Samara
Samara State Aerospace University named after academician S.P. Korolyov
(National Research University), Samara
Aerodynamic modeling at the initial moment of movement a boosters В, V, G, D the rocket 'Soyuz’ in ac-
cordance with a logic of separation control system, boost phase trajectory and also the lead of free flight of boosters
after breaking ties with second stage, lasting about 2 sec. is considered. The result including parameters of boosters
movement and also their aerodynamic characteristic in the process of their separation are shown. The obtained data
were compared with captured footage from liftoff to separation by cameras mounted on Soyuz Fregat upper stage
that sent Sentinel-1A into space on 3 April 2014.
Key words: launch vehicle, dynamic overset mesh, 6DOF solver, numerical simulation
Информация об авторах:
Костарев Алексей Александрович, аспирант, Самарский государственный аэро-
космический университет имени академика С.П. Королёва (Национальный исследователь-
ский университет), инженер-конструктор, АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара,
alexey.kostarevfehotmail.de, +79276164589. Область научных интересов: вычислительная
аэрогазодинамика, численное моделирование, газодинамика летательных аппаратов, се-
точные модели, САПР.
Kostarev Alexey Alexandrovich, postgraduate, Samara State Aerospace University
named after academician S. P. Korolyov (National Research University), aerodynamic engineer,
JSC «SRC «Progress», Samara, alexey.kostarevfehotmail.de, +79276164589. Area of research:
computational fluid dynamics, numerical simulation, flow dynamic of the launch vehicle, mesh
generation, CAD/CAM.
214
IV Всероссийская научно-техническая конференция
«Актуальные проблемы ракетно-космической техники»
(IV Козловские чтения)
Секция 7: Информатика и информационно-
управляющие системы. Методы и средства
защиты информации
215
УДК 519.63
О ВОЗМОЖНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ОБЛАЧНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ
ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ НА АЭРОКОСМИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
©2015 Д.Л. Головашкин
Институт систем обработки изображений Российской академии наук, г. Самара
Обсуждается актуальность задачи моделирования воздействия электромагнитных полей высокой ин-
тенсивности на аэрокосмическое оборудование. Описывается состояние исследований в предметной обла-
сти, предлагаются методы и подходы к решению поставленной задачи с помощью облачных вычислений.
Ключевые слова: Воздействие полей высокой интенсивности, FDTD-метод, параллельные
алгоритмы
Современное состояние исследований
в области электромагнитной совме-
стимости
Необходимость изучения воздей-
ствия электромагнитных полей высокой
интенсивности на авиационную и косми-
ческую технику стала очевидна с начала
80-х годов прошлого века после серии
авиационных катастроф: падении пяти
армейских вертолетов Blackhawk, проле-
тавших вблизи радиопередатчиков (1981-
1987, отказ системы управления горизон-
тального хвостового оперения); падение
истребителя Tornado у передатчика ра-
диостанции "Голос Америки" (1983, от-
каз вычислителя системы воздушных
сигналов); падение бомбардировщика F-
111 в Ливии (1986, влияние средств ра-
диоэлектронного противодействия); раз-
рушение в полете пяти гражданских са-
молетов Piper Malibu (1986, отказы авто-
пилотов под воздействием HIRF) и дру-
гих.
В настоящее время обязательным
этапом сертификации авиационной тех-
ники является проведение серии натур-
ных испытаний на полигоне в Турине
(Италия) компании Alenia, включающих
исследование воздействия полей часто-
той от 10 кГц до 40 ГГц на системы рас-
пределения электрической энергии, си-
стемы генерирования электрической
энергии, электронные системы управле-
ния двигателями, электродистанционные
системы управления полетом, системы
экранной индикации пространственного
положения и навигации. Недостатками
этой методики являются: высокая дли-
тельность и стоимость (очередь на испы-
тания два года, аналогичный центр в Ев-
ропе только один), отсутствие отече-
ственных экспериментальных площадок
(центры в Таганроге, Воронеже и Жуков-
ском не обеспечивают всего объема не-
обходимых экспериментов), испытания
проводятся над уже построенным само-
летом (исправление обнаруженных де-
фектов может потребовать проектирова-
ния и изготовления машины заново).
В 2008-2013 годах Европейская ко-
миссия финансировала (26,5 млн EUR)
проект "HIRF Synthetic Environment,
Integrated approach to aircraft
electromagnetic environment", направлен-
ный на решение обсуждаемой проблемы
методом вычислительного эксперимента.
Исследования проводились в 45 вузах и
компаниях ЕС (общий отчет на сайте
http://cordis.europa.eu/result/rcn/140447_еп
.html). Судя по публикациям ведущих
участников (SELEX Galileo, Dassault
Aviation, Eurocopter Group, Evector и др.)
моделирование воздействия HIRF на раз-
личную авионику проводились в основ-
ном с использованием численных мето-
дов FDTD (Finite-Difference Time-
Domain), МоМ (Method of Moments),
FEM (Finite Element Method) и их сов-
местных модификаций. Большая часть
исполнителей пользовалось готовым про-
граммным обеспечением, в частности па-
кетом СЕМ Solutions (Complete
216
Enviroment of Computational
Electromagnetic) компании ESI Group
(Франция, http://www.esi-group.com/
software-services/ virtual-environment/
electromagnetics), реализующим упомя-
нутые методы для решения обсуждаемой
задачи.
Основным недостатком данного
подхода является высокая вычислитель-
ная сложность, связанная с широким
диапазоном как частот HIRF (10 кГц до
40 ГГц), так и линейных размеров изуча-
емых объектов (от планера самолета до
микросхем бортового электронного обо-
рудования). В связи с этим все специали-
зированные программные пакеты: как
упомянутый СЕМ Solutions, так и fdtd-
solvers компании Acceleware
(http://www.acceleware.com/fdtd-solvers) и
др. ориентированы на производство вы-
числений с использованием суперкомпь-
ютеров, в том числе на основе графиче-
ских процессоров (GPU).
Развитие облачных распределенных
вычислений, характеризующихся гибко-
стью, масштабируемостью, дешевизной,
простотой доступа и использования мо-
жет придать новый импульс исследова-
ниям воздействия HIRF на авиационное и
космическое оборудование методом вы-
числительного эксперимента. Действи-
тельно, в первое время научной обще-
ственностью на облачные вычисления
возлагались большие надежды, как на
инструмент математического моделиро-
вания в различных естественнонаучных
областях [1,2]. Однако энтузиазм быстро
сменился разочарованием [3]. Главной
причиной невысокой эффективности вы-
числений указывалась низкая скорость
межпроцессорных взаимодействий в вир-
туальной вычислительной среде.
Повышение производительности
облачных сервисов в последнее время
вернуло былые надежды. Так, в работе
[4] демонстрируется эффективность об-
лачного сервиса Amazon при решении
задач аэро- гидродродинамики. А в не-
давней публикации [5] проводится удач-
ное сравнение ускорения вычислений на
облачном сервисе Amazon ЕС2 cloud-
based НРС cluster и традиционном кла-
стере (четырехядерные процессоры
AMD Shanghai 2.7 GHz по два на узел, 16
узлов) по программе EMA3D 3.3 solver
при исследовании проникновения HIRF в
фюзеляж и кабину пассажирского само-
лёта. Показано, что эффективность обоих
вычислительных систем на рассмотрен-
ном примере отличается незначительно,
позволяя ускорять вычисления до 50 раз.
К сожалению, начиная с 34 ядер ускоре-
ние перестает расти линейно и зависи-
мость принимает логарифмический вид.
Для решения задач нанофотоники
распространяется пакет FDTD Solutions
FDTD Solutions 8.11 компании Lumerical
(https ://www. lumerical .com/tcad-
products/fdtd/), запускаемый в том числе и
на облачном кластере Amazon ЕС2. Ко-
нечно, специфика задач нанофотоники
существенно отличается от тематики
настоящей работы (другие размеры се-
точных областей, модели объектов, элек-
тромагнитные поля), однако исследова-
ния обоих предметных областей основа-
ны на одном численном методе (FDTD) и
автор настоящей статьи (с учетом резуль-
татов работы McDonald Т., Fisher R.,
Rigden G., Perala, R.) полагает, что непре-
одолимых препятствий для организации
облачных вычислений в области воздей-
ствия HIRF на авионику нет.
Предлагаемые методы и подходы ре-
шения задачи электромагнитной сов-
местимости
Традиционным методом изучения
воздействия электромагнитных полей
высокой интенсивности на авионику яв-
ляется натурный эксперимент. Например,
в 1995 году NASA Langley Research
Center были выполнены эксперименталь-
ные полеты самолета Boeing 757, в ходе
которых с помощью датчиков на борту
измерялось воздействие на авиационное
оборудование полей различных передат-
чиков (радиостанции "Голос Америки",
U.S. Naval Surface Warfare Center-
Dahlgren Division и Nasa Atmospheric
Sciences Research Facility). Очевидно, что
подобный подход отличается высокой
себестоимостью и позволяет исследовать
воздействие весьма ограниченного круга
источников.
217
В последнее время в рассматривае-
мой предметной области приобретает
широкое распространение вычислитель-
ный эксперимент, о чем свидетельствуют
как многообразие предлагаемых различ-
ными компаниями программных продук-
тов (СЕМ Solutions, EMA3D solver, fdtd-
solvers и др.), так и отчет
(http://cordis.europa.eu/result/rcn/140447_е
n.html) по проекту "HIRF Synthetic
Environment, Integrated approach to aircraft
electromagnetic environment", профинан-
сированному Европейской комиссией.
Практически все 45 участников упомяну-
того проекта пользовались FDTD-
методом (Finite-Difference Time-Domain)
для моделирования HIRF на самые раз-
личные узлы самолёта: от планера до ка-
белей. Это и определило выбор FDTD-
метода автором настоящей статьи в ка-
честве основного при решении постав-
ленной задачи.
Являющейся по сути разностным
методом решения уравнения Максвелла в
силу общности математической модели
для всех электромагнитных процессов, он
позволяет исследовать все случаи воздей-
ствия различных частот на самолет: низ-
ких частот (10 кГц - 50 МГц), когда пла-
нер становится антенной, принимающей
излучение и индуцирующей токи в элек-
трической проводке; средних частот (30
МГц - 400 МГц) при которых оборудова-
ние подвержено как влиянию индуциро-
ванных токов, так и электромагнитному
облучению и высоких частот (100 МГц -
40 ГГц) - поле проникает через фюзеляж
и непосредственно взаимодействует с
оборудованием и электронными компо-
нентами.
В силу высокой вычислительной
сложности FDTD-метода его реализация
в рассматриваемой предметной области
проводится исключительно на высоко-
производительной вычислительной тех-
нике. При этом, не смотря на известные
достоинства облачных вычислений, при-
меров их организации (за небольшим ис-
ключением, рассмотренном далее в обзо-
ре современного состояния в данной об-
ласти науки) при моделировании воздей-
ствия HIRF на самолет нет. Хотя тот же
метод с успехом реализуется на облачном
кластере Amazon ЕС2 при разработке
элементов нанофотоники. Восполнить
указанный пробел вполне возможно.
Общеизвестным препятствием [3] к
широкому применению облачных вычис-
лений является низкая скорость межпро-
цессорных коммуникаций в виртуальной
облачной среде. Для преодоления влия-
ния этого фактора в настоящей работе
предлагается использовать метод "пира-
мид". Традиционный метод пирамид,
впервые появившейся в работе [6] долгое
время использовался для автоматическо-
го распараллеливания циклических
фрагментов последовательных программ
и предполагал полный отказ от коммуни-
каций между процессорами за счет мно-
гократного дублирования вычислений.
Однако, для большинства случаев из вы-
числительной практики при большом
размере сеточной области упомянутый
размен оказывался невыгодным. Предла-
гаемое авторами [7] усовершенствование
метода, основанное на допущении части
коммуникаций позволит адаптивно вы-
бирать в ходе вычислительного экспери-
мента оптимальную высоту пирамиды,
обеспечивающую наилучшее ускорение.
Второй важной проблемой, сдержи-
вающей применение облачных гетеро-
генных кластеров, содержащих графиче-
ские вычислительные устройства (GPU)
является необходимость увеличения дли-
ны обрабатываемых векторов (особен-
ность производства вычислений на архи-
тектуре SIMD в терминах модели Флина).
Известны [8] два подхода к многократ-
ному увеличению длины операндов в
векторных алгоритмах, хорошо показав-
ших себя при разностном решении урав-
нения теплопроводности и весьма пер-
спективных также и в рассматриваемой
предметной области.
Предостерегая исследователей от
желания писать программный код заново
(что заняло бы слишком много времени)
автор предлагает основываться на из-
вестных открытых пакетах МЕЕР (MIT
Electromagnetic Equation Propagation) и В-
CALM (Belgium California Light Machine),
реализующих FDTD-метод на кластере и
218
GPU, внедрив в них алгоритмы методов
пирамид и "длинных" векторов.
Библиографический список:
1. Hoffa С., Mehta G., Freeman Т.,
Deelman Е., Keahey К., Berriman В. and
Good J. On the use of cloud computing for
scientific workflows in eScience, 2008.
eScience'08. IEEE Fourth International Con-
ference on dec. 2008, pp.640-645
2. Hazelhurst S. Scientiffic computing
using virtual high-performance computing:
a case study using the amazon elastic com-
puting cloud in Proceedings of the 2008 an-
nual research conference.
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/downloa
d?doi= 10.1.1.157.144&rep=repl&type=pdf
3. Marinescu D.C. Cloud Computing:
Theory and Practice// University of Central
Florida, 2013, —416 p.
4. P. Zaspel, M. Griebel (“Massively
parallel fluid simulations on Amazon’s HPC
cloud,” in 2011 First International Symposi-
um on Netowrk Cloud Computing Applica-
tions, IEEE Computer Society, pp.73-78,
2011
5. McDonald T., Fisher R., Rigden G.,
Perala, R. Parallel FDTD Electromagnetic
Effects Simulation using On-Demand Cloud
HPC Resources// Electromagnetic Compati-
bility (EMC), 2013 IEEE International
Symposium p.499-502.
6. Lamport L. The coordinate method
for the parallel execution of DO-loops //
Sagamore Computer Conf, on Parallel Proc.
IEEE, New York, 1973. P. 1-12.
7. Golovashkin D.L., Kochurov A.V.
Pyramid method for GPU-aided finite dif-
ference method// Proceedings of the 13th
International Conference on Computational
and Mathematical Methods in Science and
Engineering, CMMSE 2013 24-27 June,
2013, p. 746-756
8. Vorotnikova D.G., Golovashkin
D.L. CUBLAS-aided Long Vector Algo-
rithms// Journal of Mathematical Modelling
and Algorithms in Operations Research,
V.13,Iss 4,2014, pp 425-431
References:
1. Hoffa C., Mehta G., Freeman T.,
Deelman E., Keahey K., Berriman B. and
Good J. On the use of cloud computing for
scientific workflows in eScience, 2008.
eScience'08. IEEE Fourth International Con-
ference on dec. 2008, pp.640-645
2. Hazelhurst S. Scientiffic computing
using virtual high-performance computing:
a case study using the amazon elastic com-
puting cloud in Proceedings of the 2008 an-
nual research conference.
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/downloa
d?doi= 10.1.1.157.144&rep=rep 1 &type=pdf
3. Marinescu D.C. Cloud Computing:
Theory and Practice// University of Central
Florida, 2013, —416 p.
4. P. Zaspel, M. Griebel (“Massively
parallel fluid simulations on Amazon’s HPC
cloud,” in 2011 First International Symposi-
um on Netowrk Cloud Computing Applica-
tions, IEEE Computer Society, pp.73-78,
2011
5. McDonald T., Fisher R., Rigden G.,
Perala, R. Parallel FDTD Electromagnetic
Effects Simulation using On-Demand Cloud
HPC Resources// Electromagnetic Compati-
bility (EMC), 2013 IEEE International
Symposium p.499-502.
6. Lamport L. The coordinate method
for the parallel execution of DO-loops //
Sagamore Computer Conf, on Parallel Proc.
IEEE, New York, 1973. P. 1-12.
7. Golovashkin D.L., Kochurov A.V.
Pyramid method for GPU-aided finite dif-
ference method// Proceedings of the 13th
International Conference on Computational
and Mathematical Methods in Science and
Engineering, CMMSE 2013 24-27 June,
2013, p. 746-756
8. Vorotnikova D.G., Golovashkin
D.L. CUBLAS-aided Long Vector Algo-
rithms// Journal of Mathematical Modelling
and Algorithms in Operations Research,
V.13, Iss 4, 2014, pp 425-431
219
HIGH INTENSITY RADIATED FIELD EEFFECTS SIMULATION USING
CLOUD HIGH PERFORMANCE COMPUTING RESOURCES
©2015 D.L. Golovashkin
Image processing systems institute of the Russian Academy of Sciences, Samara
Relevance of a problem of modeling of impact of electromagnetic fields of high intensity on the space
equipment is discussed. The condition of researches in subject domain is described, methods and approaches to the
solution of an objective by means of cloud computing are offered.
Key words: High intensity radiated field (HIRF), Finite-Difference Time-Domain (FDTD) .parallel
algorithms
Информация об авторах:
Головашкин Димитрий Львович, доктор физико-математических наук, доцент,
ведущий научный сотрудник Института систем обработки изображений РАН. Область
научных интересов: разностное решение уравнений Максвелла (FDTD-метод), дифракци-
онная оптика, векторные и параллельные матричные вычисления. E-mail:
golovashkin2010@ yandex.ru.
Dimitry Lvovich Golovashkin, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Associate
Professor, Leader Researcher of the Image Processing Systems Institute of the Russian Academy
of Sciences. Scientific interests: FDTD-method, sub wave optics, vector and parallel algorithms
of matrix computation. E-mail: golovashkin2010@yandex.ru.
220
УДК 65.011.56
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ ИНФОРМАЦИИ ПРИ
УПРАВЛЕНИИ РИСКАМИ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ: МЕТОДОЛОГИЯ И
РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСНОГО ПОДХОДА
©2015 О.П. Скоробогатов, А.В. Василевский, Н.С. Кулиш, А.Н. Баутов
ФГУП ЦНИИмаш, г. Королев
В докладе представлен теоретический базис и практические решения по управлению рисками каче-
ства продукции с использованием автоматизированных систем. Предложено использовать комплексный
подход к обработке и анализу информации, а также принятию решений для минимизации рисков и контроля
над ними. Результаты иллюстрированы на примерах автоматизированных систем уровня заказчика продук-
ции (ACCOM ТСН РКТ), предприятия-изготовителя продукции (АСОЭИ) и производственного процесса
(УРКП). Рассмотрены направления интеграции указанных систем.
Ключевые слова: Автоматизация, управление рисками, качество, система, анализ
Обеспечение качества продукции
отечественных предприятий, включая из-
делия, выпускаемые организациями ра-
кетно-космической промышленности
(РКП), является одной из наиболее акту-
альных задач. Сложность изделий ракет-
но-космической техники (РКТ), их высо-
кая стоимость, важность решаемых задач
обуславливают исключительные требо-
вания к качеству и надежности продук-
ции РКП. При этом на всех этапах жиз-
ненного цикла создания, производства и
применения РКТ имеют место разнооб-
разные риски, способные снизить каче-
ство продукции до недопустимых уров-
ней.
Для решения данной проблемы тео-
ретически обоснован и предложен ком-
плексный подход, заключающийся в ав-
томатизации управления рисками на
уровнях заказчика продукции, предприя-
тия-изготовителя продукции и производ-
ственного участка, реализующего техно-
логические процессы. Предложена опти-
мальная интеграция автоматизированных
систем, обеспечивающих управление
рисками качества продукции.
Рассмотрены основные цели, зада-
чи, структуры и функционирование ав-
томатизированных систем: уровня заказ-
чика продукции - на примере АССОИ
ТСН РКТ (автоматизированной системы
сбора и обмена информацией о техниче-
ском состоянии и надежности ракетно-
космической техники), уровня предприя-
тия-изготовителя продукции - на примере
АСОЭИ (автоматизированной системы
анализа и оценки экспертной информа-
ции о рисках) и уровня производственно-
го процесса - на примере УРКП (автома-
тизированной системы управления рис-
ками качества продукции).
С целью координации работ по
управлению рисками качества продукции
предложены направления интеграции ав-
томатизированных систем различных
уровней.
221
AUTOMATED PROCESSING AND ANALYSIS FOR RISK MANAGEMENT
OF PRODUCT QUALITY: METHODOLOGY AND IMPLEMENTATION OF AN
INTEGRATED APPROACH
©2015 O.P. Skorobogatov, A.V. Vasilevsky, N.S. Kulish, A.N. Bautov
Central research Institute, Korolev
The report presents the theoretical basis and practical solutions for risk management of product quality with
the use of automated systems. Proposed to use an integrated approach to the processing and analysis of information
and decision making to minimize risks and control them. The results are illustrated on examples of automated sys-
tems level customer products, the manufacturer of the products and manufacturing site Directions of integration of
the indicated systems are considered.
Keywords: automation, risk management, quality, system, analysis
Информация об авторах:
Скоробогатов Олег Петрович, д.в.н., заместитель генерального директора ФГУП
ЦНИИмаш, Россия, 141070, Московская область, г. Королев, ул. Пионерская, дом 4,
тел. (495) 513-59-51, corp@tsniimash.ru .
Область научных интересов: качество и надежность ракетно-космической техники,
летные испытания пилотируемых космических комплексов.
Area of research: the quality and reliability of rocket and space technology, flight tests of
manned space complexes.
Василевский Анатолий Вячеславович, заместитель начальника научно-
технического центра ФГУП ЦНИИмаш, Россия, 141070, Московская область, г. Королев,
ул. Пионерская, дом 4, тел. (495) 513-50-42.
Область научных интересов: качество, надежность и безопасность ракетно-
космических систем.
Area of research: quality, reliability and safety of rocket-space systems.
Кулиш Николай Семенович, к.т.н., начальник отделения ФГУП ЦНИИмаш, Рос-
сия, 141070, Московская область, г. Королев, ул. Пионерская, дом 4, тел. (495) 513-57-49,
info416@tsniimash.ru .
Область научных интересов: методология обеспечения, оценки и контроля надежно-
сти изделий ракетно-космической техники
Area of research: the methodology for the assessment and control reliability of rocket and
space technology.
Баутов Андрей Николаевич, к.т.н., с.н.с, и. о. начальник отдела ФГУП ЦНИИмаш,
Россия, 141070, Московская область, г. Королев, ул. Пионерская, дом 4, тел. (495)
513-54-16, info416@tsniimash.ru .
Область научных интересов: управление рисками, безопасность космической
деятельности, анализ и моделирование систем.
Area of research: risk management, safety of space activities, analysis and modeling of
systems.
222
УДК629.78,004.4
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ НПОА НА ПРИМЕРЕ КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ
ПРОВЕРОК АППАРАТУРЫ СУ
©2015 Д.О. Пехотин, М.А. Горшков, Н.В. Соловьева
ОАО «Научно-производственное объединение автоматики им. академика
Н.А. Семихатова», г. Екатеринбург
Предложен вариант усовершенствования процесса разработки программного обеспечения Приведе-
ны способы решения проблем совместной разработки.
Ключевые слова: Разработка программного обеспечения, система контроля версий, система ведения
проектов, методология разработки
Методология разработки ПО - это
перечень действий по производству, по-
ставке и сопровождению программных
продуктов, это способ организации труда
разработчиков ПО. В настоящее время
существует великое множество методо-
логий разработки программного обеспе-
чения (ПО). Выбор методологии разра-
ботки ПО во многом зависит от объёма,
сложности, сферы применения про-
граммного проекта, а также от размеров и
внутренней структуры организации.
В целом существующие методоло-
гии разработки ПО можно разделить на
два основных направления - «тяжёлые» и
«лёгкие» (гибкие) методологии. Гибкие
методологии применяются в основном в
небольших динамичных компаниях, в
условиях постоянно меняющихся требо-
ваний при сжатых сроках разработки, от-
личаются малой степенью формализации
процесса разработки и опорой на личные
качества ведущего или группы разработ-
чиков. Такие методологии не применимы
в случае разработки программ повышен-
ной надёжности для объектов ответ-
ственного назначения. В этом случае ис-
пользуются «тяжёлые» методологии про-
ектирования ПО с высокой степенью
формализации процесса создания ПО,
при этом влияние отдельных личностей
на результат работы сводится к миниму-
му [1].
Разработка ПО БАСУ ракетно-
космической техники является ответ-
ственной задачей. В условиях необходи-
мости повышенного качества разрабаты-
ваемого ПО в НПОА на протяжении дол-
гого времени применяется своя одно-
значно «тяжелая» методология разработ-
ки ПО, которая предусматривает боль-
шую степень формализации и контроля.
Разработка ПО в НПОА проводится в со-
ответствии с РД551.04.005-2014 [2].
РД551.04.005-2014 детально описы-
вает все этапы проектирования, разра-
ботки, отработки и подготовки описания
ПО, содержание отчётов по отработке
программ, требования к объёму автоном-
ной отработки ПО и многое другое. Ос-
новные этапы создания ПО следующие:
- определение требований к ПО;
- макетирование и проектирование
ПО;
- программирование компонентов и
их интеграция;
- автономная и комплексная отра-
ботка компонентов ПО на АРМ-П;
- поэтапная отработка ПО на пози-
циях предприятия;
- выпуск и оформление ПД.
В процессе разработки, как прави-
ло, задействовано несколько подразделе-
ний, при совместной разработке прихо-
дится корректировать, объединять разные
версии ПО.
В частности, при совместной разра-
ботке можно выделить следующие про-
блемы:
- ведение истории разработки, обес-
печение целостности программ;
223
- обеспечение вариативности про-
грамм, необходимость хранения несколь-
ких (в том числе «старых») версий про-
грамм;
- необходимость внедрения в код
программы технологических вставок для
отработки каких-либо веток ПО;
- одновременное редактирование и
объединение изменений;
- анализ изменений, внесённых дру-
гими разработчиками.
Также при совместной разработке
существуют проблемы организационного
характера:
- могут присутствовать существен-
ные затраты времени при обмене инфор-
мацией между всеми участниками проек-
та и, как следствие, - нехватка актуаль-
ной информации;
- сложность отслеживания готовно-
сти отдельных частей и всего проекта в
целом и др.
Актуальной задачей является усо-
вершенствование существующего про-
цесса создания ПО путем решения неко-
торых проблем совместной разработки.
Такие проблемы, как правило, решаются
с привлечением дополнительных техни-
ческих средств.Использование этих
средств позволяет упорядочить, форма-
лизовать и автоматизировать процесс
совместной разработки ПО.
В настоящее время в НПОА прово-
дится разработка комплекса проверочных
задач для различных заказов в том числе
«Союз-Восток». В процессе разработки
этих задач был внедрен ряд усовершен-
ствований процесса совместной разра-
ботки ПО.
В частности, в соответствии с реко-
мендациями РД применена система кон-
троля версий.Для применения выбрана
система контроля версий Mercurial, её
внедрение позволило:
- отслеживать историю и прогресс
проекта;
- облегчить взаимодействие между
разработчиками при коллективной разра-
ботке;
- работать одновременно над не-
сколькими версиями проекта;
- поддерживать актуальную версию
проекта на рабочих местах разработчиков
и др.
Для решения проблем организаци-
онного характера внедрена система веде-
ния npoeKTOBRedmine, которая дала воз-
можность:
- формализовать планирование со-
бытий и работ;
- частично автоматизировать расчет
затраченногона каждую задачу или этап
работ времени;
- упорядочить распределение и от-
слеживание ресурсов;
- обеспечить разработчиков акту-
альной информацией.
Внедрение проводилось с макси-
мальной интеграцией средств совместной
разработки в существующуюна предпри-
ятии информационную систему. Сначала
внедрена система контроля версий Mer-
curial, потом добавлена система ведения
проектов Redmine. Проведена интеграция
Redmine с Mercurial и с почтой
MSExchange, используемой во внутрен-
ней сети предприятия. Выработана
наиболее удобная конфигурация и про-
думана идеология для применения
Redmine при разработке ПО.
В настоящее время средства сов-
местной разработки ПО все шире приме-
няются для других видов программ
(наземных, бортовых, технологических)
что позволяет усовершенствовать про-
цесс проектирования ПО НПОА.
Библиографический список:
1. Бобровский С. Технологии Пен-
тагона на службе российских программи-
стов. СПб,: Питер, 2003. - 222 с.
2. Руководящий документ «Систе-
ма качества программно-
математического обеспечения ЦВС. По-
рядок проектирования, разработки, отра-
ботки на АРМ-П, составления описания
ПО, формирования ТД на ПО»
РД551.04.005-2014.
References:
1. Bobrovsky S. Pentagon technology
employ by russian programmers. Saint Pe-
224
tersburg, Publishing house “Piter”, 2003 - 2. Manual document “software quality
222p. system. Planning, design, program docu-
mentation making”.
SOFTWARE DEVELOPMENT PROCESS SPAA IMPROVEMENT AS AN
EXAMPLE CHECK ONBOARD HARDWARE PROGRAMS COMPLEX
©2015 D.O. Pehotin, M.A.Gorshkov, N.V. Soloveva
Scientific production association of automation named after academician
N.A. Semihatov, Ekaterinburg
Offered variation how to improve software development process. Described methods to solve the collective
development problems.
Key words: software development, version control system, project management system
Информация об авторах:
Пехотин Дмитрий Олегович, инженер-программист, ОАО «НПО автоматики им. ака-
демика Н.А. Семихатова», 620075, Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 145, e-mail:
avt@npoa.ru, тел. +7(343) 355-95-94
Область научных интересов: технологии программирования.
Горшков Михаил Александрович, начальник группы, ОАО «НПО автоматики им.
академика Н.А. Семихатова», 620075, Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 145, e-mail:
avt@npoa.ru, тел. +7(343)355-95-94
Область научных интересов: операционные системы реального времени, технологии
программирования.
Соловьёва Наталья Владимировна, к.т.н., доцент, заместитель начальника отдела
ОАО «НПО автоматики имени академика Н.А. Семихатова» Екатеринбург, ул. Мамина-
Сибиряка, 145, раб.тел. 8(343)214-86-36, avt@npoa.ru.
Область научных интересов: структурное проектирование аппаратуры СУ, операцион-
ные системы реального времени, технологии программирования, защита информации в
управляющих системах.
Pehotin Dmitry Olegovich, engineer-programmer, SPA automation, 620075, Ekaterinburg,
Mamina-Sibiriakast. 145, tel. +7(343)355-95-94, e-mail: avt@npoa.ru.
Research interests: software engineering.
GorshkovMihailAlexandrovich, head of group, SPA automation, 620075, Ekaterinburg,
Mamina-Sibiriakast. 145, tel. +7(343)355-95-94, e-mail: avt@npoa.ru.
Research interests: real-time operating systems, software engineering.
Solovieva Natalya Vladimirovna, Ph.D., associate professor, deputy head of department,
SPA automation, 620075, Ekaterinburg, Mamina-Sibiriakast. 145, tel. 8(343)214-86-36, e-mail:
avt@npoa.ru.
Research interests: the structural design of the equipment of control systems, real-time operat-
ing systems, software engineering, information security in control systems.
225
УДК 004.94
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДАННЫМИ ИНЖЕНЕРНОГО АНАЛИЗА
И ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
©2015 Д.В. Авдеев
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Статья описывает проблематику инженерного анализа и имитационного моделирования, а также
необходимость внедрения системы управления данными моделирования.
Ключевые слова: Имитационное моделирование, инженерный анализ, система управления данными
моделирования
Для улучшения качества, повыше-
ния надежности, уменьшения стоимости
и времени до передачи в эксплуатацию
изделий ракетно-космической техники,
необходимо применять параллельное
проектирование и имитационное модели-
рование (далее моделирование) совмест-
но с высокопроизводительными вычис-
лениями. Поскольку моделирование ста-
новится распространенным явлением и
растет по своим масштабам и сложности,
появляются проблемы по управлению и
хранению данных моделирования. Для
решения данных проблем необходимо
рассматривать внедрение системы управ-
ления данными инженерного анализа и
имитационного моделирования.
С моделированием, становящимся
стандартом практического взаимодей-
ствия, объемом, скоростью и разнообра-
зием технических данных, продолжают
расти уникальные требования к управле-
нию данными и стратегией хранения. Ко-
личество данных моделирования значи-
тельно превосходит данные автоматизи-
рованного проектирования. Что позволя-
ет охватить большее количество про-
блемно-ориентированных инструментов,
процессов и форматов. Данные модели-
рования прежде всего не структурируют-
ся, и часто имеют очень большие разме-
ры.
Наконец, данные моделирования
имеют тесную взаимосвязь с данными
высокопроизводительных ресурсов. Эти
специфические атрибуты делают данные
моделирования более ресурсоемкими и
при традиционных методах управления
создают большие проблемы.
С такими уникальными проблемами
как: эффективное и надежное управление
данными, целостность данных, интегра-
ция и взаимодействие, накопление зна-
ний и многократное применение наилуч-
ших вариантов решения поставленных
задач, столкнулась и наша организация.
Решение данных проблем позволит уве-
личить производительность труда инже-
нера, одновременно инженер получит
единый универсальный интерфейс и со-
временный доступ к данным с улучшен-
ной системой безопасности.
Для реализации внедрения системы
управления данными моделирования
подразделения информационных техно-
логий должны эффективно организовы-
вать людей, процесс и данные по всему
жизненному циклу изделия, уменьшая
трудозатраты конечных пользователей.
Данные моделирования становятся
для производства критическим ресурсом.
Ежегодно на предприятии появляются
более 10 экзабайт новых данных. В
настоящее время количество данных од-
ного проекта может равняться всей ин-
формации полученной до 2000 года. И
постоянно объем обрабатываемых дан-
ных продолжает расти. Например, набора
данных вычислительной гидрогазодина-
мики может достигать сотни гигабайт
информации или даже нескольких пета-
байт, а во время производственного ана-
лиза эти данные могут быстро агрегиро-
ваться в несколько раз.
226
Разработка новых изделий и боль-
шие объемы данных создают необходи-
мость эффективно управлять информаци-
ей и внедрять новые технологии модели-
рования для повышения конкурентоспо-
собности. Этот фактор имеет решающее
значение для внедрения инноваций и по-
вышения производительности.
Сегодня почти каждый процесс раз-
работки изделия должен включать в себя
зависимость от инженерного моделиро-
вания. Хранение и управление данными
моделирования имеет стратегическое
значение для любой организации, так как
данные описывают состав и контекст из-
делия, которое моделируется. Тем не ме-
нее, кроме простого обращения и боль-
ших объемов данных, необходимо управ-
лять этими данными на протяжении всего
жизненного цикла изделия, снижая затра-
ты конечного пользователя. Процесс
управления данными, так же важен, как и
сам процесс моделирования.
Независимо от размера, разные
подразделения находятся на разных
уровнях подготовки по управлению и об-
работки данных моделирования. Некото-
рые - на более низких уровнях - только
начинают освоение, в то время как дру-
гие уже эффективно применяют архитек-
туры информационных технологий, ко-
торые оптимизируют производственный
цикл, эффективно объединяют различные
процессы и данные.
В отличии от проектирования
внешнего вида и геометрии, в которых
применяются относительно однородные
инструменты систем автоматизированно-
го проектирования, моделирование сов-
мещает практику различных областей
науки, и оно должно поддерживать рас-
пределенную работу, применяя различ-
ные инструменты, процессы и форматы.
На рис. 1 изображен типичный по-
ток информации для многих ключевых
рабочих процессов моделирования и раз-
личных типов данных, как правило,
определенных подразделениями инже-
нерного анализа.
PDM
। ЛАНИ ч iEaHHE
ДАННЫЕ
АНАЛИЗ
УПРАВЛЕНИЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ
РЕЗУЛЬТАТ
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
УСЛОЖНЕНИЕ
КОМПОНОВКА
КОНСТРУКТИВНЫЙ
ГИДРОГАЗОДИНАМИКА
ФИЗИЧЕСКИЙ/МАТЕМАТИЧЕСКИЙ, Ц ИФРОВОЙ
ИНСТРУМЕНТЫ И ФОРМАТЫ
ТЕСТИРОВАНИЕ
ИНФОРМАЦИЯ
ТРЕБОВАНИЯ
СТРУКТУРА ИЗДЕЛИЯ
САЕ HCAD
МОДЕЛИ
КОРРЕЛЯЦИЯ
'ПТиМИ 'Г .ИЯ
МАТЕРИАЛЫ СВОЙСТВА
СВЯЗИ
ИСПЫТАНИЯ ВНЕШНИЕ ДАННЫЕ
Рис. 1 - Процесс управления данными моделирования
Моделирование, как правило, имеет
много зависимостей с другими областями
(внешний вид, материалы, испытания и
т.д.), с несколькими типами данных, по-
ступающих из различных источников.
Входными данными моделирования
являются:
- Данные PDM/ERP/PLM, такие как
трехмерные модели, структура изделия,
материалы, сварные швы, требования к
продукции и эксплуатационные характе-
227
ристики изделия. Дополнительные дан-
ные включают правила, ссылки, графики
ит.д.
- Данные подразделений инженер-
ного анализа, такие как ранее созданные
конечно-элементные модели, научно-
исследовательские данные, граничные
условия, применение материалов, про-
цессов, концептуальных конструкций, а
также отчеты, тесты и т.д.
- Подробная информация о типе
моделирования, задачи моделирования,
спецификации моделирования, техноло-
гического процесса моделирования, про-
граммное обеспечение и т.д.
Выходными данными моделирова-
ния являются большие объемы представ-
ления данных итераций моделирования,
содержащие неструктурированные ре-
зультаты решения и выводы.
Моделирование, как правило вклю-
чает в себя следующие этапы:
- концептуальный: моделирование
на системном уровне для оценки концеп-
ции;
- детализация: уточнение данных
моделирования
- валидация: корреляция моделиро-
вания с физическими испытаниями.
Для решения этих сложностей,
применяется большое количество про-
граммных средств, начиная от коммерче-
ских до приложений собственной разра-
ботки.
Большое количество средств и про-
должающийся рост объема, скорости и
разнообразия данных моделирования со-
здают уникальные проблемы управления:
- решение сложных многомасштаб-
ных, многодисциплинарных и многока-
нальных моделей инженерных задач, ко-
манды моделирования состоят из отдель-
ных экспертов из различных областей,
которые должны эффективно взаимодей-
ствовать. Мониторинг и решение боль-
ших сложных рабочих процессов моде-
лирования, требует развертывания ком-
плексной инфраструктуры информаци-
онных технологий для высокопроизводи-
тельных вычислений, управления данны-
ми и архивацией.
- симуляторы создают терабайты
данных в день, критически важная ин-
формация и результаты часто хранятся в
нескольких файлах или документах. Ин-
женерные пользователи требуют особой
детализации для проникновения в суть,
что зачастую скрыто внутри формата
данных. Это разнообразие данных требу-
ет расширенного управления метаданны-
ми для того, чтобы конечный пользова-
тель смог быстро извлечь часть необхо-
димого набора данных представляющий
для него интерес.
Контекст данных и происхождение
является очень важным для анализа мо-
делирования, но традиционные подходы
к управлению данными, которые хорошо
работают для обычных и конструктор-
ских ситуаций часто являются неадекват-
ными. Аналитики моделирования долж-
ны разбираться в уникально сложных
данных, сгенерированных в огромных
количествах в НРС системах за предела-
ми систем управления жизненным цик-
лом.
Системы управления данными об
изделии имеют возможность хранить
данные моделирования, но данная систе-
ма является слишком громоздким ин-
струментом для решения задач модели-
рования. Вместо данных систем, расчет-
ные подразделения применяют ручной
метод управления данными, которые
хранятся в каталогах пользователей или
размещаются на общих ресурсах. Что за-
частую приводит к потере или недоступ-
ности важной информации.
Моделирование стало стандартной
деловой практикой в большинстве маши-
ностроительных предприятий. С приме-
нением систем управления данными мо-
делирования повышается организацион-
ная сложность, в связи с более широким
применением моделирования.
Инженерные расчеты обычно гене-
рируют данные, которые быстро увели-
чиваются в объеме, достигая тысячи те-
рабайт. Многодисциплинарные исследо-
вания оптимизации конструкции допол-
нительно добавляют объем и сложность.
Эти наборы данных имеют решающее
значение для получения результатов мо-
228
делирования изделия, должны храниться
и быстро извлекаться со всеми взаимо-
связями, которые существуют между ни-
ми. Скорость и эффективность в отобра-
жении, хранении и поиска данных, полу-
ченных от вычислительных эксперимен-
тов значительно повышает требования к
производительности и доступности. По-
нимание и управление большим разнооб-
разием (структурированных и неструкту-
рированных) данных, генерируемых в
моделировании обеспечивает более глу-
бокое понимание для улучшения техно-
логических процессов, которые важны
для наилучшего принятия решений. Если
инженеры могут отслеживать и прове-
рять типы данных, генерируемые во вре-
мя промежуточных этапов процесса мо-
делирования, они могут лучше обеспе-
чить пригодность и обоснованность про-
цессов моделирования.
Приложения инженерного модели-
рования, особенно комплексные системы
оптимизации, генерируют результаты и
промежуточные файлы. Часто эти данные
применяются в качестве входных данных,
которые требуют высокопроизводитель-
ные ресурсы. Перемещение этих файлов
на высокопроизводительных ресурсах
обеспечивается пропускной способно-
стью сети и создает длительные периоды
ожидания и даже большие потери произ-
водительности инженера. Интерактивные
приложения, такие как приложения визу-
ализации, работают лучше всего, если
задержки в сети сведены к минимуму.
Часто важные данные моделирова-
ния не доступны для свободного управ-
ления и хранятся на автономных компь-
ютерах и не являются легкодоступными.
Это плохая практика. Много времени
тратится на такие задачи, как поиск, ко-
пирование, определение правильных вер-
сий или даже хуже, создание процесса
моделирования с нуля, если данные мо-
делирования будут утеряны из-за плохих
методов архивации или несуществующей
политики резервного копирования. Все
это приводит к потере времени и произ-
водительности. Исследования показыва-
ют, что инженеры проводят от 30% до
50% на поиск вручную, проверяя точ-
ность, форматирование и передачу дан-
ных моделирования.
Важное значение имеет защита
данных моделирования и поддержания
целостности данных отношений прове-
рок, соблюдения и организационных по-
литик безопасности.
Управление инженерной базой зна-
ний в структурированном виде требует
высокого уровня подготовки с примене-
нием передовых методов и технологий
управления данными. Чтобы повысить
производительность и внедрить новей-
шие технологии необходимо реализовать
архитектуру системы управления данны-
ми моделирования, которая представляет
гибкую и модульную систему. Реализа-
ция системы управления данными моде-
лирования позволит автоматизировать
процессы обработки, хранения и управ-
ления большими наборами неструктури-
рованных данных.
229
ИНТЕРФЕЙС
ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ
ПРИКЛАДНОЕ
ПРОГРАММНОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ИНТЕГРАТОР ПРИЛОЖЕНИЙ
ПАНЕЛЬ ИНСТРУМЕНТОВ
КОННЕКТОРЫ / ВНЕШНИЕ СВЯЗИ
УПРАВЛЕНИЕ РАБОЧИМ ПРОЦЕССОМ
УПРАВЛЕНИЕ ЗАДАЧАМИ
ЯДРО СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
I СЕРВЕР
ПРИЛОЖЕНИЙ I
РЕЛЯЦИОННАЯ
БАЗА ДАННЫХ
ХРАНИЛИЩЕ
I ФАЙЛОВАЯ
СИСТЕМА
ХРАНИЛИЩЕ Ц
ДАННЫХ
^СТЕМАУПРАВЛЕНИл ДАННЫМИ Мс ДЕЛИРОВАнИЯ
к. SDM.
ОЧЕРЕДЬ
ЗАЦАЧ
ДАННЫЕ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КЛАСТЕР
НЕС
Рис. 2 - Архитектура системы управления данными моделирования
Пользователи получают доступ к
системе управления данными моделиро-
вания через Web-интерфейс или интегри-
рованное программное обеспечение.
Web-клиент обеспечивает безопасный
интерактивный доступ к моделированию
и обработке данных. Интерактивные
приложения интегрируются с пре- пост-
процессорами, что делает процесс моде-
лирования более легким и более эффек-
тивным, а также позволяет восстанавли-
вать/хранить данные в системе и автома-
тически создавать метаданные.
Панель инструментов предоставля-
ет информацию о системном статусе
процессов, включая отчеты о технологи-
ческих процессах моделирования, актив-
ных рабочих местах и т.д.
Внешние связи облегчают интегра-
цию с внешними системами
(PDM/PLM/ERP/APM) так, чтобы можно
было объединять и управлять процессами
по всему жизненному циклу изделия:
проектирования, конструкторской подго-
товки, анализа, производства и поддерж-
ки при эксплуатации.
Уровень управления рабочими про-
цессами с предопределенными шаблона-
ми позволяет пользователям быстро
определять, создавать, управлять и раз-
вертывать автоматизированные процес-
сы, с целью определения наилучшего ме-
тода. Также этот уровень содержит ин-
струменты обеспечивающие контроль
истории операций, структуры данных,
чтобы отследить стадии, решения и ите-
рации.
Модуль уровня управления задача-
ми интегрируется с высокопроизводи-
тельными ресурсами для оперативного
решения поставленных задач.
Платформа системы управления
данными моделирования находится выше
сервера приложений и включает модель
данных для обработки структуры моде-
лирования. Метаданные хранятся для об-
работки структуры моделирования по
традиционной схеме в реляционной базе
данных, которая интегрируется в плат-
форму системы. На уровне хранилища
данные хранятся в виде файлов.
230
Система хранения и ее компоненты,
например высокопроизводительная отка-
зоустойчивая файловая система, обеспе-
чивает производительность, избыточ-
ность, доступность и защиту данных.
Одной из лидирующих компаний по
автоматизации процессов управления
данными моделирования является Ansys
Inc. Многолетний опыт данной компании
в области разработки программного
обеспечения моделирования позволил
создать систему управления данными
моделирования Ansys ЕКМ, которая ре-
шает множество проблем моделирования
описанных в данной статье.
Библиографический список:
1. Строгалев, В. П. Имитационное
моделирование: учебное пособие / И. О.
Толкачева, В.П. Строгалев; ред.
А. И. Чуприна. — М. : МГТУ им. Н. Э.
Баумана, 2008. — 233 с
2. Oliveira, J.A.A. et al, "Simulation
Data and Process Management (SDM) with
ANSYS Engineering Knowledge Manager
(EKM) at Petrobras, Brazil", Proceedings of
the NAFEMS European Conference "SDM,
Simulation Process&DataManagement",
2011
3. Dr. Thomas Lehnhaeuser "A SPDM
SOLUTION FOR GLOABLLY SHARING
INFORMATION" / Dr. Thomas Frank
(ANSYS Germany, Germany); Mike Wil-
son, David Clifton, Sanjay Angadi, Shanta-
nu Bhide, Chokri Guetari (ANSYS Inc.,
US); Ankit Adhiya (ANSYS India) Dr.
Thomas Lehnhaeuser, Global EKM Support
Manager, 2013
References:
1. Strogalev, VP Simulation: a tutorial
I IO Tolkacheva, VP Strogalev; Ed. Al
Chuprina. - M.: MSTU. Bauman, 2008. -
233 p.
2. Oliveira, J.A.A. et al, "Simulation
Data and Process Management (SDM) with
ANSYS Engineering Knowledge Manager
(EKM) at Petrobras, Brazil", Proceedings of
the NAFEMS European Conference "SDM,
Simulation Process&DataManagement",
2011
3. Dr. Thomas Lehnhaeuser "A SPDM
SOLUTION FOR GLOABLLY SHARING
INFORMATION" I Dr. Thomas Frank
(ANSYS Germany, Germany); Mike Wil-
son, David Clifton, Sanjay Angadi, Shanta-
nu Bhide, Chokri Guetari (ANSYS Inc.,
US); Ankit Adhiya (ANSYS India) Dr.
Thomas Lehnhaeuser, Global EKM Support
Manager, 2013
DATA MANAGEMENT SYSTEMS ENGINEERING ANALYSIS AND SIMULATION
©2015 D.V. Avdeev
JSC «SRC «Progress», Samara
This article describes the problems of engineering analysis and simulation, as well as the need to implement
a data management system modeling.
Key words: Simulation, engineering analysis, simulation data management system
Информация об авторах:
Авдеев Дмитрий Владимирович, начальник сектора АО «РКЦ «Прогресс»»,
Россия, 443009, Самара, ул.Земеца, 18, т. +7-927-906-00-95, dmitr-avdeev@vandex.ru .
Область научных интересов: инженерный анализ, имитационное моделирование.
Avdeev Dmitry Vladimirovich,, head of sector, JSC SRC Progress, 443009, Russia,
Samara, Zemetsa str., 18 tel.: +7-927-906-00-95 dmitr-avdeev@yandcx.ru ,.
Area of research: information technology, engineering analysis, simulation.
231
УДК 65.011.56
НЕОБХОДИМОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ НОВОГО ПОДХОДА К ВЫПУСКУ
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
©2015 Г.С. Канчер, О.В. Космодемьянская
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Рассматриваются возможность и необходимость перехода на интерактивную электронную эксплуата-
ционную документацию на ракетно-космические изделия, разрабатываемые в едином информационном
пространстве предприятия.
Ключевые слова: Жизненный цикл изделия, интерактивное электронное техническое руководство,
информационные технологии, эксплуатационная документация
В состав ракетно-космической про-
мышленности(РКП) РФ входят более ста
предприятий и интегрированных структур,
которые характеризуются рядом особенно-
стей, присущих наукоемким высокотехно-
логичным отраслям, а именно:
• высокий уровень затрат на
НИОКР (основной вид деятельности мно-
гих предприятий - проектные и/или опыт-
но-конструкторские работы, а основной
вид готовой продукции - техническая до-
кументация на объекты (изделия) ракетно-
космической техники);
• загрузка производственных мощ-
ностей изготовлением опытных, единич-
ных или мелкосерийных образцов и их по-
стоянной модификацией;
• длительность фаз «разработка -
производство - эксплуатация»;
• сложность продукции - «сверх-
большие» сборки;
• большая номенклатура и широкая
кооперация;
• особенность технологического
цикла производства в виде большого
удельного веса сборочных операций.
Каждая из перечисленных особенно-
стей выдвигает на первый план необходи-
мость прочных связей между участниками
всего жизненного цикла изделия, объеди-
нение их в единый «научно-
производственно-эксплуатирующий ком-
плекс» с момента выявления потребности в
определенной продукции до момента удо-
влетворения этой потребности и утилиза-
ции продукции. Обеспечить такое взаимо-
действие участников жизненного цикла,
когда переход данных с одного этапа жиз-
ненного цикла на другой происходит каче-
ственно и оперативно, возможно только в
среде единого информационного про-
странства.
Основу для построения такого про-
странства на каждом этапе жизненного
цикла продукции на предприятии состав-
ляют свои специализированные автомати-
зированные системы, интегрированные в
единой системе управления жизненным
циклом продукции:разработка ведется в
системах геометрического моделирования
(CAD) и инженерного анализа (САЕ), да-
лее следуют системы автоматизации про-
изводства (САМ), системы планирования
ресурсов (ERP) и т.д.
На АО РКЦ «Прогресс» единое ин-
формационное пространство построено с
помощью PLM-системы Windchill, в кото-
рой происходит управление всеми инже-
нерными данными, поступающими из Сге-
oParametric 2, КОМПАС, Ansys, ЛОГОС,
Лоцман, Вертикаль, АСУП и др.Такое
комплексное использование ИТдолжно
обеспечивать электронный документообо-
рот на всех этапах жизненного цикла изде-
лий. Одна из проблем, которая стоит перед
предприятиями и эксплуатирующими ор-
ганизациями - бумажная форма выпуска
эксплуатационной документации (ЭД): ко-
гда такая документация на изделие состав-
ляет несколько ящиков, а схемы находятся
в отдельных альбомах, то физические и
временные затраты на её использование
232
достаточно высоки, а об удобстве поиска,
доступности и полноте материала и гово-
рить не приходится.
Решение этой проблемы -переход на
ЭД в виде интерактивного электронного
технического руководства
(ИЭТР).Перечень и последовательность
типовых работ по созданию ИЭТР отли-
чаются в зависимости от организационных
вариантов применительно к временной
шкале жизненного цикла изделия, а имен-
но - вариантов параллельного или последо-
вательного их ведения с процессом проек-
тирования изделия.
При «последовательном» варианте
за основу берутся разработанные ранее
комплекты КД, ЭД, технологической и
программной документации. При «парал-
лельном» варианте разработка ЭД ведется
в виде ИЭТР на основе электронной трех-
мерной КД с начального этапа разработки
изделия, используя «единый источник
данных» об изделии.
Первый вариант создания ИЭТР на
АО «РКЦ «Прогресс» возможен для изде-
лий с выпущенной технической докумен-
тацией, второй вариант является един-
ственно приемлемым для новых изделий,
когда процесс разработки ИЭТР будет
встраиваться в ЕИП предприятия с помо-
щью специализированного программного
комплекса Arbortext, интегрированного с
Windchill. Это решение предполагает, что
ЭД будет создаваться в виде XML-
документов с применением предустанов-
ленных шаблонов и возможностью вывода
их в различные форматы, а графическое
наполнение - в системах для создания тех-
нических интерактивных иллюстраций и
анимации (см. Рис.1). Полный отказ от бу-
мажного варианта ЭД в данный момент
невозможен в силу требований военных
заказчиков, но работа по этому вопросу
ведется: осталось получить официальный-
положительный ответ о взаимодействии в
электронной форме с военным представи-
тельством Министерства обороны. В каче-
стве временного решение вышеописанной
проблемы - возможность получения бу-
мажного варианта ЭД с помощью меха-
низма экспорта в предлагаемый формат
(Word - doc или AcrobatReader - pdf) из
основного XML-документа
Создание
Взаимодействие и
управление
* Нормирование
Использование
Arbortext Editor
Наполнение
модулей данных
Arbortext
IsoDraw/Creo
Illustrate
Создание
технических
иллюстраций/
создание
технической
анимации
Arbortext Styler
Создание таблицы
стилей для
публикации
Каталог деталей
Обучающие материалы
Windchill
Обеспечивает
управление
данными и
процессами
Arbortext Publisher
Автоматически
собирает все
компоненты и
публикует
ИЭТР в различные
форматы
Данные для оператора
Эксплуатационные
бюллетени
Интерактивный формат
Отображение
ИЭТР
Creo Parametric 2
Создание 2D и 3D
компонентов
Эксплуатационная
дог ментация
Техническое описание
системы
Бумажно-
ориентированный
формат
Рис. 1 Этапы создания ИЭТР
Если говорить о нормативно-
технической базе, то её достаточно для
начала отраслевого внедрения ИЭТР на
предприятиях РКП.
233
Так, понятие ИЭТР в ГОСТах
ЕСКД используется как ИЭД и вводится
в ГОСТе 2.601-2013: «Интерактивное
электронное техническое руководство -
обобщенное название для взаимосвязан-
ной совокупности эксплуатационных до-
кументов, выполненных в форме интер-
активного электронного документа по
ГОСТ 2.051 и, как правило, содержащих-
ся в одной общей базе данных эксплуата-
ционной документации» [1]. В ГОСТе
2.610-2006 дан раздел «Общие правила
выполнения интерактивных эксплуатаци-
онных документов» и говорится, что все
ЭД могут быть выполнены в виде интер-
активного электронного документа
(ИЭД) по ГОСТ 2.051-2013 [2]. При этом
ГОСТ 2.051-2013 устанавливает общие
требования к выполнению электронных
конструкторских документов изделий
всех отраслей промышленности. Реко-
мендации по содержанию, стилюи
оформлению, логической структуре базы
данных и стадиям жизненного цикла
продукции приводятся в Р50.1.029-2001,
Р50.1.030-2001 и Р50.1.031-2001 соответ-
ственно.
Важно, что в проектах новых стан-
дартов более подробноговорится о разра-
ботке рабочей конструкторской докумен-
тации в виде электронных технических
документов, где ЭД должна быть пред-
ставлена в форме ИЭТР и разрабатывать-
ся головным разработчиком; также в них
прописано, что должны быть продуманы
процедуры утверждения ИЭТР главным
конструктором, согласования ИЭТР с не-
зависимой инспекцией для его оценки,
получения заключения по качеству ИЭТР
у ведущих НИИ по направлению дея-
тельности (при необходимости) и т.д.
В конце данной статьи хотелось бы
предположить, как будет выглядеть тех-
ническая документация в будущем? Воз-
можно, это будет виртуальная реальность
(ВР), новая парадигма взаимодействия
человека и машины с помощью техноло-
гии погружения пользователя в вирту-
альные сцены, сгенерированные компью-
тером. Преимуществами такого подхода
являются высокореалистичное моделиро-
вание трехмерного пространства и дина-
мическое интерактивное взаимодействие
с пользователем.
Важно понимать, что прогресс не
остановить, рано или поздно вся техниче-
ская документация будет представлена в
электронном виде, и для предприятий
жизненно необходимоначать процесс пе-
рехода как можно раньше: это позволит
сократить ресурсы на производство,
улучшить качество продукции и,в ре-
зультате, увеличить прибыль.
Библиографический список:
1. ГОСТ 2.601-2013. Единая систе-
ма конструкторской документации. Экс-
плуатационные документы [Текст]. - М.:
Стандартинформ, 2014. - 36с.
2. ГОСТ 2.610-2006. Единая систе-
ма конструкторской документации. Пра-
вила выполнения эксплуатационных до-
кументов [Текст]. - М.: Стандартинформ,
2006. - 40 с.
References:
1. State Standard 2.601-2013. Uni-
form system of design documentation. Op-
eration and maintenance documentation
[Text]. - M.: Standardinform, 2014. - 36
pages.
2. State Standard 2.610-2006. Uni-
form system of design documentation. Rules
of operation and maintenance documenta-
tion [Text]. - M.: Standardinform, 2014. -
40 pages.
234
THE NECESSITY OF IMPLEMENTATION OF NEW APPROACH TO
OPERATION AND MAINTENANCE DOCUMENTATION PUBLICATIONIN
ENTERPRISESOF SPACE ROCKET INDUSTRY
©2015 G.S. Kancher, O.V. Kosmodemyanskaya
JSC «SRC«Progress», Samara
The possibility and necessity of creating interactive electronic operation and maintenance documentationof
space rocket products using product life cycle management are considered.
Key words: Product life cycle, interactive electronic technical manual, information technologies, operation
and maintenance documentation
Информация об авторах:
Канчер Галина Сергеевна, инженер-программист2 категории АО«РКЦ «Про-
гресс», 443 011, Россия, г. Самара, т. 276-14-20, hotary-s@rambler.ru.
Область научных интересов: визуализация, интерактивная документация, ИТ.
Оксана Владимировна Космодемьянская, инженер-программист 1 категории АО
«РКЦ «Прогресс», 446442, Россия, Самарская обл., т. 8-927-200-3727,
kilokarameli@mail.ru.
Область научных интересов: визуализация, интерактивная документация, ИТ.
Galina SergeevnaKancher,part-programming engineer of JSC «SRC «Progress», 443011,
Russia, Samara, tel. 276-14-20, hotary-s@rambler.ru.
Area of research:visualization, interactive documentation, ГГ.
KosmodemyanskayaOksanaVladimirovna, part-programming engineer of JSC «SRC
«Progress», 446442, Russia, Samara region, t. 8-927-200-3727, kilokarameli@mail.ru.
Area of research:visualization, interactive documentation, ГТ.
235
УДК 004.912
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ И ВЫПУСКА
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
©2015 А.Н. Филатов, С.М. Микушкина, О.В. Космодемьянская, Г.С. Канчер
АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Приведены методысокращения затрат на разработку эксплуатационной документации (ЭД). Статья
описывает методы оптимизации процесса разработки контента ЭД и публикации в различных целевых фор-
матах. Особое внимание уделено процессу разработки таблицы стилей для публикации ЭД.
Ключевые слова: эксплуатационная документация, ИЭТР, публикация ИЭТР,
таблицы стилей
Одна из проблем, стоящая перед ра-
кетно-космической отраслью РФ, вызва-
на сложностью выпускаемых изделий и
прямопропорциональна необходимому-
объему сопровождающей технической
документации (ТД), которая в бумажном
виде может весить несколько сотен кило-
грамм. Данное обстоятельство влечетзна-
чительные материальные и временные
затраты на её разработку и внесение из-
менений, которые возникают достаточно
часто на этапах проектирования и произ-
водства и коренным образом меняюткон-
струкцию изделия и делают бумажную
форму ТДнеактуальной. В результате
резко снижается эффективность процес-
сов разработки, производства, эксплуата-
.мулътифор.матны е
ции, обслуживания, ремонта сложных
наукоемких изделий.
Все это обуславливает необходи-
мость перехода предприятий ФКА на вы-
пуск документации вэлектронном виде:
часть конструкторской документации,
которая раньше была представлена чер-
тежами, должна разрабатываться в виде
SD-моделей, эксплуатационная докумен-
тация (ЭД) - в виде интерактивных элек-
тронных технических руководств
(ИЭТР), технологическая документация -
в виде интерактивных технологических
процессов и т.д.
На рис. 1 приведена диаграмма, по-
казывающая распределение затрат на
разработку ЭД.
и Формирование
структуры документа
Текст
Графика
и Форматирование и
публикация
Распространиение
Рис. 1 Распределение затрат на разработку эксплуатационной документации
236
Из диаграммы следует, что
наибольший вес в структуре затрат име-
ют:
• разработка графической части;
• разработка текстовой части;
• форматирование и публикация.
В совокупности они составляют
около 80-85 % издержек на создание ЭД.
Следовательно, для сокращения за-
трат на разработку ЭД необходима как
оптимизация процессов формирования
структуры документа, его текстового и
графического контента, так и сокращение
времени, затрачиваемого на форматиро-
вание.
Основными направлениями сокра-
щения трудоемкости разработки содержа-
тельной части документа являются:
• автоматизация процесса создания
структуры документа на основе шаблонов,
сформированных по определенным пра-
вилам;
• использование ПО, позволяюще-
го исключить дублирование фрагментов
текста путем использования системы ссы-
лок;
• применение 3D моделей в каче-
стве исходной информации для создания
иллюстраций, что обеспечивает полное
соответствие графической информации
текущему состоянию изделия и сокращает
затраты на разработку графики за счет ис-
пользования единого источника данных
для разных видов документации.
Традиционно ЭДразрабатывается в
текстовом редакторе MS Word. В связи с
тем, что в MS Word контент документа и
его представление не разделены, форма-
тирование документа происходит непо-
средственно во время написания содержа-
тельной части документа самим разработ-
чиком.
При создании ИЭТР в специализи-
рованном редакторе Arbortext Editor со-
держание документа и описание его
внешнего вида разделяются, а для управ-
ления публикацией и представлением до-
кумента используются таблицы стилей,
создаваемые при помощи модуля
Arbortext Styler. Таблица стилей является
совокупностью спецификаций формати-
рования, применяемых к XML/SGML-
тексту, и позволяет публиковать один
и тот же документ в различных стилях
или форматах вывода, таких, как Web,
HTML, PDF, EPUB и др., а также настраи-
вать отображение документа в окне редак-
тора.
В то время, как в традиционных
процессах подготовки публикаций требу-
ется разработка шаблонов и стилей фор-
матирования для каждого типа выходного
документа, в Arbortext Styler создается
единая таблица стилей для всех форматов
вывода, что сокращает затраты на ее раз-
работку и поддержку.
Рис.2 Этапы создания таблицы стилей.
237
Прежде, чем приступить к разра-
ботке таблицы стилей, необходимо про-
анализировать подлежащие публикации
документы, определить необходимые
форматы публикации и сформировать
для каждого ряд требованийк стилю и
форматированию с учетом общероссий-
ских и отраслевых стандартов (рис. 2):
1. Определить типы документов,
для которого создаётся таблица стилей и
составить список нужных форматов вы-
вода;
2. Составить список главных
структур в документах (как правило, они
соответствуют модулям данных и вклю-
чают титульный лист, оглавление, главы,
индексный указатель, приложения и др.);
3. Определить требования к форма-
тированию по умолчанию (размер стра-
ниц, нумерацию таблиц и иллюстраций,
спецификации шрифтов, “запреты пере-
носа” для заголовков и т.д.);
4. Составить список всех шрифтов,
которые будут использоваться.
5. Составить список языков, кото-
рые поддерживает таблица стилей;
6. Составить список всех формати-
руемых элементов, определить контекст,
в котором они будут форматироваться и
спецификации формата для каждого кон-
текста;
7. Определить элементы, формати-
рование которых меняется на основе зна-
чений атрибутов.
Впоследствии необходимо провести
тестированиеготовой таблицы с помо-
щью комплекта тестовых документов,
созданных специалистом, не участвую-
щим непосредственно в разработке таб-
лицы стилей. Тестовые документы долж-
ны быть доступны в течение всего вре-
мени разработки и поддержки таблиц.
Таким образом, при помощи одно-
кратно создаваемых таблиц стилей ста-
новится возможной оперативная публи-
кация единого XML-источника в различ-
ные целевые форматы без нарушения
структуры и содержания документа.
Кроме того, исключение этапа формати-
рования существенно сокращает время
разработки ЭД.
Библиографический список:
1. Воронцов, А. Способы сокраще-
ния затрат на разработку технической до-
кументации: [Электронный ресурс] URL:
http://www.wiki.itorum.ru/ (Дата обраще-
ния: 05.06.2015)
2. ИспользованиеАгЬог1ех181у1ег
6.0; - Нидхэм: Parametric Technology Cor-
poration, 2011. - 231с.
References:
1. Vorontsov, A. Methods of abbrevi-
ation of expenses for engineering specifica-
tions development: [Internet resource] URL:
http://www.wiki.itorum.ru/ (Inquiry date:
05.06.2015)
2. Using Arbortext Styler 6.0; - Need-
ham: Parametric Technology Corporation,
2011.-231 c.
THE OPTIMIZATION OF OPERATION AND MAINTENANCE
DOCUMENTATION DEVELOPMENT AND PUBLICATION
©2015 A.N.Filatov, S.M.Mikushkina, O.V. Kosmodemianskaya, G.S. Kancher
JSC «SRC«Progress», Samara
The methods of decreasing the outlays spent on operation and maintenance documentation development are
considered. The optimization methods of operation and maintenance documentation content development and publi-
cation in different output formats are described. The development of the operation and maintenance documentation
publication style sheet is emphasized.
Keywords: operation and maintenance documentation J ETP, I ETP output,multiplestylesheets
238
Информация об авторах:
Александр Николаевич Филатов, к.т.н., начальник управления информационных
технологий АО «РКЦ «Прогресс», d0088@samspace.ru;
Светлана Михайловна Микушкина, начальник отдела 2883 АО «РКЦ «Прогресс»,
d883@samspace.ru ;
Оксана Владимировна Космодемьянская, инженер-программист 1 категории
АО«РКЦ «Прогресс», 446442, Россия, Самарская обл.,т. 8-927-200-3727,
kilokarameli@mail.ru.
Область научных интересов: визуализация, интерактивная документация, информа-
ционные технологии.
Галина Сергеевна Канчер, инженер-программист 2 категории АО «РКЦ
«Прогресс», 443 011, Россия, г. Самара, т. 276-14-20, hotary-s@rambler.ru.
Область научных интересов: визуализация, интерактивная документация, информа-
ционные технологии.
Alexander Nikolayevich Filatov, candidate of science, the head of IT of JSC «SRC
«Progress», d0088@samspace.ru;
Svetlana MikhailovnaMikushkina - the division head of 2883 JSC «SRC «Progress»,
d883@samspace.ru ;
Oksana VladimirovnaKosmodemyanskaya, part-programming engineer of JSC «SRC
«Progress», 446442, Russia, Samara region, t. 8-927-200-3727, kilokarameli@mail.ru.
Area of research: visualization, interactive documentation, information technologies.
Galina SergeevnaKancher, part-programming engineer of JSC «SRC «Progress»,
443011, Russia, Samara, tel. 276-14-20, hotary-s@rambler.ru.
Area of research: visualization, interactive documentation, information technologies.
239
УДК 004.056.53+621.376.32
ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ МЕТОДОМ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ
ХАОТИЧЕСКИХ АВТОКОЛЕБАНИЙ
©2015 Зайцев В.В1., Шилин А.Н.1’2
1 Самарский государственный университет, г. Самара
2 АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара
Предлагается использовать частотную модуляцию хаотических автоколебаний в дискретном времени
для защиты информации на цифровых носителях. Детектирование (декодирование) частотно-
модулированного сигнала выполняется с помощью копии хаотических автоколебаний, восстановленной
получателем.
Ключевые слова: дискретное время, хаотические автоколебания, частотная модуляция, детектиро-
вание, защита информации
Одно из направлений скрытной пе-
редачи информации базируется на ис-
пользовании хаотических сигналов [1].
Они могут применяться как для прямой
маскировки информации (chaotic
masking), так и в качестве несущих коле-
баний, модулируемых по амплитуде или
частоте (фазе).
В настоящем сообщении рассмат-
ривается схема передачи дискретных во
времени сигналов (ДВ-сигналов) методом
частотной модуляции автоколебаний ДВ-
осциллятора Ван дер Поля. Эта автоколе-
бательная система, осциллирующая в
дискретном времени, введена в рассмот-
рение в работе [2] и определяется нели-
нейным разностным уравнением движе-
ния (алгоритмом генерации)
х[н] — 2<zcos(2^Q0)x[n — 1] + а2 х[и — 2]= /(1 — х2[п — 1])(х[и — 1] — х[м — 2]) (1)
с константами диссипации
а = ехр(- лЦ, / Q) и глубины положитель-
ной обратной связи у. Параметры урав-
нения Q,, и Q в аналоговом прототипе -
осцилляторе Ван дер Поля - являются
собственной частотой и добротностью
резонатора (Q(1 измеряется в единицах
частоты дискретизации).
Частотную модуляцию в осцилля-
торе (1) можно реализовать следующим
образом:
y[n]- 2acos(2?rQ0(1 + v[n]))y[n -1] + а2у[п - 2]= /(1 - у2[п - 1])у[п -1] - у[и - 2])
где v[n] - информационный сигнал. В приближении низких индексов модуляции
cos (2fl-Q0(l + v[n])) = cos(2^Q0)- 2flQ0 sin(2^Q0 )и[и].
Воспользовавшись этим прибли-
женным равенством, алгоритм генерации
ДВ-сигнала с частотной (точнее, с ча-
у[и] = х[л] — 4лО0 sin(2^ Qo )v[n]x[n -1]
ДВ-осциллятор (1) имеет режимы
генерации широкополосных хаотических
автоколебаний. Например, на рис. 1 не-
прерывной линией показан усредненный
амплитудный спектр автоколебаний х[л]
для значений £20 = 0.2, Q = 20 и
стотно-амплитудной) модуляцией запи-
шем в виде
(2)
у = 0.221. Оценка спектра проведена по
реализации длиной в 65536 отсчетов ме-
тодом Бартлетта с 256-точечным дис-
кретным преобразованием Фурье.
Точки на рис. 1 отображают усред-
ненный амплитудный спектр модулиро-
240
ванного сигнала у[и]. При этом в каче-
стве модулирующего сигнала v[n] вы-
ступали реализации равномерно распре-
деленного случайного процесса в полосе
частот 0 < Q < Qm = 0.025 нулевым сред-
ним и единичной дисперсией. Наблюдае-
мое совпадение спектров несущего (1) и
модулированного (2) колебаний указыва-
ет на высокую степень маскировки пере-
даваемого сообщения.
Детектирование (декодирование)
сигнала у[и] выполняется с помощью ко-
пии хДи] хаотических автоколебаний
х[л], восстановленной получателем при
наличии у него информации о значениях
параметров у, Q(), Q и начальных зна-
чениях х[0] и х[1]. Алгоритм декодирова-
ния имеет вид
|Я[и] + хс [и-1]|
Ил]=J:---------i—1 -1,
|*Д« ~1]|
где
Dr 3 у[л]-х(.[п]
к[и] =---------7-----V •
4М20 sin(2M20)
Успех в декодировании полученно-
го хаотического сигнала у[л] зависит от
точности восстановления копии хДи] и
определяется знанием параметров пер-
вичного хаотического генератора (1). В
работе [3] для режима хаотической мас-
кировки показано, что в генераторе (1)
наиболее значима точность установки
параметров у и Q().
Библиографическийсписок:
1. Дмитриев А.С., Панас А.И. Дина-
мический хаос: Новые носителя инфор-
мации для систем связи. М.: Физматлит,
2002.-251 с.
2. Зайцев В.В., Давыденко С.В., Зай-
цев О.В. Динамика автоколебаний дис-
кретного осциллятора Ван дер Поля //
Физика волновых процессов и радиотех-
нические системы. 2000. Т. 3. №2. С.
64-67
3. Зайцев В.В. Скрытая передача ин-
формации на основе хаотических автоко-
лебаний дискретного осциллятора // Фи-
зика волновых процессов и радиотехни-
ческие системы. 2007. Т. 10. № 1. С.
132-135.
References:
1. Dmitriev A.S., Panas A.I. Dynamic
chaos: New information carries for the con-
nection systems. M.: Physmatlit, 2002. -
251 p.
2. Zaitsev V.V., Davydenko S.V.,
Zaitsev O.V. Self-oscillations dynamics of
the discrete Van der Pole oscillator // Phys-
241
ics of wave processes and radio engineering
systems. 2000. V. 3. №2. P.64-67
3. Zaitsev V.V. Latent information
transfer basing on chaotic self-oscillations of
a discrete oscillator // Physics of wave pro-
cesses and radio engineering systems. 2007.
V. 10.№ l.P. 132-135.
INFORMATION TRANSFER BY MEANS OF FREQUENCY MODULATION OF
CHAOTIC SELF-OSCILLATIONS
©2015 'Zaitsev V.V., 2 Shilin A.N.
'Samara State University, Samara
2 JSC «SRC «Progress», Samara
Frequency modulation of chaotic self-oscillations in discrete time is offered to be used for information secu-
rity on digital carriers. For detecting of FM-signal the copy of realization of the chaotic bearing fluctuation restored
by the recipient is used.
Key words: discrete time, chaotic self-oscillations, frequency modulation, detecting, information security
Информация об авторах:
Зайцев Валерий Васильевич, к.ф.-м..н., профессор кафедры радиофизики, полу-
проводниковой микро и наноэлектроники, СамГУ, 443011, Россия, г. Самара, ул. Акаде-
мика Павлова 1, т. 8-937-174-20-11, zaitsev@samsu.ru.
Область научных интересов: нелинейная динамика.
Шилин Александр Николаевич, инженер-конструктор 1 категории АО «РКЦ
«Прогресс», аспирант кафедры радиофизики, полупроводниковой микро- и наноэлектро-
ники, СамГУ, 443011, Россия, г. Самара, ул. Академика Павлова 1, т. 8-964-986-97-15,
shilax@yandex.ru.
Область научных интересов: цифровая обработка сигналов.
Zaitsev Valeriy Vasilievich, candidate of physical and mathematical sciences, professor
of radio physics department, SSU, 443011, Russia, Samara, Pavlov academician st., 1, tel.
8-937-174-20-11, zaitsev@samsu.ru.
Area of research: nonlinear dynamics.
Shilin Alexander Nikolaievich, Design Engineer, JSC «SRC «Progress», post-graduate
student of radio physics department, SSU, 443011, Russia, Samara, Pavlov academician st., 1,
shilax@vandex.ru , tel.: 8-964-986-97-15.
Area of research: digital signal processing.
242
УДК 519.8, 658.562
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МУЛЬТИАГЕНТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УПРАВЛЕНИИ
КАЧЕСТВОМ
©2015 М.Н. Скобленков
Акционерное общество «Ракетно-космический центр «Прогресс»
В статье приведена модель мультиагентной системы менеджмента качества. Описаны преимуще-
ства агентного моделирования. Описаны способности интеллектуального агента.
Ключевые слова: интеллектуальный агент, мультиагентная система, система менеджмента ка-
чества, управление качеством
Современный подход к управлению
качеством требует эффективного созда-
ния продукции на всех этапах ее жизнен-
ного цикла начиная с этапа маркетинго-
вых исследований, научно-
исследовательских работ. Причем дея-
тельность предприятия не может быть
эффективной после того, как продукция
изготовлена. С целью повышения эффек-
тивности процесса управления качеством
на предприятиях разрабатываются, внед-
ряются и сертифицируются системы ме-
неджмента качества (СМК). Особое вни-
мание уделяется не только качеству про-
дукции, но и качеству предоставления
услуг, а именно, сопровождение продук-
ции в эксплуатации и после гарантийное
обслуживание.
Также современный подход к
управлению качеством требует автомати-
зации деятельности предприятия в рам-
ках СМК и распределенного решения
сложных задач (и эффективное решение
распределенных задач). Но традицион-
ные автоматизированные системы управ-
ления не обеспечивают требуемого каче-
ства информационного анализа и необхо-
димой эффективности формирования
управляющих воздействий в условиях
недостаточности априорной информации
о внешней среде функционирования,
большого количества трудно учитывае-
мых факторов нестационарности и субъ-
ективного их характера, изменяемости
целей и критериев качества управления
вследствие деградации или целенаправ-
ленной реконфигурации [1], [2], а слож-
ность современных систем и организаций
достигает такого уровня, что централизо-
ванное управление становится неэффек-
тивным из-за наличия огромных потоков
гетерогенной информации, когда слиш-
ком много времени тратится на ее пере-
дачу в центр [3].
Построение интеллектуальных
моделей управления и поддержки приня-
тия решений позволит снять эти ограни-
чения.
Для решения подобных задач тре-
буются новые подходы. В этой связи и
возникают парадигмы мультиагентных
систем и мультиагентного моделирова-
ния.
Основным компонентом мультиа-
гентной системы выступает автономный
интеллектуальный агент, способный:
а) способный действовать на объ-
екты в некоторой среде, на других аген-
тов, а также на самих себя (действие);
б) способный общаться с другими
агентами (общение);
в) исходящий из некоторых по-
требностей и способные к целеобразова-
нию (потребностно-целевая основа); об-
ладающий набором интенциональных
характеристик (убеждения, желания,
намерения и пр.);
г) несущий определенные обязан-
ности и предоставляющий ряд услуг
(наличие обязательств);
д) обладающий собственными ре-
сурсами, обеспечивающими его автоно-
мию (автономия);
е) способный к восприятию среды
(восприятие с ограниченным разрешени-
ем);
ж) способный строить частичное
представление этой среды на основе ее
243
восприятия, т.е. перцептивных навыков и
умений (локальное представление сре-
ды);
з) способный к обучению, эволю-
ции и адаптации (эволюционный и адап-
тационный потенциал)
и) способный к самоорганизации и
самовоспроизведению (самосохранение)
[4],
снимая тем самым с человека избы-
точную информационную нагрузку.
Агентное моделирование исполь-
зуется для исследований и разработок в
различных областях знания: в искус-
ственном интеллекте, теории сложных
систем, теории игр, теории массового об-
служивания и т.д.
Так для исследования, постоянно-
го мониторинга и проведения системного
анализа деятельности крупного промыш-
ленного предприятия в рамках СМК с
учетом того, что «агентное моделирова-
ние является подходом более универ-
сальным и мощным, так как оно позволя-
ет учесть любые сложные структуры и
поведения», «разработка модели возмож-
на в отсутствии знания о глобальных за-
висимостях» и «агентную модель проще
поддерживать: уточнения обычно дела-
ются на локальном уровне и не требуют
глобальных изменений» [5], СМК осно-
вана на процессном подходе к управле-
нию [6] разработаем мультиагентную
СМК (МАСМК).
МАСМК, с учетом [7], [8], [9],
представляет собой кортеж:
MAQMS =
{Goal, Res, Mean, Agent, R, MSt, Env, Proc}
9
где Goal - множество целей модели
системы, Res - множество ресурсов,
Mean - множество средств, Agent =
{Agents Адent2, ...,Agentn} - множе-
ство агентов, RA - множество отношений
между агентами, MSt = {Stj х St2 х
... х Stn] - множество состояний
МАСМК, Env - среда, Proc - множе-
ство процессов СМК.
Agentn = {AgentGoal,
AgentSolution, St, SI, Act, Ta},
где AgentGoal - множество целей
агентов, AgentSolution - база знаний,
St - множество состояний агента, SI -
множество социальных ограничений, Act
- множество действий агентов, Ta:Stx
Act х SI -» St - функция переходов.
Procn =
{ProcGoal, St, Agent, In, Out, Tp},
где ProcGoal - цели процесса, In и
Out - входы и выходы процесса, соот-
ветственно, Тр - функция переходов.
Формально модель МАСМК мож-
но представить в следующем виде (см.
рис.).
Рис,- Формальная модель МАСМК
244
Архитектура агентов основана на
цикле Деминга с использованием конеч-
ных автоматов. Каждый агент Agentn
самосовершенствуется и делится своими
достижениями с другими агентами. А те
в свою очередь перенимают только то,
что им нужно для достижения своих це-
лей AgentGoal.
При взаимодействии агентов меж-
ду собой они обмениваются информаци-
ей, необходимой им для достижения по-
ставленных целей AgentGoal и
ProcGoal.
Агенты сгруппированы по процес-
сам - у них единая цель AgentGoal
внутри процесса Ргосп.
МАСМК можно использовать как
средство решения задач СМК. Данная
МАСМК представляет собой
имитационную модель СМК
предприятия, реализованную средствами
агентного моделирования. Обеспечение
функционирования СМК и ее
постоянного улучшения осуществляется
путем имитационного моделирования за
счет проигрывания различных сценарий
(ситуаций), возникающих в процессе
деятельности предприятия в рамках
СМК.
Библиографический список:
1. Васильев С. Н., От классических
задач регулирования к интеллектному
управлению. Часть I / Известия
РАН. Теория и системы управления. -
2001. - №1. - С.5-22.
2. Васильев С. Н., От классических
задач регулирования к интеллектному
управлению. Часть П / Известия
РАН. Теория и системы управления. -
2001,-№2.-С.8-21.
3. Варшавский В.А., Поспелов
Д.А. Оркестр играет без дирижера.
Размышления об эволюции некоторых
технических систем и управлении ими. -
М.: Наука, 1984.
4. Тарасов В.Б., Агенты,
многоагентные системы, виртуальные
сообщества: стратегическое направление
в информатике и искусственном
интеллекте //Новости искусственного
интеллекта. - 1998. - №2. - С.5-6.
5. Борщев А.В., Практическое
агентное моделирование и его место в
арсенале аналитика // Exponenta PRO, #3-
4 (7-8) 2004, с. 38-47.
6. ГОСТ ISO 9001-2011.
7. Новицкая Е.Г., Теоретические
основы мультиагентного ситуационного
анализа
http://elibrary.miu.by/iournalsl/item.science-
xxi/issue.2/article. 15.html
8. Паршиков П.А., Мультиагент-
ная система поддержки принятия реше-
ний «Координатор» И Вестник Брянского
государственного технического универ-
ситета. - 2011. - №1(29). - С.71-78.
9. Аксенов К.А., Разработка и
применение метода анализа узких мест на
основе мультиагентного имитационного
моделирования // ИММОД-2013. - 2013.
-с. 19-23.
References:
1. Vasilev S. N., From classical prob-
lems of regulation to intelligence to man-
agement. A part I / News of the Russian
Academy of Sciences. The theory and con-
trol systems. - 2001