МГТУ им. Н.Э. Баумана (статьи)

Рассмотрены достоинства и особенности применения одного из наиболее распространенных методов исследования операций — имитационного моделирования. Приводятся реальные примеры имитационных моделей, иллюстрирующие порядок их построения, структуру и интерпретацию полученных результатов.

Рассмотрены учебно?методические и организационные вопросы, связанные с подготовкой специалистов по оборонным специальностям. Отмечена важная роль интеграции образовательной, научносследовательской, конструкторской и технологической составляющих в новых образовательных программах. Приведены примеры организации учебного процесса и проведения научно-исследовательских работ в тесном сотрудничестве с предприятиями оборонно-промышленного комплекса и организациями Министерства обороны РФ. Определена роль оборонных специальностей в развитии обороннопромышленного комплекса и обеспечении национальной безопасности России.

Предложен метод расчета режима охлаждения объектов в рабочем объеме низкотемпературной камеры, позволяющий на этапе проработки конструкции определить, обеспечит ли выбранная схема холодильной машины заданную скорость охлаждения.

Приведены основные области применения оружия нелетального действия, показаны его характерные признаки и особенности. Рассмотрены типовые сценарии применения оружия нелетального действия для полицейских и военных операций, а также для операций по противодействию терроризму. Выделены общие для операций различного типа ключевые характеристики, определяющие необходимость использования оружия нелетального действия. Приведены сравнительные данные о применении различных типов оружия в России и за рубежом.

Представлены результаты разработки подсистемы определения параметров движения (ПОПД) для наземного подвижного объекта в составе блока инерциальных датчиков и приемника спутниковой навигационной системы. Разработано математическое и алгоритмическое обеспечение ПОПД с учетом приборного состава и его размещения на объекте. Приведены результаты математического моделирования, демонстрирующие особенности и ограничения предлагаемой ПОПД.

Рассмотрены инерционные моменты, парируемые двигателями cтабилизации гиростабилизатора, которые возникают при движении высокоманевренного объекта с угловыми скоростями и ускорениями, а также при наличии угловых колебаний основания. Получены расчетные соотношения, описана методика определения максимальных величин инерционных моментов для двух- и трехосного гиростабилизаторов. Приведены результаты анализа и примеры расчета.

Предложены и исследованы разбиения семейства матриц Адамара по его конструктивным особенностям и модель таких разбиений.

Изложен способ определения углов атаки и скольжения по измерениям давления набегающего потока на обтекателе летательного аппарата (ЛА). Приведены результаты поиска приближенных решений для расчетных формул. Описаны конструкция аппаратной реализации измерителя и результаты летных испытаний на экспериментальном ЛА.

Проанализированы результаты расчета параксиальных характеристик линз с осевой и радиальной неоднородностями показателя преломления численным и аналитическим методами. Обоснован критерий достаточного количества коэффициентов числовых рядов, представляющих в неоднородной среде функции высоты луча и угла луча с оптической осью.

Рейтинговая система — мощный инструмент, с помощью которого можно не только более объективно оценить полученные знания и навыки, а также личностные качества студента, но и значительно активизировать его работу и сделать ее более равномерной в течение всего семестра по всем дисциплинам. Рейтинговая система содержит много настраиваемых параметров. Небольшая часть из них устанавливается едиными для всего университета, а остальные параметры выбирает кафедра для своих дисциплин. От того, насколько удачно они будут выбраны, зависит и эффективность рейтинговой системы. Рассматриваются перечисленные параметры и анализируются общие принципы их выбора.

Рассмотрен разработанный приближенный аналитический метод для расчета малых свободных и вынужденных колебаний одномерных систем с сухим трением. Метод основан на приведении системы к механическому аналогу. Механический аналог представлен для каждого типа колебаний в виде бесконечной системы линейных осцилляторов в предположении равенства частот i-го тона свободных колебаний каждого вида системы i-му тону колебаний механического аналога. Для учета сухого трения использован энергетический метод, который впервые был применен для исследования вынужденных колебаний системы с одной степенью свободы С.П. Тимошенко. При построении методики расчета колебаний использован метод приведенных (эквивалентных) параметров. Для вынужденных колебаний механических аналогов найдены частные решения и рассмотрены уравнения переходного процесса. Результаты расчетов можно применять при исследовании динамики трубопроводов, например, нефтепроводов.

В настоящее время при проектировании и доводке автомобилей широкое распространение получили расчетные методы исследования. Отличительной особенностью предложенной методики является поэтапный подход к расчету несущей системы. На первом этапе проводится расчет нагрузок, действующих на несущую систему автомобиля в реальных условиях эксплуатации, на втором — полученные нагрузки используются для конечно-элементного анализа прочности несущей системы. Разработаны математические модели автомобилей и программа расчета указанных нагрузок при наезде автомобиля на неровность и при разгрузке самосвала. Программа реализует итерационный метод Ньютона в сочетании с методом пошагового изменения параметров. Исследованы реакции на раму автомобиля от направляющего устройства подвесок различного типа, предложены пути снижения указанных нагрузок. Дан сравнительный анализ результатов численных и натурных экспериментов. Предложенная методика позволяет уже на ранней стадии проектирования проводить многовариантные расчеты несущей системы автомобиля с целью выбора оптимального конструктивного решения.

Предложен новый метод записи микроголограмм для систем голографической памяти, основанный на компьютерном кодировании страницы бинарных данных в виде синтезированной голограммы Фурье. Численно рассчитанные голограммы вводятся в проекционную оптическую систему с помощью пространственно-временного модулятора света. Приведены результаты математического моделирования и экспериментальной реализации метода.

Предложена многоканальная модель зрительной системы человека-оператора, учитывающая информацию как об амплитудах, так и о фазах гармонических составляющих спектра объекта. Обоснована методика расчета вероятности распознавания образов объектов, наблюдаемых человеком. Проведен количественный анализ возможности распознавания символов при наличии помех в стеганографических системах. Приведены результаты экспериментальных исследований, подтверждающие правильность теоретических выводов.

Рассмотрено регрессионное тестирование, которое является специализированным видом тестирования, для проверки изменений, сделанных в коде программы в связи с устранением ошибок и консолидацией вносимых изменений

Описаны методы построения современных систем охраны и обороны с применением роботизированных технологий, позволяющих обеспечить работу системы как в режиме дистанционного управления, так и в автономном режиме.

Приведен расчет напряженно-деформированного состояния тонкой пластины из слоистого углерод-карбидного композиционного материала с ортогональным 2D армированием, позволяющий достаточно быстро предсказать механизм разрушения и рассчитать разрушающую нагрузку. Предложен вариант аналитического решения задачи. Показано, что решение, найденное с помощью метода конечных элементов, хорошо согласуется с аналитическим решением. Рассмотрен численный пример. Отмечено, что вследствие низкой прочности углерод-карбидного композита на межслойный сдвиг для тонкостенной пластины возможен механизм разрушения, обусловленный расслоением.

Рассмотрены особенности построения математической модели крупногабаритных космических конструкций ферменного типа. Показана целесообразность использования возможностей современных программных комплексов моделирования динамики механических систем для конструкций данного типа. Приведены примеры расчета раскрытия подобных конструкций.

Проведено математическое моделирование собственного излучения биологических тканей человека на основе численного решения уравнения теплопроводности и численного решения уравнений Максвелла для многослойной среды при наличии злокачественной опухоли. Получены аппроксимационные формулы для распределения температуры в молочной железе при наличии злокачественной опухоли. На основе математического моделирования проведен анализ трех миниатюрных антенн-аппликаторов диаметром 8, 15 и 22 мм, предназначенных для измерения собственного излучения тканей человека с помощью микроволнового радиотермометра. Установлено, что миниатюрные антенны, построенные на базе круглого волновода, заполненного диэлектриком с высоким значением диэлектрической проницаемости, имеют более высокую разрешающую способность по сравнению с существующими антеннами, т. е. способность более эффективно выявлять температурные аномалии небольших размеров. Изготовлены опытные образцы антенн-аппликаторов указанных размеров.

Изложена методика и рассмотрен пример расчета при определении влияния конструктивных параметров многоопорного шпиндельного узла на параметры точности и жесткости этого узла. Методика разработана С.Н. Борисовым, программа расчета написана А.П. Тремасовым, расчет и анализ выполнены А.С. Евсеевой.

Приведены методика и результаты расчетного и натурного моделирования механических потерь в цилиндропоршневой группе ДВС. Проведенное сравнение значений этого показателя для малоразмерного дизеля, полученных различными методами при прочих равных условиях, доказывает адекватность принятых подходов к моделированию механических потерь.

Приведены полученные автором уравнения для расчета периода задержки самовоспламенения и скорости низкотемпературного окисления в дизеле при реализации рабочего процесса с большим опережением впрыска пилотных порций топлива (PCCI-процесс) и большой рециркуляцией отработавших газов, применяемых для снижения эмиссии NOx. Предложенный метод расчета сохраняет применимость к расчету периода задержки в дизеле с традиционным опережением впрыска топлива. Метод проверен по опубликованным экспериментальным данным для разных двигателей, работающих на различных режимах.

В ракетно-космической технике востребованы конструкции, способные работать без изменения геометрических размеров в интервале температур 100…450 K. Эффективным приемом создания термостабильных конструкций считается применение полимерных композиционных материалов с малыми значениями коэффициента линейного термического расширения и высокой теплопроводностью. С увеличением теплопроводности материала удается уменьшить температурные перепады и тем самым снизить температурные деформации. В настоящей работе с помощью методов математического моделирования исследованы подходы к получению высокотеплопроводных полимерных композиционных материалов.

Разработаны основы методики проектирования оптических лазерных головок для технологических установок с мощными волоконными лазерами. Методика учитывает свойства мощного многомодового излучения и позволяет проектировать наиболее простые по составу лазерные головки с широким набором технологических операций, выполняемых установкой.

Рассмотрена возможность создания двигательной установки с экологически чистым двигателем малой тяги для разгонных блоков.

Рассмотрены результаты регистрации на радиотелескопе РТ-7,5 МГТУ им. Н.Э. Баумана радиоизлучения на частотах 93,2 и 139,8 ГГц от двух солнечных вспышек. Описана методика наблюдений и особенности полученных данных. Выполнено их сопоставление с данными наблюдений этих событий на других наземных и космических обсерваториях. На основе теоретических представлений о физических процессах, происходящих во вспышках, сделаны оценки температуры плазмы во вспышечных магнитных петлях.

Представлены результаты наблюдения сигналов глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС с помощью программно-аппаратного комплекса, созданного на базе радиотелескопа РТ-7,5 МГТУ им. Н.Э. Баумана. Описаны методики калибровки измерительной системы с использованием радиоизлучения Солнца.

Описан подход к созданию аппаратных средств цифрового синтеза и обработки радиосигналов с широкой полосой на основе перспективной линейки стандартов VPX для встраиваемых систем с жесткими условиями эксплуатации. Приведено краткое описание и технические характеристики разрабатываемых компонентов. Показаны возможности построения цифровых подсистем сигнальной обработки для радиотехнических систем различного назначения на основе модулей предлагаемой универсальной платформы.

Приведен базовый расчет на прочность наиболее напряженных элементов конструкций шаровых кранов пневмогидравлических систем, разработанный на основе многолетнего опыта в области конструирования, производства и эксплуатации шаровых кранов.

Рассмотрено течение жидкой среды через пористое тело под действием перепада давления в установке пробоподготовки. Разработана математическая модель данного процесса. Обоснован выбор уравнения, описывающего течение жидкой среды через пористое тело. На основе математической модели составлена численная модель и приведено ее решение.

Рассмотрено влияние основных параметров проточной части молекулярно-вязкостного вакуумного насоса на его откачные характеристики при работе в области молекулярного режима течения газа. На основании расчета по статистической математической модели представлены рекомендации для обеспечения необходимых геометрических параметров проточной части.

Проведено дилатометрическое исследование стали 25Н12М6К10 с карбидно-интерметаллидным упрочнением и получены эмпирические выражения, позволяющие прогнозировать структурный состав и температурно-структурные деформации стали при нагреве и охлаждении. Разработаны расчетные методы и созданы программные средства для анализа напряженно-деформированного состояния в биметаллических опорных прокатных валках с наплавкой из стали 25Н12М6К10 при термической обработке. Посредством компьютерного моделирования показана целесообразность производства крупногабаритных биметаллических опорных прокатных валков взамен ныне изготавливаемых цельнокованых валков.

Методом возмущений исследованы свободные колебания кольцевого резонатора твердотельного волнового гироскопа, имеющего малые неосесимметричные отклонения формы от идеальной (малая некруглость). Получено аналитическое выражение для расщепления частот.

Разработана математическая модель для расчета релаксации силы сжатия пружины, работающей в условиях высокой температуры и нейтронного потока, которая находится в головной части тепловыделяющей сборки. Проведено сравнение результатов расчета с решением задачи в расчетном комплексе ANSYS. На основе математической модели создан модуль для определения эксцентриситета сжимающей сборку силы.

Представлена методика создания конечно-элементной модели пучка тепловыделяющих элементов ТВС реактора ВВЭР-440 с учетом взаимодействия пучка с дистанционирующими решетками для анализа его динамических характеристик. Найдены жесткости ячейки дистанционирующей решетки. С использованием конечно-элементной модели пучка тепловыделяющих элементов, разработанной в среде программного комплекса ANSYS, определены собственные частоты и формы колебаний конструкции в воздухе и воде.

Рассматривается способ управления движением мобильного робота по заданной траектории при наличии подвижных и неподвижных препятствий. Для этого используется известный алгоритм А* (А-звезда), который был модифицирован авторами для решения поставленной задачи.

Выполнен анализ оптических характеристик глобулярных фотонных кристаллов, заполненных органическими и неорганическими соединениями. Методика проведения экспериментов основана на волоконно-оптической регистрации спектров отражения от поверхности искусственных опалов. Построены спектры отражения и их разностные функции, позволяющие определить изменения в составе введенного в поры фотонного кристалла вещества. Разработанный метод может быть применен при контроле качества и состава органических и неорганических веществ.

Разработан метод обработки временных интерферограмм на основе разложения Якоби – Энджера. Исследованы структуры функции ошибки, выбора оптимальных начальных приближений и скорости сходимости различных методов оптимизации. Разработанный метод обработки позволил увеличить соотношение S/N до уровня порядка 105 в эксперименте по исследованию трехмерного эффекта Физо.

Разработанные криогенные и сверхвысокочастотные электромагнитные технологии лечения врожденных заболеваний позволяют с успехом лечить детей с гемангиомами, ранее подвергавшихся тяжелым и многоэтапным операциям, сокращают сроки лечения, предупреждают рецидивы заболевания и обеспечивают не только полное излечение заболевания с хорошим результатом (99,8 %), но и сохраняют ребенку жизнь и внешность.

Приведены результаты численного анализа работы высокооборотного многорядного парожидкостного поршневого детандера форсированного по частоте вращения вала и средней скорости поршня. Численный эксперимент базируется на использовании программы расчета, учитывающей реальность рабочего вещества, конечность объемов полостей, примыкающих к цилиндру, и фазовые переходы в течение рабочего цикла. Показана принципиальная возможность повышения на 25–30% массового расхода детандера при оптимизации геометрических параметров элементов выходного тракта и сохранении значения расчетного изоэнтропного коэффициента полезного действия. Приведены результаты оценки интенсивности процессов теплообмена на различных участках рабочего цикла.

Разработан тепловой насос, использующий для получения высокотемпературного потока азота теплоту охлаждающей воды воздушных компрессоров. Показано, что использование низкопотенциальной теплоты в промышленных установках оправдывает себя, а дальнейший положительный эффект определяется применением более совершенного компрессорного оборудования и затратами на электроэнергию, стоимость которой непрерывно повышается.

В работе проводится исследование распределения стран мира по такому показателю, как “валовой внутренний продукт на душу населения”. Показывается, что зависимость типа ранг — размер для указанного показателя хорошо приближается показательной функцией, что означает равномерное распределение для логарифма этого индикатора. Предлагается и исследуется теоретическая модель, объясняющая данный факт.

Проанализированы основные подходы к оценке эффективности облачных вычислений. Предложено усовершенствование неравенства для расчета выгодности использования облачных вычислений. Показаны основные достоинства и основные риски использования облачных вычислений.

Обоснована актуальность адаптивности наблюдательных каналов человекомашинных систем к яркостной структурированности их визуальной среды. Исследованы ситуация и психофизиологические механизмы интегральной и зональной дезадаптации зрительного анализатора. Разработаны принципы построения, создан демонстрационный макет и проведена его апробация на моделирующем стенде, оценены базовые характеристики локально адаптивных светофильтров различного назначения.

Информационный поиск на основе взвешенного зонного ранжирования подразумевает присвоение каждой зоне или полю в метаданных документов весового коэффициента с использованием методов машинного обучения. Рассмотрен метод определения весов, в котором для вычисления взвешенной зонной релевантности вместо средневзвешенного оператора применен нечеткий интеграл Шоке. Это позволяет учесть при расчетах релевантности возможные взаимозависимости между зонными показателями, что в конечном итоге повысит точность ранжирования.

Предложен подход к разработке информационных систем на основе адаптивных объектов, который предназначен для облегчения разработки программного обеспечения и уменьшения связности между компонентами биомедицинской информационной системы.

Приведена физико-математическая постановка комплексной задачи о двумерном нестационарном прогреве и разложении стеклопластика под воздействием высокотемпературного термохимического разрушения, вызванного интенсивным лазерным нагревом. Проведены исследования зависимости степени повреждения материала в окрестности поверхности раскроя, наблюдаемого в процессе лазерной резки стеклопластика, от линейной скорости резки.

Рассмотрена задача распознавания образов на цифровых изображениях и определения их положения, ориентации и масштаба относительно заданной системы координат. Описан метод решения этой задачи на основе вычисления инвариантов. Приведен алгоритм решения задачи.

Предложена математическая модель тепловых процессов в трехслойных сварных конструкциях с дефектами сварных соединений. Сформулирована постановка геометрически обратной задачи тепловой диагностики конструкций на основе тепловизионного метода. Разработан алгоритм ее численного решения, основанный на сведении к задаче оптимизации и конечно-элементного решения последовательности прямых трехмерных задач теплопроводности. Приведены результаты численного решения задачи.

Основой публикации являются результаты проведенных исследований по разработке систем программных средств, сопровождающих учебный процесс, и выбору метода моделирования таких систем на примере электронной энциклопедии кафедры “Информационная безопасность” МГТУ им. Н.Э. Баумана. Рассмотрены основные аспекты и обоснован выбор методов модельного представления системы с использованием аппарата сетей Петри.