МГТУ им. Н.Э. Баумана (статьи)

Представлены результаты экспериментального исследования системы газодинамического воспламенения топливной смеси в ЖРД малой тяги. Принцип работы системы, состоящей из сверхзвукового сопла и резонатора с конфузорным входом, основан на реализации в ней циклического процесса прохождения в застойную зону резонатора ударных волн, генерируемых на входе в конфузор, что в конечном итоге приводит к диссипации кинетической энергии сверхзвуковой струи и интенсивному выделению теплоты. В работе экспериментально определены АЧХ системы, интенсивность тепловыделения в резонаторе и уровень температуры торцовой стенки.

Исследованы переходы из кристаллического в неупорядоченное состояние систем, подверженных сдвиговым воздействиям при различных температурах. Построена фазовая диаграмма, включающая области кристаллической фазы, а также фазы жидкого состояния, обусловленного как разогревом системы, так и разупорядочением за счет сдвигового воздействия. Изучено изменение при переходе в неупорядоченное состояние двух функций распределения частиц: относительно внешнего наблюдателя (функция пространственной плотности пребывания узлов) и относительно локального наблюдателя (функция плотности вероятности относительного положения узлов).

Предложены методика экспериментальных исследований и схема испытаний цилиндрических образцов сферопластика с полимерными и органосиликатными связующими. Определены теплофизические свойства теплоизоляционных материалов, даны рекомендации по их выбору для длительной работы в условиях высоких температур.

Разработаны технология и методика назначения параметров изготовления теплоизоляционных материалов (ТИМ) из базальтовых волокон методом фильтрационного осаждения. Предложена методика определения геометрических размеров образцов ТИМ на основе базальтовых волокон и стеклянных микросфер. Экспериментально установлено, что указанные ТИМ при нагреве до температуры 400 °С обладают низкой теплопроводностью, равной 0,04 Вт/(м·K). Намечены пути дальнейших исследований ТИМ с другими, более теплостойкими связующими.

Установлены закономерности приготовления наносуспензий в ультразвуковом поле. Предложена методика производственного выбора технологических параметров ультразвукового наномодифицирования полиэфирной матрицы композитных конструкций. Получены соотношение для расчета длительности ультразвуковой обработки связующего, которая обеспечивает требуемую однородность суспензии, а также формула определения мощности ультразвукового генератора для наномодифицирования связующего.

К настоящему времени сформировалось убеждение, что высокопрочные алюминиевые сплавы можно подвергнуть переработке в твердожидком состоянии аналогично тому, как это осуществляется с литейными сплавами. Рассмотрена проблема формирования требуемой микроструктуры, проанализированы особенности получения и эффекты переработки различными методами тиксозаготовок из перспективных, но труднодеформируемых высокопрочных сплавов.

Изложены основные принципы автоматизации операций регулировки, контроля и испытаний автоматических систем (АС). Описаны возможные структурные схемы устройств для автоматической настройки АС. Предложены методы поиска экстремального значения показателя качества АС при ее настройке и регулировке.

Приведены результаты экспериментальных исследований по совершенствованию процесса ультразвуковой обработки отверстий в оксидной керамике. Описан механизм взаимодействия обрабатываемого материала и водного раствора борной кислоты, предлагаемой для использования в качестве технологической среды

Экспериментально исследован ряд термостойких поглощающих покрытий для применения их в установках одностороннего радиационного нагрева при исследовании теплофизических характеристик керамических материалов на воздухе.

Представлены результаты анализа основных параметров технико-экономической эффективности проектов космических аппаратов туристического класса. Выполнен обзор инструментов финансового планирования и прогнозирования капитальных затрат. На основании расчетов сделаны выводы о перспективах развития сектора космических туристических услуг в течение ближайших десятилетий.

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.

Рассмотрена важная проблема гальванического производства —обеспечение рекуперации воды и ценных химических соединений на базе операционных модулей травления и обезжиривания c многоступенчатой системой промывки деталей. Установлены закономерности изменения концентрации раствора на поверхностях деталей и в системе распределенной промывки, что необходимо при разработке ресурсосберегающих операционных модулей травления и обезжиривания гальванического производства.

Рассмотрены вопросы проектирования и изготовления намоткой из полиимидных пленок многослойных оболочек прямо- и криволинейных трубопроводов. Предложен способ соединения хвостовика фланца с пленочной оболочкой, представлены результаты испытаний трубопроводов из многослойных пленок.

Рассмотрены физические аспекты, сопровождающие глубокое проникание длинных стержней из разных материалов в прочное полупространство при осесимметричном условии взаимодействия в диапазоне скоростей 1,5…3,0 км/c. Путем численного моделирования в двумерной осесимметричной постановке получены обобщенные зависимости параметров рассматриваемого процесса от геометрических и кинематических характеристик стержня, а также от физико-механических свойств взаимодействующих тел.

Построена математическая модель процесса комбинированного теплообмена в теплозащитном покрытии с системой радиационных экранов. Исследовано влияние числа, расположения и отражающей способности экранов на эффективность теплозащитного покрытия. Показано, что использование экранов с высокой отражательной способностью, расположенных на оптимальном расстоянии друг от друга, позволяет уменьшить толщину слоя волокнистого материала в сравнении с покрытием без экранов и, соответственно, снизить удельную массу теплозащитного покрытия.

Проведено сравнение моделей эффективной теплопроводности и радиационно-кондуктивного теплообмена при проектировании теплозащитных покрытий многоразовых космических аппаратов. Показано, что использование модели эффективной теплопроводности приводит к завышению значений температур в волокнистом материале по сравнению с моделью радиационно-кондуктивного теплопереноса и, как следствие, к увеличению необходимой толщины теплоизоляционного материала.

Проведены численные исследования деформирования конической оболочковой детали на конической оправке при наличии перекоса между их осями симметрии с учетом трения. Получены графические зависимости перекоса от силы закрепления и коэффициента трения между деталью и оправкой. Разработана методика назначения режимов резания с учетом требований к точности изготовления.

Разработаны математические модели и алгоритмы для одновременного определения точности конструктивных параметров машин и технологических средств ее обеспечения. Получены соотношения для оценки производственной технологичности создаваемой машины.

Рассмотрено решение проблемы экспресс-оценки производительности ультраструйного суспензирования с помощью метода акустической эмиссии. Разработано информационно-методическое обеспечение технологического процесса суспензирования, которое позволяет оперативно, в режиме реального времени, оценить насыщенность жидкости элементами материала мишени при воздействии на нее ультраструей воды. Предложенные подходы могут быть эффективно использованы для решения аналогичных задач при гидроэрозии материалов и изделий.

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.

Предложен комплекс инженерных методик для расчета параметров теплового и механического действия ионизирующих излучений планковского спектра с эффективными температурами Teff = 1…10 кэВ на гетерогенные преграды в воздухе. Комплекс предназначен для использования в многовариантных расчетах при поиске рациональных параметров композитных конструкций с защитными гетерогенными покрытиями.

Получены гидродинамические уравнения движения электронно-дырочной плазмы в графене, находящемся во внешних электрическом и магнитном полях. Сделано предположение, что время изменения внешних полей намного меньше времени локальной релаксации ферми-систем носителей, в связи с чем используется принцип локального равновесия. Показано, что сила Лоренца, действующая на поток носителей в магнитном поле, в 2 раза меньше аналогичной силы в классическом пределе (движение массовых заряженных частиц), что связано с особенностью энергетического спектра носителей в графене. Рассчитан спектр плазмонов во внешнем магнитном поле.

Рассмотрены существующие методы расчета преобразования оптическими системами лазерного излучения и определены тенденции и перспективы их развития.

Рассмотрена схема голографического индикатора для отображения знаково-символьной информации, представляющего собой волноводную стеклянную пластинку с нанесенными на ее поверхность голограммными оптическими элементами. Для реализации такой схемы выбран фоточувствительный материал и разработан стенд для получения подобного индикатора. Предложенная схема позволяет получать индикаторы больших размеров за счет позонной записи и стыковки отдельных фрагментов, задавать нужное распределение экспозиции по зонам, в том числе и нелинейное, а также оперативно корректировать его в соответствии с полученными экспериментальными результатами.

Исследовано совместное использование оптической и электронной микроскопии для комплексного изучения параметров микрооптических и дифракционных элементов. В качестве исследуемого образца использован микролинзовый растр. Разработана методика для контроля параметров образцов микрооптических и дифракционных элементов.

Рассмотрены методы повышения помехоустойчивости лазерных локационных систем, предназначенных для автоматического обнаружения световозвращателей на сложном высококонтрастном фоне в широком поле зрения. Представлен алгоритм сегментации бинарного изображения, полученного после пороговой обработки межкадровой разности, с целью выделения локационных изображений объектов.

Описаны методы повышения точности измерения дальности в двухчастотном лазерном фазовом дальномере (ЛФД), в которых используется цифровая обработка эхо сигнала. Предлагаемые методы основаны на оригинальной схеме построения двухчастотного ЛФД, а также новых подходах в цифровой реализации квадратурного фазового детектора.

Предложен новый подход к измерению хроматической дисперсии фотонно-кристаллических волоконных световодов на основе интерференционного метода в широком диапазоне спектра оптического излучения (400…1 900 нм). Проведено моделирование и получены предварительные результаты. Сформулированы требования к разрабатываемой измерительной установке и определены предельные возможности измерения хроматической дисперсии фотонно-кристаллических волоконных световодов.

Рассмотрены исследования оптических стандартов частоты (ОСЧ) на основе резонансов насыщенного поглощения и дисперсии, выделяемых методами нелинейной лазерной спектроскопии в газовых ячейках низкого давления. Оценены возможности создания ОСЧ на основе Cr2+: ZnSe-лазера и метановой поглощающей ячейки (Cr2+: ZnSe /CH4, ? = 2,36 мкм), обладающего долговременной стабильностью 1·10–15…1·10–16.

Рассмотрено применение оптических методов для количественного определения состава и свойств полидисперсных многокомпонентных жидкостей, в частности молока. Исследован метод фазовой микроскопии для высокоточного лабораторного анализа молока. Предложена схема портативного анализатора количественного состава молока, позволяющая повысить точность измерений по сравнению с традиционными фотометрическими измерениями.

Приведено описание волоконного лазерного спектрофлуориметра для аналитического контроля объектов окружающей среды, технологических процессов и диагностики различных заболеваний. Рассмотрена возможность применения волоконного спектрофлуориметра для различных задач. Приведены схемы измерения и описаны преимущества волоконных спектрофлуориметров.

Описан лазерный рефлектометрический метод измерения толщины и характеристик роста пленок металлов на диэлектрической подложке в процессе их напыления, основанный на измерении коэффициентов отражения в разные моменты времени и определении неизвестных значений толщины и характеристик роста пленки путем численного решения нелинейных уравнений. Математическое моделирование показывает, что для диапазона толщин 5…50 нм при измерениях на длине волны 515 нм толщина пленки золота и параметры ее роста могут быть восстановлены со среднеквадратической погрешностью меньше 0,5 и 8 % соответственно при среднеквадратическом значении шума 1 %.

Изложен метод контроля качества мастер-матриц, применяемых при изготовлении защитных голограмм. Метод основан на корреляционном алгоритме при использовании фильтра, обеспечивающего минимальную среднюю энергию корреляции. Приведены результаты апробации метода на реальных образцах мастерматриц защитных голограмм.

Предложена модель аппаратной функции гиперспектральной съемочной аппаратуры, на основе которой разработаны методика и программа для расчета аппаратной функции, модуляционной передаточной функции, функции спектрального разрешения.

Представлены результаты разработки специализированных программных средств для моделирования, анализа и обработки сигналов развертывающих поляриметров. C помощью разработанного программного обеспечения показано, что наиболее быстрым алгоритмом обработки сигналов развертывающих поляриметров является ортогональный, обеспечивающий линейный рост времени вычисления от объема полученного цифрового сигнала.

Рассмотрены особенности разработки оптической системы специализированного трансфокатора для малогабаритной (L173 мм) профессиональной видеокамеры (Full HD). Показано, что возможно достижение почти дифракционного качества изображения во всем диапазоне перепада фокусных расстояний (~50х) при четырех подвижках компонентов трансфокатора, работающего совместно с основным объективом с телецентрическим ходом лучей.

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.

Предложна методика автоматизированного аберрационного синтеза вариообъективов. Методика основана на теории аберраций третьего и пятого порядков и предусматривает разложение поперечной аберрации по полиномам Чебышева с последующей минимизацией коэффициентов разложения.

Предложена методика автоматизированного габаритного расчета систем переменного увеличения, состоящих из произвольного числа подвижных и неподвижных компонентов. Методика предусматривает разложение законов перемещения компонентов по базисным функциям с последующим определением коэффициентов разложения.

Предложен метод совместного расчета пространственной структуры и абсолютного значения мощности индуцированного излучения СО2-лазера, основанный на модифицированном выражении дифракционного интеграла Зоммерфельда и квантово-кинетической модели активной среды.

Рассмотрены методы контроля формы и качества поверхностей крупногабаритных оптических деталей. Приведена современная методика измерения параметров неоднородностей профиля оптических поверхностей различных периодов пространственных частот на основании расчета функции спектральной плотности мощности PSD(vx, vy). Рассмотрены требования, предъявляемые к качеству оптических поверхностей высокоточных деталей в соответствии с данной методикой. Проведен анализ существующего интерферометрического оборудования, технические характеристики которого позволяют проводить измерения в выделенных спектральных диапазонах с необходимой погрешностью. Рассмотрена возможность использования интерферометров NanoCam Dynamic Profiler (4D Technology) и Intellium H2000 (ESDI) для контроля крупногабаритных оптических деталей.

Рассмотрено влияние технического задания на опытноконструкторскую работу на качество разрабатываемого изделия. Обоснованы основные требования к техническому заданию, необходимые для обеспечения высокого уровня качества разрабатываемого изделия.

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

Исследованы электродинамические модели печатных излучателей, выявлены зависимости изменения фазы коэффициента отражения от этих излучателей от емкостных реактивных нагрузок при различных периоде решетки, диэлектрической проницаемости материала, толщине подложки, ширине вибратора и расстоянии до экранирующей поверхности.

Изложены основы экспериментально-расчетного метода определения отражательных характеристик объектов в оптическом диапазоне. Дано описание разработанного экспериментального стенда для исследований отражательных характеристик материалов и покрытий с возможностью перестройки рабочей длины волны. Представлена методика и некоторые из результатов измерений.

Приведено подробное описание уникального испытательного стенда электрических характеристик антенн миллиметрового диапазона волн с зеркальным коллиматором. Даны технические характеристики устройств, входящих в испытательный стенд. Описана технология изготовления сегментов высокоточного сборного коллиматорного зеркала

Рассмотрен вариант построения бортовой антенной решетки для космического аппарата на геостационарной орбите из крупноапертурных излучателей. Показаны ее преимущества по сравнению с традиционными гибридно-зеркальными многолучевыми антеннами. Приведен вариант выполнения антенной решетки из крупноапертурных излучателей.

Рассмотрен системный подход к исследованию технического состояния материалов, конструкций и объектов с помощью методов неразрушающего контроля с использованием комплексирования измерительных устройств и проведения наблюдений во времени (накопления информации) для повышения качества и надежности обнаружения дефектов и повреждений.

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.

Исследованы СВЧ устройства на основе копланарных волноводов, содержащих метаматериалы. Показана возможность их применения в полосковых волноводных структурах