МГТУ им. Н.Э. Баумана (статьи)

Рассмотрены задачи моделирования волновой динамики стратифицированных сред с учетом их нелинейности, сжимаемости, вязкости и вращения Земли. Получены оценки границ применимости линейной теории, описывающей волновую динамику стратифицированных сред. Показано, что в диапазоне длин волн, характерном для реального океана, при исследовании динамики дальних полей внутренних гравитационных волн можно пользоваться линейным приближением.

Рассмотрена модель сферической оболочки в рамках оболочечных уравнений типа Тимошенко. Решена задача о взаимодействии тонкой сферической оболочки с окружающей ее акустической жидкостью с учетом инерции вращения и деформации поперечного сдвига. Предложен метод получения аналитического решения задачи о взаимодействии тонкой сферической оболочки с окружающей ее акустической жидкостью, основанный на применении преобразования Лапласа.

Установлены оценки первого собственного значения краевой задачи с параметром в граничном условии для эллиптического уравнения второго порядка в ограниченной области. Получено асимптотическое разложение первого собственного значения при больших значениях параметра.

Исследованы колебания вязкой несжимаемой жидкости, которая заполняет полупространство, ограниченное плоской стенкой, и вращается вначале как твердое тело вместе со стенкой под действием внезапно начинающихся продольных колебаний. Приведено точное решение начально-краевой задачи для уравнений Навье—Стокса в случае течения жидкости, индуцированного плоской пластиной. Вычислен вектор касательных напряжений, действующих на пластины со стороны жидкости. Показано, что при отсутствии вращения решение переходит в известное решение задачи о нестационарном движении жидкости, ограниченной перемещающейся плоской стенкой. Исследованы квазигармонические колебания пластины и движение с постоянным ускорением. В частном случае гармонических колебаний и предположении о перпендикулярности оси вращения плоскости пластины показано совпадение с результатами, полученными К. Тарнлей. Сформулированы выводы об асимптотическом поведении решений.

Для исследования теплофизических свойств сверхпроводящего ниобия разработана вставка в криостат с вакуумной камерой. Рабочий диапазон температур 1,4. . . 10 K. Представлена конструкция градусной камеры, охлаждающей образец. Расчетная холодопроизводительность градусной камеры составляет 10 мВт. Описаны особенности конструкции и работы криостата.

Для исследования теплофизических свойств сверхпроводящего ниобия необходимо обеспечить температуры в диапазоне 1,4. . . 10K и качественные средства ее измерения. Погрешность измерения температуры не должна превышать 1 мK. Исследованы типы термометров, используемых при низких температурах. В качестве основного материала термометра выбран оксинитрид циркония. Предложен алгоритм измерения, позволяющий снизить погрешности измерения температуры и повысить точность.

Исследование теплопроводности ниобия необходимо для улучшения характеристик СВЧ резонаторов. Изучены особенности измерения теплопроводности ниобия в сверхпроводящем состоянии. Проведен анализ существующих методов измерения теплопроводности при низких температурах. Выбран метод, позволяющий исследовать теплопроводность ниобия при температурах ниже 10 K.

Рабочие характеристики сверхпроводящего ниобиевого резонатора зависят от теплофизических свойств материала. Основными факторами, оказывающими влияние на характеристики резонатора, являются содержание примесей, кристаллическая структура и сплошность ниобия. Анализ научных публикаций выявил особенности технологического процесса, определяющие температурное распределение в стенке резонатора. Рассмотрено влияние термической, химической и механической обработки на характеристики резонатора. Предложено новое направление исследования, которое позволит улучшить добротность резонаторов.

Рассмотрены подходы к созданию комплексных систем для отработки и испытания космических аппаратов. Приведены основные характеристики испытательного оборудования мировых производителей космической техники. Описаны отечественные вакуумные и криогенные системы для наземной отработки космических аппаратов и моделирования условий космического полета. Сформулированы требования, которые предъявляются к испытательным стендам, позволяющим проводить комплексную отработку и испытания современных космических аппаратов.

На основе проведенных расчетов выбрано рабочее тело верхнего газового контура двухкаскадного теплового насоса, обеспечивающего сброс теплоты из приборного отсека космического аппарата.

Рассмотрено влияние внутренних источников теплоты на распределение температуры в канале аппарата орто-параконверсии водорода. Создана математическая модель, методом преобразования Лапласа получено законченное аналитическое решение в безразмерной форме.

Приведены результаты сравнения одноступечатого холодильного цикла и двухступенчатого холодильного цикла с детандером на диоксиде углерода. Отвод теплоты цикла происходит в сверхкритической области. Проведено исследование эффективности цикла с детандером, работа которого передается на компрессор второй ступени.

Приведены данные об испытании спирального детандера. Дано описание экспериментального стенда. Сделан анализ полученных результатов и намечены перспективы дальнейшего совершенствования конструкции детандера.

Проведены исследования в области разработок систем кондиционирования воздуха легких самолетов и вертолетов, предложена концепция систем кондиционирования воздуха для таких летательных аппаратов. Результаты данной работы могут быть использованы при проектировании макета и опытного образца системы кондиционирования воздуха легких самолетов и вертолетов на стадиях разработки технических предложений, эскизного и технического проектирования.

Представлены результаты исследований встроенных криосорбционных устройств для криогенных резервуаров и трубопроводов в виде кассет из откачивающих элементов, содержащих криосорбирующую угольную ткань КУТ-М и гранулированный угольный адсорбент, заключенных между перфорированными алюминиевыми подложками. Экспериментально определены конструктивноэксплуатационные параметры криосорбционных устройств. Разработаны конструкции встроенных криосорбционного кармана, а также адсорбционного устройства транспортных газификаторов ТГХ-0,6/1,6 и ТГХ-1,2/1,6.

Проанализированы основные принципы проектирования систем вентиляции, кондиционирования и отопления. Приведены примеры схем систем. Рассмотрены требования, предъявляемые к проектируемым системам вентиляции, кондиционирования и отопления.

Экспериментальные сведения о динамической вязкости диметилового эфира очень ограниченны. Для проведения данного исследования на кафедре Э-4 МГТУ им. Н.Э. Баумана был создан экспериментальный стенд, позволяющий проводить исследования вязкости жидкостей и газов методом капилляра в диапазоне температур от 40 до +60 при давлении до 3,5 МПа. Приведены описание этого стенда и результаты эксперимента.

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.

Рассмотрены различные способы водоиспарительного охлаждения воздуха, такие как прямое испарительное охлаждение воздуха, косвенно-испарительное охлаждение воздуха, комбинированное (водоиспарительное+парокомпрессионное) охлаждение воздуха. Приведены сравнительный анализ указанных способов, границы применимости каждого из способов, а также технико-экономический анализ некоторых способов.

Описаны алгоритмы управления работой холодильной установки системы кондиционирования

Рассмотрены физические особенности формирования ледяных наростов в авиадвигателе в условиях существования ледяных кристаллов и смеси фаз влаги в атмосфере. Разработана математическая модель процесса фазовых превращений ледяных кристаллов при их движении по тракту газотурбинного двигателя. Предложена компоновка оборудования для проведения испытаний двигателя в условиях ледяных кристаллов и смеси фаз.

С помощью прецизионного инфракрасного термографа получены кривые динамики изотерм в охлаждаемой среде на разных глубинах Z от охлаждаемой поверхности So. Проведено сопоставление экспериментальных данных с удобной для практики методикой расчета динамики изотерм T(t) по глубине ткани при ее охлаждении.

Рассмотрены принципиальные структурные схемы рефрижераторных и ожижительных установок для крупнотоннажных азотных криогенных систем атомных электростанций. Оптимизация и выбор схем установок проводились по последовательно применяемым критериям надежности и термодинамической эффективности.

С учетом изменения температуры жесткого сверхпроводника, которое неизбежно происходит уже на стадии стабильного проникновения магнитного потока, исследованы особенности возникновения магнитной неустойчивости и сформулированы неизотермические критерии стабильности сверхпроводящего состояния.

Обсуждаются основные результаты исследования условий возникновения неустойчивостей, которые могут разрушить сверхпроводящее состояние вследствие действия возмущений различной природы. Показано, что существующие теории устойчивости развиваются независимо друг от друга. Кроме того, они не позволяют корректно описать влияние на условия стабильности сверхпроводящего состояния изменения теплового состояния сверпроводника, неизбежно происходящего перед возникновением магнитных или токовых неустойчивостей.

Разработана конструкция эффективного генератора озона, в котором электрод с потенциалом земли имеет стеклоэмалевый барьер, а высоковольтным электродом является плотно надетая на него спираль из проволоки. Установлено, что вплоть до концентрации озона в кислороде, равной 40. . . 50 г/м3, генератор озона с поверхностным разрядом имеет одинаковые технические характеристики с генератором озона на барьерном разряде.

Приведены физическая и математическая модели тепломассообменных процессов при насыщении газовых пузырей парами жидкости при барботаже через эту жидкость газа. Основной задачей моделирования является определение временнoй зависимости объемной концентрации паров жидкости в парогазовой смеси на выходе из барботажного устройства. Созданная методика расчета апробирована при проектировании и испытании барботажного устройства для создания воздухобензиновой смеси, используемой в лабораторной установке, предназначенной для улавливания паров бензина на автозаправочной станции. Проведен анализ сравнения расчетных и экспериментальных данных.

Предложена объектная технология распределенной интеллектуальной САПР как рабочей среды для коллективной разработки сложных технических систем. Показаны исполнительные возможности интеллектуальной среды, ослабляющие требования к умению пользователей выполнять простые профессиональные функции, но усиливающие влияние принимаемых решений на конечный результат, что выдвигает на первый план компетентность в своей предметной области и в смежных областях, способность оперировать новыми знаниями и согласовывать принимаемые ответственные решения с соисполнителями. Обсуждены перспективы внедрения в образовательные технологии учебного сервера на основе интеллектуального ядра САПР для реализации компетентностного подхода в инженерном образовании.

Показано, что одним из наиболее опасных видов экстремистской деятельности являются террористические акты с применением взрывных устройств. Представлены основополагающие принципы построения современных автоматизированных информационных систем поддержки расследования криминальных взрывов и предупреждения террористических актов. На их основе разработан принципиально новый инструментарий, ориентированный непосредственно на анализ и предотвращение террористических актов.

Показана необходимость анализа, формализации и классификации информации об оружии нелетального действия. Классифицированы основные силовые операции, в которых оно применяется. Приведены основные принципы классификации данного класса оружия, а также основные характеристики специальных средств в зависимости от физического принципа их воздействия. Представлены основные параметры специальных средств, ставшие основной для формирования архитектуры базы данных “Оружие нелетального действия”. Сформулированы требования, необходимые для создания автоматизированной информационно-поисковой системы, использующей информацию, хранящуюся в базе данных.

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.

Рассмотрены проблемы создания боевого снаряжения кинетического действия крылатых, противокорабельных и зенитных управляемых ракет, связанные с разработкой проникающих боевых частей и программируемых взрывательных устройств. Показаны изъяны раздельного проектирования управляемых ракет и боевого снаряжения для них, а также важнейшее значение физического моделирования при экспериментальных исследованиях на уменьшенных моделях ракет и численного моделирования для разработки рациональных конструкций проникающих боевых частей и программируемых взрывательных устройств.

На основе анализа компоновочных схем внутреннего оборудования носовых отсеков летательных аппаратов, содержащих радиоэлектронную аппаратуру, выявлено, что конструктивно-компоновочные схемы внутреннего оборудования носовых отсеков реактивных истребителей и управляемых ракет с диаметром миделевого сечения более 0,5 м аналогичны, с меньшим диаметром — более компактные, а при диаметре менее 0,2 м представляют собой конструктивно блок бортовой аппаратуры крупных летательных аппаратов. Показано, что в качестве механических эквивалентов конструкций внутреннего оборудования носовых отсеков уменьшенных моделей летательных аппаратов могут быть использованы высокопористые алюминиевые сплавы или сотовые конструкции из алюминиевых сплавов.

Показана возможность применения технологии пьезоакселерометрии для определения динамических механических свойств бетонных сред при скорости взаимодействия до 300 м/с. В лабораторных условиях реализован частный проводной вариант технологии акселерометрии терминальной баллистики в результате отработки узла герметизации метательной установки.

Приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований проникающего действия удлиненных стержневых ударников в массивные преграды при ударе с углом между продольной осью стержня и вектором скорости удара — углом атаки. При возрастании свыше некоторого значения, называемого критическим углом атаки, глубина проникания резко уменьшается и приближается по механизму и конечному значению к удару цилиндрического стержня по преграде боковой поверхностью. Экспериментально и с помощью численных расчетов исследовано влияние скорости встречи, материала ударников и их удлинения на угол кр и характер взаимодействия.

Рассмотрена возможность увеличения глубины проникания высокоскоростных исследовательских зондов в грунтовые преграды за счет сообщения им дополнительного импульса реактивной тяги в процессе проникания. В предположении мгновенности действия реактивного импульса и с использованием эмпирического закона сопротивления преграды получено аналитическое решение задачи о движении недеформируемого ударника в сопротивляющейся среде. В рамках данной задачи определены оптимальные моменты времени сообщения реактивного импульса и числа Циолковского, при которых обеспечивается максимальное увеличение глубины проникания.

На основе численного моделирования в рамках двумерной осесимметричной задачи гидродинамики идеальной сжимаемой жидкости исследована динамика формирования кавитационной полости за движущимися в воде цилиндрическими телами с различной формой головной части при скоростях движения от 400 до 2000 м/с. С учетом результатов расчетов и экспериментальных данных предложена простая модель исследуемого процесса, базирующаяся на задаче об инерционном расширении сферической полости в идеальной несжимаемой жидкости. Показано, что захлопывание кавитационной полости при движении тела в жидкости с противодавлением может сопровождаться кумулятивными явлениями с формированием высокоскоростной струи жидкости, направленной вдогон тела.

Рассмотрены механизмы стационарного и нестационарного взаимодействий металлической кумулятивной струи с лицевой (движущейся навстречу) и тыльной (движущейся вдогон) пластинами динамической защиты. Определен диапазон параметров взаимодействия, при которых реализуются эти механизмы. Показано, что взаимодействие кумулятивной струи с лицевой пластиной имеет в основном стационарный характер и приводит к срабатыванию струи в поперечном направлении и отклонению ее на небольшой угол. Взаимодействие кумулятивной струи с тыльной пластиной имеет в основном нестационарный дискретный характер и формирует в струе односторонние поперечные возмущения, которые, развиваясь, приводят к ее искривлению и последующему разрушению.

Рассмотрены полуэмпирические методы разработки прототипов снарядоформирующих зарядов (СФЗ) типа SADARM. Показаны ограниченные возможности этих методов в тех случаях, при которых в целях улучшения соотношения могущества действия и стойкости боеприпаса к поражающим воздействиям используются разрывные заряды из алюминизированных взрывчатых веществ. Предложено уравнение состояния продуктов детонации с учетом кинетики окисления алюминиевых добавок, адаптированное к использованию при компьютерном моделировании функционирования СФЗ. Приведены примеры результатов расчетов, показывающие возможность улучшения функциональных характеристик СФЗ путем замены традиционных высокобризантных ВВ на низкопористые алюминизированные взрывчатые составы с пониженной ударно-волновой чувствительностью.

Приведены результаты анализа одного из технических решений в области боеприпасной техники — малокалиберного кумулятивного снаряда М789 к нарезной 30-миллиметровой пушке М230 вертолета “Апач”. Анализ проведен в свете идеи спин-компенсации — противодействия негативному влиянию собственного вращения боеприпаса на его пробивное действие за счет создания условий для проявления вращательных эффектов противоположной (компенсирующей) направленности. Для анализа использованы инженерная методика расчета действия вращающихся кумулятивных зарядов, зарубежные литературные источники по спин-компенсации и рифленым облицовкам, численное моделирование схлопывания и закручивания рифленых облицовок кумулятивных зарядов.

Рассмотрено одно из перспективных направлений исследований по усилению поражающего действия боеприпасов — включение в их состав, так называемых реакционных материалов (Reactive Material — RM), из которых наибольший интерес вызывают металлофторопластовые композиции (МФК). Проведены расчетные оценки энергосодержания таких систем, которые в близких к стехиометрии смесях металла и ПТФЭ весьма велики и могут заметно превышать теплоту взрыва тротила. В целях оценки потенциального вклада таких МФК в общее энерговыделение при взрыве зарядов ВВ в воздухе, а также их непосредственного влияния на характеристики фугасного действия в ближней зоне взрыва были проведены сравнительные эксперименты с зарядами чистого ТНТ и с комбинированными зарядами, состоящими из ТНТ и блока МФК в двух вариантах: МФС-1 (W–Al–ПТФЭ 87,5/2,5/10,0) и МФС-2 (W–Al–ПТФЭ 36/14,5/49,5). Показано, что замена части центрального объема ТНТ ( 10 %) на такой же объем МФС-1 практически не изменяет параметры взрыва ТНТ. А замена ТНТ на МФС-2, более энергоемкий, чем МФС-1, повышает параметры воздушной УВ на 2. . . 4% (а локально, по импульсу — до 30 %). Оценки суммарного действия воздушной УВ и продуктов взрыва на стальные пластины показали, что в ближней зоне (до 1 м) комбинированные заряды оказывают заметно большее воздействие (до 10. . . 28 %), чем заряды из чистого ТНТ.

Изложены результаты экспериментальных исследований процесса дробления стандартных осколочных цилиндров RSFС закрытого типа № 12, изготовленных штамповкой из высокоосколочной стали 80Г2С. Проведена статистическая обработка осколочных масс, полученных при испытаниях макетов RSFС, снаряженных взрывчатыми составами шести типов. Рассмотрена возможность установления корреляционных зависимостей массово-числовых характеристик осколочного спектра RSFС от свойств ВС: скорости детонации, давления Чепмена–Жуге и скорости расширения оболочки по методике Т-20. Показана перспективность применения эвтектоидной стали 80Г2С в серийном производстве осколочных и осколочно-фугасных снарядов, в том числе при их снаряжении новыми пластизольными взрывчатыми составами, имеющими пониженную чувствительность.

Изучены детонационные свойства, метательное и осколочно-дробящее действия новых мощных взрывчатых составов, разрабатываемых на основе компонентов и технологии отечественных высокоэнергетических твердых ракетных топлив. Приведены результаты исследований, проведенных в ФЦДТ “Союз”, и численного термодинамического моделирования, выполненного по методике МГТУ им. Н.Э. Баумана. Проанализированы результаты статистической обработки осколочных спектров стандартных осколочных цилиндров (RSFС) № 12, снаряженных новыми многокомпонентными ВВ — ТРТ, и рассмотрена возможность представления полученных спектров с помощью новой гиперэкспоненциальной модели распределения — модели Одинцова–Грэди.

Рассмотрена задача метания группы тел ударной волной. Показаны результаты численного решения такой задачи в двумерной постановке с помощью пакета ANSYS Autodyn.

Проведено обширное численное моделирование воздействия пары высокоскоростных поражающих элементов на открытый заряд ВВ. Описаны характерные особенности протекания ударноволновых процессов, порождаемых взаимодействием вызванных поражающими элементами ударных волн в толще заряда. Показано, как могут быть связаны геометрические параметры данных процессов с переходом к детонации.

Проведено численное моделирование взрыва цилиндрического заряда из тротила с отношением высоты к диаметру порядка 10, расположенного вертикально на жесткой поверхности, моделирующей землю. Рассмотрено несколько способов инициирования заряда — отдельно на торцах, в центре или же с обоих торцов одновременно. Оценено влияние места инициирования на параметры фугасного действия заряда на близких расстояниях.

Рассмотрен лабораторный практикум по микромеханике, созданный на базе трех серийных устройств: печатной платы трехосного акселерометра, печатной платы двухосного датчика угловой скорости, печатной платы инерциального измерительного блока с устройствами беспроводной связи с персональным компьютером.

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.

Проанализированы результаты расчета собственных частот трехстепенного поплавкового гироскопа с газодинамической опорой ротора с разомкнутыми и замкнутыми обратными связями при изменении коэффициента жесткости газодинамической опоры и коэффициента усиления контура обратной связи датчика угловой скорости. Установлено, что в случае наличия динамической несбалансированности ротора при определенном значении коэффициента жесткости газодинамической опоры в приборе могут возникнуть резонансные явления.

Представлены некоторые результаты разработки аналитической модели упругого подвеса микромеханического прибора, позволяющей проводить его численные расчеты для любого количества исходных данных, которые определяют его конфигурацию, и практически моментально получать результаты этих расчетов.