МГТУ им. Н.Э. Баумана (статьи)

Разработана структурная схема средства аварийной защиты (САЗ) жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) на основе регистрации амплитуды напряженности магнитного поля, обладающего большим быстродействием (0,01 с) по сравнению с традиционными средствами (0,04…0,05 с). Выполнено моделирование системы камера ЖРД — первичный измерительный преобразователь магнитного поля высокотемпературного потока продуктов сгорания углеводородного топлива, определено время инерционности (время быстродействия) при скачкообразном изменении давления в камере сгорания (КС) и диаметра критического сечения сопла. В результате параметрического анализа установлено, что на конечное быстродействие такой системы главным образом влияет объем КС диагностируемого двигателя, конструктивные особенности измерительного преобразователя и параметры колебательного контура. Временны?е особенности переходного процесса предлагаемой САЗ позволяют рекомендовать электрофизические характеристики как источник информации о работоспособности ЖРД.

Изложена методика конечно-элементного анализа напряженно-деформированнного состояния камеры сгорания и сопловой части перспективного жидкостного ракетного двигателя. Рассмотрено циклическое нагружение конструкции на трех режимах работы. Исследование проведено в среде программного комплекса ANSYS. При составлении расчетной схемы применен метод подконструкций и учтено свойство циклической симметрии, что позволило существенно уменьшить размерность рассматриваемой задачи. По результатам расчета определены зоны появления пластических деформаций, критических с точки зрения малоцикловой усталости конструкции. Предложенная методика и созданные численные модели прошли практическую аппробацию.

Диверсификация производства ракетных двигателей позволяет создать новое оборудование, например термохимический пароаэрозольный генератор мелкодисперсного водяного аэрозоля для тушения пожаров. Изменение условий и целей работы ракетных двигателей определяет постановку инженерных проблем, не встречавшихся ранее. В работе приведены результаты экспериментально-теоретического исследования задачи об оптимизации распределения тушащего аэрозоля по объему помещения, которые могут быть интересны разработчикам аэрозольных систем пожаротушения.

Представлены методика и результаты теоретического анализа эффективности применения сепарирующих устройств, предназначенных для работы в составе турбинного привода энергетической установки. Проанализированы показатели и выработаны критерии энергетической эффективности применения сепарирующего устройства в составе энергоустановки.

Представлены результаты аналитического обзора имеющихся литературных данных по схемным решениям инерционных сепараторов, проведен дифференцированный анализ характеристик сепарирующих устройств различного типа предложены наиболее перспективные схемные решения сепарирующих устройств применительно к сепарации высокотемпературного многофазного потока.

Рассмотрены особенности создания конечно-элементных моделей для численного моделирования гидродинамики шнеков бустерных турбонасосных агрегатов. Геометрия шнеков значительно отличается от геометрии рабочих органов лопаточных машин других типов, что затрудняет использование типовых методик для расчета течения. Представлены результаты сравнительного расчета двух конфигураций расчетной геометрии шнека, предложена базовая структура гексаэдрической сетки для выбранной конфигурации.

Проведено экспериментальное и теоретическое исследование эффективности термопескоструйных аппаратов эжекторного и напорного типов посредством измерения уноса материала с поверхности исследуемых образцов для различных видов абразива. Описаны методика исследования и элементы экспериментального оборудования. Предложена математическая модель для расчета характеристик термопескоструйных аппаратов при ряде допущений. По уносу массы образца оценены энергия частиц абразива и эффективность термопескоструйного аппарата в целом. Анализ полученных результатов подтверждает сравнительно высокую производительность и переспективность термопескоструйных аппаратов напорного типа.

Рассмотрен подход к непротиворечивому описанию динамического угла смачивания при растекании капельной жидкости вдоль твердой поверхности с учетом дополнительного химического потенциала (расклинивающего давления) для частиц жидкости в тонких слоях жидкости вблизи линии трехфазного контакта. Применение развиваемой теории продемонстрировано на примере расчета скорости безнапорного заполнения плоского капилляра частично смачивающей жидкостью.

Рассмотрены новый метод интенсификации теплообмена с использованием пористых сетчатых материалов и принцип межканальной транспирации теплоносителя, сочетающий высокую интенсивность теплообмена, присущую высокотеплопроводным пористым материалам, и низкие гидравлические потери. Приведены результаты экспериментального исследования гидравлического сопротивления при одномерной и двумерной фильтрации теплоносителя. Получено обобщающее критериальное уравнение теплообмена при двумерном течении теплоносителя через пористый сетчатый материал. Определены оптимальные параметры материала. Показана высокая эффективность пористого теплообменного тракта с межканальной транспирацией теплоносителя по сравнению с гладким и оребренным трактами.

Представлены результаты расчетов на удельный импульс жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) добавок гелия в топливные пары: N2O4 + НДМГ, жидкий O2 + керосин, жидкий O2 + жидкий Н2 , жидкий F2 + жидкий Н2. Показано, что для первых двух топливных пар (N2O4 + НДМГ, жидкий O2 + керосин) добавка гелия при определенных условиях приводит к увеличению удельного импульса.

Проанализировано одно из новых направлений дальнейшего совершенствования схем маршевых жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), позволяющее значительно повысить их удельный импульс, надежность и эффективность средств выведения. Приведены результаты проработок новой схемы ЖРД для кислородно-углеводородных космических разгонных блоков типа ДМ с использованием для охлаждения камеры сгорания гелия высокого давления, циркулирующего по замкнутому контуру.

Проведено расчетно-теоретическое исследование особенностей течения сверхзвуковых высокоэнтальпийных потоков в узких цилиндрических каналах. Математическая модель базируется на решении полной нестационарной системы уравнений Навье — Стокса в осесимметричной постановке. Расчеты выполнены для ламинарного и турбулентного режимов течения с использованием различных моделей турбулентности. Проанализировано влияние геометрических параметров канала на характеристики течения. Рассмотрены особенности распределения числа Маха по радиусу потока в различных сечениях канала. Показано, что в зависимости от условий имеет место торможение различной интенсивности вплоть до формирования в канале зоны дозвукового течения значительной длины.

Представлены результаты численного моделирования рабочего процесса в ракетном двигателе нового типа на криогенном твердом топливе (КТТ), которое содержит горючее и окислитель при температуре ниже их температуры плавления. Математическая модель рабочего процесса базируется на полной системе уравнений Навье – Стокса для газа и уравнениях тепло- и массопереноса для твердого топлива, записанных в нестационарной осесимметричной форме. Расчеты выполнены для КТТ кислород + водород и кислород + метан. Рассмотрены дисковая и матричная схемы расположения топливных элементов канального заряда и проанализировано влияние их размеров на протекание рабочего процесса. Сделан вывод о невозможности реализации устойчивого горения топлива кислород + водород в данных условиях, однако показано, что использование топлива кислород + метан дает возможность реализации устойчивого рабочего процесса в камере сгорания и управления скоростью преобразования компонентов топлива путем задания определенной внутренней структуры КТТ. Рассмотрены также особенности рабочего процесса в гибридном ракетном двигателе принципиально нового класса на криогенном топливе, один из компонентов которого находится в жидком, а другой — в твердом агрегатном состоянии.

Повышение эффективности воспламенения топливной смеси является одной из ключевых задач совершенствования генераторов высокоэнтальпийного потока (ГВЭП) с многократным запуском, в том числе с импульсным режимом работы. Одним из перспективных методов решения поставленной задачи является применение газодинамической системы воспламенения (ГСВ), которая состоит из сверхзвукового сопла и расположенного соосно с ним резонатора. Для надежной работы ГСВ в застойной зоне резонансной полости необходимо получить высокую температуру и определенный концентрационный состав топливной смеси. В статье представлены результаты расчетного исследования возможности интенсифицировать смешение компонентов топлива при использовании незамкнутой резонансной полости. На основе полученных данных определены геометрические и режимные параметры, при которых может быть существенно сокращено время выхода ГВЭП на номинальный режим работы. Результаты исследования могут быть использованы при разработке перспективных образцов силовых и энергетических установок, в том числе ЖРД малой тяги, технологических установок по напылению покрытий, абразивной резке материалов и др.

Описан подход к синтезу управляющих воздействий для приводов шагающих роботов, исключающий необходимость решения обратной задачи кинематики. Изложены предпосылки подхода. Рассмотрено практическое применение подхода на примере четырехногого шагающего механизма. Приведены результаты работы для случаев прямолинейного (рысь) и прямолинейного «осторожного» (поочередного) движения. Перечислены частные случаи применения подхода.

Влияние противодавления (давления на выходе) на коэффициент расхода (проводимость) отдельного дросселирующего элемента существенно. Установлено, что значение коэффициента расхода зависит от геометрии дросселирующего элемента, однако в литературе не объяснена эта особенность. Показано, что значение коэффициента расхода при наличии противодавления следует находить на основе экспериментальных расходных характеристик при различных значениях давления подпора на дросселирующем элементе. Построением расходных характеристик в логарифмических координатах определено среднее значение коэффициента расхода в диапазоне изменения расхода (перепада давления) при оговоренных пределах изменения подпора дросселирующего элемента.

Приведены рекомендации по обеспечению необходимой прочности ГСУС и ее элементов, основанные на опыте обеспечения прочности авиационных систем и их элементов, подтвержденном эксплуатацией огромного парка самолетов.

Изложены разработанные на кафедре «Гидравлика, гидромашины и гидропневмоавтоматика» (Э-10) МГТУ им. Н.Э. Баумана методы оптимизации проточных частей динамических насосов. Приведены результаты оптимизации на примере выполненных работ. Кратко описаны основные методы, используемые для повышения энергоэффективности и надежности гидромашин. Рассмотрены результаты верификации расчетных зависимостей путем сравнения с экспериментальными данными.

Рассмотрены зубчатые гидромашины, состоящие из двух вращающихся колес произвольной формы с внешним и внутренним зацеплением, а также с любым профилем зубьев. Предложено при выводе формул для определения мгновенной идеальной подачи таких машин в отличие от традиционного способа, при котором вычисляется объем рабочих камер, находить лишь его изменение — дифференциал объема камеры. Получены в более общем виде окончательные результирующие формулы, в которых фигурируют величины, известные из общей теории зубчатых зацеплений. Приведены примеры, которые иллюстрируют применение предлагаемых формул.

Рассмотрены вопросы создания следящего позиционного пневматического привода с возвратно-поступательным движением его выходного звена. На базе основных положений пневмоавтоматики разработана математическая модель следящего пневмопривода. Экспериментальными исследованиями физического макета следящего пневмопривода подтверждена адекватность разработанной математической модели.

Предложено схемное решение копирующего пневмопривода с двумя дифференциальными пневмоцилиндрами, один из которых выполняет функцию задающего пневмоцилиндра, а другой — копирующего. Разработана математическая модель копирующего пневмопривода и проверена ее адекватность.

Рассмотрены способы дроссельного регулирования скорости движения выходного звена исполнительного двигателя возвратно-поступательного движения. Проанализирована энергетическая эффективность методов первичного и вторичного регулирования и проведена их оценка путем сравнения мощностей, развиваемых насосом, и КПД гидропривода. Дана сравнительная оценка суммарной силы трения в уплотнениях гидроцилиндра в зависимости от вида нагрузки на штоке и скорости движения поршня на прямом и обратном ходах.

Приведены результаты экспериментального исследования влияния противодавления на некоторые гидродинамические характеристики потока жидкости в клапанных щелях. Показано, что в дроссельных щелях клапанных устройств возможно существование таких режимов истечения, когда изменение до определенных пределов давления на выходе из клапанной щели не влияет на некоторые характеристики потока жидкости в них.

Изложены два способа дроссельного регулирования скорости выходного звена исполнительного пневмодвигателя как основного устройства пневматического привода. В качестве пневмодвигателя рассмотрен пневмоцилиндр, который наиболее распространен как в пневматических, так и в электропневматических системах. Проведен сравнительный анализ энергетической эффективности дроссельного первичного и вторичного регулирования скорости хода поршня пневматического цилиндра при различных режимах его движения с помощью сравнения КПД. Изучены термодинамические процессы сжатого воздуха. Получено выражение для определения расхода реального газа через дросселирующее устройство. Показано, что наибольшее значение расхода воздуха наблюдается при критическом значении показателя критичности.

Проведен обзор шагающих роботов, выпускаемых в России и за рубежом. Показаны тенденции внедрения антропоморфных роботов в человеческое общество. Сделаны выводы о новых направлениях развития гидроприводов, определяемых спецификой работы антропоморфных шагающих роботов.

Кратко рассмотрены неразрывно связанные между собой задачи науки и образования, решаемые с момента создания кафедры «Гидромеханика, гидромашины и гидропневмоавтоматика» (Э-10). Отмечено, что успехи в этих решениях достигнуты благодаря квалифицированному применению фундаментальных положений точных наук в практике машиностроения. Определены основные направления совершенствования организации учебного процесса путем привлечения современных компьютерных технологий.

Рассмотрены некоторые стандартные ситуации, в которых неизбежно оказывается любой преподаватель в процессе своей деятельности. Автор, педагог более чем с 40-летним стажем, предлагает вниманию молодых коллег свое восприятие подобных ситуаций и, никому ничего не навязывая, пытается помочь коллегам вырабатывать свои индивидуальные алгоритмы поведения.

Рассмотрены вопросы преподавания курса «Введение в специальность», знакомящего студентов со сферой их будущей профессиональной деятельности. Предлагаемая тематика лекций направлена на расширение кругозора и повышение уровня общей эрудиции обучающихся, что способствует более качественному и осмысленному освоению профессиональных дисциплин и усилению мотивации к дальнейшему обучению.

Рассмотрены новые формы организации учебного процесса с использованием информационно-коммуникационных технологий в техническом вузе. Указаны проблемы, возникающие при внедрении этих форм в образовательный процесс, определены задачи, намечены пути их решения. Представлены предложения по расчету нагрузки преподавателей в связи с появлением новых видов педагогической деятельности.

Приведены цели и задачи аудиторной контролируемой самостоятельной работы студентов (КСР), описаны учебно-методические особенности ее проведения. Предложены конкретные варианты содержания КСР-занятий. В качестве примера приведен календарный план проведения КСР по дисциплине «Математический анализ». Даны предложения по организации КСР-занятий и поставлены задачи кафедры по методическому обеспечению КСР.

Рассмотрены вопросы взаимодействия кафедры «Прикладная математика» с учащимися школ Москвы и Московской области, в том числе профильных школ МГТУ им. Н.Э. Баумана. Описано актуальное состояние процедуры аттестации профильных школ и перспективы сотрудничества. Проанализирован качественный состав абитуриентов кафедры, в том числе победителей и призеров олимпиады «Шаг в будущее, Москва» 2012–2013 учебного года.

Изложены особенности использования комментариев специального назначения в алгоритмических языках для адаптации программ к вычислительной среде. Рассмотрены системы параллельного программирования, основанные на использовании спецкомментариев, языки Фортран HPF, Фортран DVM и система OpenMP.

Приведена методика математического моделирования малоцикловой усталости, основанная на использовании термомеханической модели поведения кривой деформирования и модели оценки повреждаемости малоцикловой усталости материала при неизотермическом циклическом упругопластическом деформировании. Результаты математического моделирования циклического нагружения образцов и деталей как до момента возникновения трещины, так и до полного разрушения получены с помощью конечноэлементного моделирования с использованием технологии «отмирающих» элементов.

Введено понятие математической модели в узком смысле и изложен подход, позволяющий строить такие модели. Рассмотрен пример построения иерархии математических моделей резистора, сопротивление и полная теплоемкость которого зависят от его температуры. Сформулированы утверждения, которые позволяют выявить математическую модель в узком смысле. Такая модель в отличие от других математических моделей рассматриваемого резистора в достаточной мере обладает свойствами полноты, точности, адекватности, продуктивности и экономичности применительно к конкретному исследованию. Математическая модель в узком смысле является ценным интеллектуальным продуктом. Применение такой модели сокращает затраты времени и средств на проведение исследования, позволяет рационально использовать возможности математического моделирования при отсутствии богатого практического опыта построения математических моделей изучаемых объектов.

Построена математическая модель переноса тепловой энергии путем теплопроводности в композите с изотропной матрицей и анизотропными шаровыми включениями. Тепловой контакт матрицы с включениями является неидеальным. Получены оценки эффективного коэффициента теплопроводности такого композита для материала включений, имеющего кристаллическую структуру, соответствующую основным типам систем кристаллической решетки. В силу электротепловой аналогии эти оценки могут быть интерпретированы также применительно к электропроводности композита.

В настоящее время исследованию графена посвящено огромное количество работ. Подобный интерес оправдан, так как графен — объект, обладающий уникальными физическими характеристиками: высокой тепло- и электропроводностью, механической прочностью, чувствительностью электронных характеристик к сорту и количеству сорбированных молекул и т. п. На основе математической модели переноса тепловой энергии в композите с анизотропными эллипсоидальными включениями получены расчетные зависимости для компонент тензора эффективной теплопроводности композита с одинаково ориентированными включениями графена. Приведена расчетная формула для эффективного коэффициента теплопроводности композита при хаотической пространственной ориентации графеновых включений. Представленные результаты можно использовать для прогноза эффективных коэффициентов теплопроводности композитов, модифицированных высокотеплопроводными включениями графена.

На основе разработанной математической модели переноса тепловой энергии в композите с анизотропными включениями в форме трехосных эллипсоидов предложена процедура вычисления компонент тензора эффективной теплопроводности текстурированного композита. Рассмотрен вариант анизотропных включений, у которых главные оси тензора теплопроводности совпадают с осями симметрии эллипсоидов. Приведены расчетные зависимости для конической текстуры с учетом ее возможного рассеяния. Полученные результаты можно использовать для прогноза эффективных коэффициентов теплопроводности композитов, модифицированных наноструктурными элементами (в том числе углеродными нанотрубками). В силу электротепловой аналогии эти результаты применимы для расчета характеристик электропроводности и диэлектрической проницаемости текстурированных композитов с эллипсоидальными включениями.

В качестве конструкционных и функциональных материалов в различных приборных устройствах находят широкое применение композиты, состоящие из матрицы и включений различной формы. Модификация композитов наноструктурными элементами (в том числе фуллеренами и углеродными нанотрубками), имеющими высокие механические характеристики, открывает перспективу повышения макроскопических характеристик композитов. На основе построенной математической модели переноса тепловой энергии теплопроводностью в фуллерене и однослойной углеродной нанотрубке, окруженных материалом матрицы, получены оценки эквивалентных коэффициентов теплопроводности этих наноструктурных элементов. Значения таких коэффициентов теплопроводности могут быть использованы для оценки теплофизических характеристик композита, модифицированного фуллеренами или углеродными нанотрубками.

Рассмотрен вопрос о целесообразности применения рекуперации теплоты в компрессорных установках с маслозаполненными винтовыми компрессорами. Показано, что применение рекуперации теплоты может вернуть до 66 % мощности компрессорной установки для повторного использования. При этом наиболее целесообразно применять схемы компрессорных установок с параллельным подводом воды в масляный и воздушный охладители. Компрессорные установки рассчитаны для использования в качестве масляных и водяных охладителей теплообменных аппаратов пластинчато-ребристого типа.

Изложена методика математического моделирования упругого контактного взаимодействия осесимметричных тел, находящихся в условиях термосилового нагружения. Методика базируется на конечно-элементной технологии. На основе методики создан комплекс прикладных программ и проведены численные исследования поликонтактного взаимодействия системы осесимметричных тел, подверженных высокотемпературному нагреву и механической нагрузке.

Разработаны теоретические основы для определения инерционных и упругих характеристик гранулированных сред на основе резонансного метода. Проведено сравнение аналитических расчетов с экспериментальными данными. Результаты исследований гидродинамических характеристик гранулированных сред, пропитанных жидкостью, представляют интерес в научном и практическом аспектах для гидроакустики и морской геофизики.

Рассмотрен метод построения бесконечных серий симметрий и законов сохранения для систем дифференциальных уравнений в частных производных, имеющих оператор рекурсии. Метод основан на линеаризации уравнений контактным преобразованием или с помощью накрывающих уравнений. Показано, что «линейная» симметрия линейной системы дифференциальных уравнений порождает оператор рекурсии, с помощью которого строится оператор рекурсии исходной нелинейной системы. Применение методики вычислений продемонстрировано на примерах уравнения минимальных поверхностей и уравнения Бюргерса.

В работе изучаются задачи аппроксимации функций полианалитическими многочленами. Полученные условия приближаемости формулируются в терминах аналитических свойств областей, на которых рассматривается аппроксимация.

В работе получены классические формулы теории поля для случая поверхностей, «гладких» в обобщенном смысле: формула Остроградского — Гаусса, первая формула Грина. При этом используются соболевские классы функций и связанные с ними емкости. Эти результаты являются новыми как в бесконечномерных, так и в конечномерных пространствах.

В статье рассмотрен широкий класс нелинейных реакционно-диффузионных систем уравнений с запаздыванием. Получены многопараметрические точные решения с обобщенным разделением переменных, содержащие произвольное число произвольных постоянных. Приведено решение, описывающие нелинейное взаимодействие стоячей волны с бегущей волной. Определена область неустойчивости решений системы с запаздыванием.

Работа посвящена изучению случайных величин, связанных с плотными сериями в выходной последовательности генератора Пола. С помощью метода Чена —Стейна получены оценки расстояния по вариации между распределением числа плотных серий заданных длины и веса в выходной последовательности генератора Пола с двумя регистрами и сопровождающим пуассоновским распределением. На основании этих оценок выведены предельные теоремы Пуассона для указанных случайных величин и, как следствие, центральная предельная теорема (в смысле сближения с распределением Пуассона с растущим параметром).

Исследованы основные проблемы в управлении трансфером знаний между университетами, научно-исследовательскими организациями и предприятиями промышленности в Европейском союзе. Рассмотрены текущие способы решения проблем, возникающих при трансфере знаний в Европе. Исследованы перспективы и пути повышения инновационной привлекательности экономики объединенной Европы.

Исследованы основные проблемы в продвижении и коммерциализации технологических патентов в Европейском союзе (ЕС). Рассмотрены способы решения проблем, возникающих при продвижении результатов интеллектуальной деятельности в Европе, включая ноу-хау. Исследованы перспективы и пути улучшения рыночной применимости патентов в ЕС.

Изложены особенности проведения анализа видов и последствий потенциальных отказов продукции в автомобильной промышленности в соответствии с международным стандартом ISO/TS 16949. Предложен способ ранжирования специальных характеристик и отслеживания их соответствия установленным требованиям. Даны рекомендации по формированию плана для упреждающего реагирования на выявленные несоответствия. Предложенный способ может применяться для выпускаемой и разрабатываемой продукции в автомобильной промышленности.

Выполнен анализ особенностей использования собственного и заемного капитала для финансирования сделок слияний и поглощений в высокотехнологичных отраслях промышленности, выделены основные виды рисков проведения сделок. Предложена методика экспресс-оценки и выбора схемы финансирования сделки слияния и поглощения, основанная на расчете показателей средневзвешенной стоимости капитала, рентабельности инвестированного капитала и уровня риска.