Авиация и космонавтика

Изложены основы теории трехстепенных гирокомпасов, описаны принципы действия, конструкция и алгоритмы работы полуавтоматического трехстепенного гирокомпаса 1Г25-1.

В методических указаниях дано достаточно полное представление о назначении, принципе работы, основных режимах, составе аппаратуры и технических характеристиках современной инерциальной навигационной системы И-21.

Рассмотрены вопросы тепловых испытаний стержневых космических конструкций. Дано теоретическое обоснование условий испытаний. Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки специалистов «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов» и направлениям подготовки магистров «Материаловедение и технология материалов», «Ракетные комплексы и космонавтика».

Изложены вопросы, касающиеся воздействия условий невесомости на физиологию космонавта. Рассмотрены профилактические мероприятия по поддержанию здоровья космонавтов, а также вопросы имитации невесомости в земных условиях и имитации силы тяжести в условиях космического пространства. Описаны особенности функционирования оборудования космического аппарата в условиях невесомости и способы передвижения космонавтов в космическом пространстве.

Рассмотрены метод и последовательность определения основных характеристик электрического рулевого привода с управляемым бесконтактным двигателем постоянного тока, приведен проектировочный расчет редуктора рулевой машины на примере рулевой машины РМ1-4. Помимо помощи при изучении дисциплин «Расчет и конструирование элементов автопилотов», «Автоматическое управление летательными аппаратами» и «Моделирование и испытание автопилотов» методические указания могут использоваться для выполнения курсового и дипломного проектирования.

Представлены общие сведения о телеметрической системе малых космических аппаратов, описан порядок работы с программным приложением для анализа полного телеметрического пакета с космического аппарата отечественного производства. Приведены методы восстановления потерянных данных, раскрыта специфика алгоритма восстановления. Описан алгоритм работы с данными резервной телеметрической системы и особенности получения и обработки этих данных.

Представлены общие сведения о данных дистанционного зондирования Земли, типах применяемых для этой цели космических аппаратов и порядке осуществления приема данных наземной станцией с последующей обработкой специальными программными средствами. Приведены примеры использования полученной информации для проводимых исследований различной тематической направленности.

Рассмотрены основные характеристики невозмущенного движения космических аппаратов. Для студентов старших курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих дисциплину «Теория космического полета».

В методических указаниях содержатся учебные материалы: тексты на английском языке, словарные терминологические блоки, предтекстовые и послетекстовые лексико-грамматические упражнения, способствующие пониманию и осмыслению прочитанного, а также упражнения, направленные на развитие навыков перевода. Особое внимание уделено упражнениям на развитие навыков устной речи по профессиональной тематике.

Подробно рассмотрены особенности моделирования раскрытия крупногабаритных солнечных батарей (СБ) космических аппаратов и экспериментальной отработки их раскрытия. Приведены однофазные и многофазные схемы раскрытия СБ и модель установки элементов конструкции СБ на упоры и фиксаторы. Дан пример расчета трех кинематических схем раскрытия СБ.

В учебном пособии изложены современные представления об ответственных конструкциях авиа- и ракетно-космического назначения, выполненных из термостойких композиционных материалов (КМ). Описаны условия эксплуатации и приведены свойства отечественных и зарубежных материалов, используемых в термостойких КМ. Отдельно рассмотрены технологии производства, особенности при многократных испытаниях и возможности улучшения свойств термостойких КМ путем нанодоппирования.

Изложены основные вопросы теории и практики астрономической навигации космических аппаратов, связанные с изучением дисциплины «Системы управления движением и навигации космических аппаратов».

Изложены общие вопросы проектирования орбитальных станций (ОС), критерии рационального выбора их характеристик. Сформулированы основные требования, определяющие технический облик ОС; характеристики целевого оборудования, условия эксплуатации, схема полета, транспортно-техническое обеспечение и функционирование экипажа. Учебное пособие включает в себя три части. В первой части рассмотрены общие вопросы проектирования ОС. Во второй части пособия подробно освещены бортовые системы ОC. Третья часть пособия посвящена проектированию модулей ОС.

На примере проектирования шарикового замка, применяемого в системах разделения конструкций космических аппаратов, рассмотрены приемы построения электронных геометрических моделей и электронных расчетных схем для инженерного анализа элементов конструкций аэрокосмических систем. Приведены указания для самостоятельной работы студентов в пакетах SoildWorks, SolidWorks Motion и SolidWorks Simulation.

Приведены математические модели механики деформирования оболочек - тонкостенных элементов аэрокосмических систем, на основании которых исследуется концентрация напряжений. Рассмотрены научные основы методов анализа математических моделей и обоснован выбор тех, которые соответствуют задаче исследования напряжений в местах концентрации с контролируемой погрешностью. Даны формулы решения дифференциальных уравнений математических моделей, эффективные алгоритмы методов исследования напряжений в тонкостенных элементах аэрокосмических систем, в местах их концентрации: краевые задачи приведены к начальным, напряжения определены решением задачи Коши мультипликативным методом по рекуррентным соотношениям.

Изложены основы проектирования логических управляющих устройств для агрегатов и систем специального технологического оборудования. Приведены необходимые сведения по теории автоматов и алгебре логики. Рассмотрены различные типы автоматов, даны методики их синтеза. Необходимое внимание уделено реализации управляющих устройств на релейно-контактных схемах и полупроводниковых логических элементах. Описаны примеры по обеспечению безопасности при эксплуатации специального технологического оборудования стартовых комплексов.

Пособие содержит учебные материалы: тексты на английском языке, словарные терминологические блоки, предтекстовые и послетекстовые лексико-грамматические упражнения, способствующие пониманию и осмыслению прочитанного, а также упражнения, направленные на развитие навыков перевода. Особое внимание уделяется упражнениям для развития навыком устной речи по профессиональной тематике.

В первой части учебного пособия описаны устройство и функционирование бортовых источников питания, работающих на холодном газе, изложены основы их расчета и проектирования. Для студентов, изучающих дисциплины «Проектирование бортовых исполнительных систем» и «Проектирование энергетических установок ракетного оружия». Также будет полезно аспирантам и преподавателям, ведущим аудиторные занятия по этим дисциплинам.

Рассмотрены возможные варианты внешних форм, конструктивно-силовых схем, особенностей конструкций, основных элементов, разъемов крыльев. Для студентов 1−3-го курсов, обучающихся по специальностям «Космические летательные аппараты и разгонные блоки» и «Ракетостроение».

Представлены основные требования к порядку утверждения задания на выпускную работу (дипломный проект или дипломная работа); типу (с развитой конструкторской, технологической, исследовательской или расчетной частью); структуре содержания и оформлению как графического материала, так и пояснительных записок для каждого типа; порядку согласования, рецензирования выпускных работ каждого вида и их представления на защиту в Государственный аттестационной комиссии. В приложениях даны примерный график выполнения и памятка рецензенту выпускной работы.

Рассмотрена задача навигации и методы ее решения, обсуждены особенности схемотехнического исполнения и важнейшие параметры оптических и оптико-электронных приборов, входящих в состав навигационных комплексов самолетов и космических кораблей. Приведена оценка ожидаемой погрешности этих приборов при измерении направлений на небесные ориентиры, а также методика светотехнического расчета визирной системы полуавтоматического секстанта-ориентатора космического базирования.

В пособии рассмотрено последовательное решение задачи баллистического проектирования космического летательного аппарата (КЛА). В результате решения этой задачи определяют систему координат, в которой описывается движение КЛА, рассчитывают импульсы, необходимые для осуществления маневров КЛА. На основании этого осуществляется проектирование исполнительных органов систем управления движением КЛА, в том числе жидкостных ракетных двигателей малой тяги.

Рассмотрены вопросы расчета собственных колебаний конструкции космического летательного аппарата с применением метода синтеза форм колебаний в виде метода жестких границ по Крейгу — Бэмптону.

Приведен перечень и причины возникновения нештатных ситуаций на пилотируемых космических аппаратах. Дана классификация ситуаций по степени опасности для жизни и здоровья космонавтов применительно к основным системам корабля: корпусу, спускаемому аппарату, двигательной установке, системе электроснабжения, системе обеспечения жизнедеятельности, а также пиротехническим устройствам.

В методических указаниях рассмотрен процесс синтеза контура командного теленаведения, выполняемого студентами в рамках домашнего задания и лабораторных работ по курсу «Управление движением летательных аппаратов» в 9-м семестре. Использование компьютерной технологии позволяет проводить процесс синтеза с сопутствующим анализом в достаточно большом объеме с малыми затратами рабочего времени.

Предложена расчетная модель складного крыла, имеющего две линии складывания. Результирующие уравнения динамики приведены к форме Коши. Они используются для решения задачи оптимизации, в которой находится минимальное время раскрытия крыла при учете ограничения по уровню перегрузки фюзеляжа. Рассмотрен пример анимации результатов расчета.

На реальных примерах систем управления, разработанных в НПО машиностроения, рассмотрено применение методов телеуправления и самонаведения в системах управления крылатыми ракетами. Приведены алгоритмы методов и их приборная реализация. Предложен алгоритм интеллектуализации процесса самонаведения летательных аппаратов. Рассмотрены преимущества и недостатки метода телерадиоуправления. Даны рекомендации по применению головок самонаведения, использующих различные диапазоны длин волн. Затронуты вопросы компоновки приборов систем управления и их комплектной поставки.

Представлены аппроксимирующие зависимости для расходного комплекса ряда жидких топлив и показателя процесса расширения продуктов сгорания в сопле. В виде таблиц приведены результаты расчетов коэффициента тяги в пустоте и геометрической степени расширения сопла. Полученные данные позволяют оперативно определять основные параметры и характеристики ракетного двигателя (удельный импульс двигателя, расход топлива, размеры камеры ЖРД) для различных вариантов задания на проектирование ракетного двигателя.

Рассмотрены принцип действия, математические модели, особенности конструкции и применения на современных летательных аппаратах гидравлических приводов различного назначения.

В учебном пособии изложены материалы, отражающие опыт авиационной промышленности в области разработки резервных гидромеханических систем управления полетом самолетов разных типов. Рассмотрены вопросы схемотехники многоканальных систем рулевых гидроприводов, особенности гидроприводов, связанные с защитой от возмущающих воздействий и работой в составе систем управления полетом аэродинамически неустойчивых самолетов.

В третьей части учебного пособия описаны устройство, функционирование и области применения бортовых источников рабочего тела на однокомпонентном жидком топливе, а также рассмотрены особенности протекания рабочих процессов и расчета основных параметров жидкостных газогенераторов.

В пособии рассмотрены основные характеристики существующих и перспективных ракет-носителей космического назначения легкого, среднего и тяжелого классов. Описаны требования, предъявляемые к космическому аппарату со стороны ракеты-носителя.

Пособие посвящено рассмотрению методики расчета возмущающих моментов в гиростабилизаторах, предназначенных для маневренных объектов (т. е. объектов, имеющих угловые скорости до сотен градусов в секунду и угловые ускорения до сотен градусов в секунду в квадрате) при значительных угловых эволюциях объекта. Рассмотрены теоретические основы и методика расчета инерционных моментов в двухосных и трехосных гиростабилизаторах при вращении и угловых колебаниях подвижных объектов. Приведены основные формулы для расчета моментов трения шарикоподшипниковых опор карданова подвеса, моментов от остаточной несбалансированности и неравножесткости подвеса, а также моментов тяжения токоподводов и возмущающих моментов со стороны привода стабилизации. Дан пример расчета возмущающих моментов в двухосном гиростабилизаторе для системы ориентации маневренного объекта согласно требованиям технического задания. Приведены формулы для расчета жесткости рамы карданова подвеса и жесткости шарикоподшипниковых опор.

Изложены особенности конструктивно-компоновочных и технологических решений активных зон, оборудования и элементов транспортных реакторных установок, предназначенных для использования на судах, космических аппаратах. Приведены особенности методики теплогидравлических расчетов в условиях естественной циркуляции водного теплоносителя в поле силы тяжести применительно к интегральным компоновкам оборудования первого контура. Приведены рекомендации по выбору компоновки тепловыделяющего модуля космической энергоустановки, выполняющей как функции двигателя прямого действия, так и функции источника энергии для бортовой газотурбинной установки (бимодальная установка).

В пособии представлены аппаратные средства измерения вибрации, конструктивные схемы датчиков, методы калибровки виброизмерительной аппаратуры. Указаны этапы развития виброизмерительной техники, приведены определения терминов, перечислены и охарактеризованы виды динамических испытаний ракетно-космических систем, определена роль испытаний в цикле работ по созданию летательных аппаратов.

Изложены технологические задачи, часто встречающиеся в практике изготовления микромеханических приборов – гироскопов и акселерометров. Даны необходимые для решения задач теоретические сведения.

Рассмотрены вопросы, связанные с математическим моделированием агрегатов и механизмов стартовых и ракетных комплексов на стадии их разработки. Приведены методические указания к курсовой работе «Строительная механика несущих конструкций и механизмов стартового оборудования».

В пособии изложены вопросы функционирования электрических и электронных систем на летательных аппаратах различного назначения. Рассмотрено общее устройство летательных аппаратов, особенности их эксплуатации в атмосфере и космическом пространстве. Отражены принципы управления аэродинамическими и космическими летательными аппаратами. Показано место, назначение и структурное построение отдельных функциональных систем. Также рассмотрены вопросы реализации современной концепции летательных аппаратов с полностью электрифицированным оборудованием.

В учебном пособии приводятся сведения о волновых и винтовых механизмах и передачах, которые находят широкое применение в различных областях техники. Одним из основных направлений применения этих механизмов является использование их в приводах с высокими значениями параметров по точности перемещений выходного звена и по долговечности. Приведённые методики расчётов апробированы при создании реальных конструкций редукторов, которые внедрены в состав космических аппаратов. Методики обеспечивают качественный расчёт параметров передач на стадии проектирования.

Разработана модель процесса посадки многоразового космического аппарата. Предложен способ определения реакций связей между элементами механического посадочного устройства и корпусом аппарата. Приведены зависимости для определения силы взаимодействия тарели посадочного устройства с грунтом. Для наиболее критичного случая посадки аппарата на твердый мерзлый грунт представлены зависимости от времени характерных параметров, описывающих процесс посадки: параметры перегрузки, линейные и угловые скорости, клиренс, а также получены области устойчивости процесса посадки.

Разработана модель универсального наноспутника, предназначенного для электродинамического импульсного старта. Предполагаемая система запуска и стабилизации наноспутника одинаково эффективно работает в космическом пространстве и в атмосферах планет. Стабилизация наноспутника достигается исключительно за счет его формы, а не за счет вращения, что позволяет успешно выполнить целевую задачу.

Рассматриваются вопросы проектирования персонального мобильного интерфейса «человек—машина» для управления пилотируемыми космическими аппаратами на базе планшетного компьютера. На основе анализа существующих средств управления разрабатывается концепция внедрения мобильных устройств в бортовой комплекс управления. Приведено описание и результаты эксперимента по интеграции такого устройства в бортовую вычислительную систему Многоцелевого лабораторного модуля Международной космической станции.

Рассматривается задача безрасходной разгрузки накопленного кинетического момента инерционных исполнительных органов автономного космического аппарата на высокоэллиптической орбите. Получено аналитическое решение задачи гравитационной разгрузки кинетического момента инерционных исполнительных органов в гироскопически связанных между собой каналах крена — рысканья и показаны преимущества этого решения.

Рассмотрены результаты экспериментальных исследований макетных снарядов с элементами заряда твердого топлива в условиях импульсного воздействия артиллерийского выстрела. Скорости снарядов варьировались в диапазоне значений числа Маха 0,5…3, использовались заряды различных топливных составов и формы. Установлено, что при определенных уровнях нагрузки некоторые оригинальные топливные составы разрушаются. Приведены рекомендации по применимости рассмотренных составов и обоснованы требования по коррекции механических свойств новых твердых топлив.

В рамках становления новой специализации подготовки кадров для космической отрасли кратко рассмотрена технология управления полетом космических аппаратов, представляющего собой достаточно сложный процесс, методы и средства выполнения которого непрерывно развиваются в соответствии с усложнением космических аппаратов и задач их полета. Освещена история становления преподавания указанной дисциплины в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

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.

Предложен подход к рациональному выбору энергетических характеристик амортизатора трансформируемого механического посадочного устройства возвращаемого космического аппарата в рамках конструктивных ограничений, а также ограничений по перегрузкам, клиренсу, устойчивости. Разработана модель динамики движения такого аппарата с момента контакта с посадочной поверхностью. Корпус возвращаемого космического аппарата и элементы его посадочного устройства рассматриваются как структурно сложная механическая система с внутренними связями.

Приведены результаты экспериментального и теоретического моделирования динамики раскрытия солнечных батарей различных кинематических схем, схемы экспериментальных установок. Выполнено сравнение результатов расчетов с экспериментально зафиксированными параметрами процесса. Отмечена хорошая сходимость, позволяющая сделать вывод о достоверности метода расчета.

Разработана математическая модель изменения термо- и газодинамических параметров в процессе подачи газа на изделия ракетно-космической техники при пневматических испытаниях. Получена зависимость амплитуды колебаний относительного давления от типа газа, его исходных параметров, степени сжатия к моменту отсечки подачи и возможностей системы подачи газа. Даны оценки временных параметров колебаний давления.

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.