МГТУ им. Н.Э. Баумана. Инженерно-технические науки. 2023.

Рассмотрены основные темы курса «Электроника». Приведены краткие теоретические сведения, примеры расчета и проектирования электронных устройств, контрольные вопросы, сформулированы программы выполнения лабораторных работ по каждой теме и требования к оформлению отчета. Все работы могут выполняться с применением как реальных элементов электроники и реальной измерительной аппаратуры, так и программ-симуляторов, таких как Proteus, Electronics Workbench, Microсap и т. п.

Рассмотрены вопросы, связанные с планированием и проведением эксперимента в электронной промышленности и наноинженерии, анализом полученных результатов и практическим применением методов моделирования технологического процесса и параметров его продукта. Представлена методология планирования и обработки результатов многофакторного эксперимента. Описано домашнее задание и даны рекомендации к его выполнению.

Рассмотрены особенности технологических процессов управления формообразованием поверхностей плоских оптических деталей на этапах шлифования и полирования на современных станках рычажного типа. Дано обоснование структуры многофакторной математической модели процессов шлифования и полирования плоских оптических поверхностей на основе изучения законов движения исполнительных механизмов и зоны обработки оптических станков рычажного типа. Приведен анализ влияния технологических факторов и физико-химических особенностей процессов обработки поверхностей плоских оптических деталей на функцию съема оптического материала модели химико-механического метода обработки.

Представлены лабораторные работы, которые содержат технологические процессы управления формообразованием плоских оптических поверхностей и интерференционные методы контроля их статистических параметров, методики контроля параметров форм и радиуса кривизны сферических оптических поверхностей, а также методики контроля двойного лучепреломления и оптической однородности в плоских оптических заготовках из бесцветного стекла. Подробно рассмотрены процессы обработки на стадиях шлифования и полирования плоских оптических деталей и факторы, влияющие на эффективность формообразования. Приведены особенности технологии склеивания поверхностей сферических линз, оптические функциональные схемы и реализованные на их основе методики контроля децентричности, возникающей в процессе сборки блока (склейки из двух оптических линз).

Изложены основные теоретические сведения о составе, принципе действия универсального лабораторного стенда, используемого как основное оборудование для проведения лабораторных работ по дисциплине «Электротехника». Приведены характеристики основных измерительных приборов и устройств, задание, порядок выполнения и методические указания к проведению лабораторных работ.

Рассмотрены вопросы, связанные с разработкой твердотельных усилителей для аналоговых трактов радиотехнических систем. Определена область применения транзисторных усилителей, указаны особенности их построения. Приведен алгоритм расчета усилителей в соответствии с основными системными требованиями, даны примеры расчета.

Представлены основные понятия и выражения, необходимые для расчета пространственных параметров гауссова пучка, формируемого устойчивыми двухзеркальными резонаторами и оптической системой. Рассмотрен пример выполнения домашнего задания по дисциплинам «Основы квантовой электроники», «Физические основы лазеров» и «Лазеры», приведены критерии его оценки, а также условия и варианты домашнего задания.

Рассмотрен процесс фотолитографии. Изложено описание процедур проведения экспериментов по определению разрешающей способности операций фотолитографии и жидкостного травления тонкопленочных медных структур. Представлена методика обработки полученных результатов травления и выявления на их основе бокового подтрава токопроводящих структур и неравномерности тонкопленочного покрытия по площади заготовки.

Изложены основные теоретические сведения по расчету частотных характеристик пассивных электрических цепей. Даны примеры записи уравнений для расчета амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик. Приведены задания и порядок выполнения работы, а также контрольные вопросы.

Издание содержит материалы для освоения методов измерений характеристик устройств СВЧ и антенн, представленные в виде описания четырех лабораторных работ по дисциплине «Устройства СВЧ и антенны». Приведены формулы для расчета диаграмм направленности и основных характеристик рупорной и диэлектрической антенн, зеркальной антенны с моноимпульсным облучателем, фазированной антенной решетки и антенны с управляемой ферритовой линзой. Дано описание лабораторных установок для определения амплитудной диаграммы направленности антенны, коэффициента усиления антенны, элементов матрицы рассеяния ферритовых устройств СВЧ: вентиля, фазовращателя, Y-циркулятора.

Cодержит материалы для освоения методов измерений характеристик СВЧ-устройств, представленные в виде описания лабораторной работы. Даны сведения об основных электрических характеристиках рассматриваемых устройств. Изложены принципы работы и представлены конструкции волноводных ферритовых фазовращателей, а также элементов фазированных антенных решеток на их основе. Приведены описание лабораторной установки и методика измерения фазовой характеристики интегрированного элемента проходной фазированной антенной решетки с волноводным ферритовым фазовращателем.

Изложены краткие теоретические сведения, необходимые для изучения основных схем асинхронных и синхронных триггеров. Дано описание лабораторной работы. Приведен порядок ее выполнения.

В пособии изложены основные теоретические сведения о трехфазных электрических цепях, даны определения трехфазного источника питания и трехфазного потребителя. Рассмотрены схемы соединения источника и потребителя треугольником и звездой при симметричной и несимметричной нагрузке. Приведены способы измерения активной мощности. Представлены материалы для проведения лабораторной работы (задание, порядок выполнения), а также контрольные вопросы.

Изложены основные теоретические сведения по цепям синусоидального тока, даны определения резонанса напряжения и токов, а также частотные характеристики последовательного колебательного контура. Представлены задания, порядок их выполнения, а также методические указания к проведению лабораторной работы.

Изложены основные теоретические сведения о расчете цепей постоянного тока. Даны примеры записи уравнений по законам Кирхгофа. Рассмотрены различные режимы работы источника постоянного напряжения, условие согласованного режима работы источника ЭДС и нагрузки. Приведены задания и порядок выполнения работы, а также контрольные вопросы.

Рассмотрены логические элементы, таблицы истинности, запись и минимизация булевых выражений и перевод логической функции в базис И-НЕ. Дано описание работы в среде Multisim. Приведены задания и порядок выполнения работы.

Издание содержит методические указания для выполнения лабораторного практикума, состоящего из трех комплексных лабораторных работ, в которых решаются 11 различных задач, разделенных по трем темам. Приведенные материалы соответствуют программам дисциплин «Эксплуатация, диагностика и ремонт РЭС» и «Электропреобразовательные устройства РЭС». Рассмотрены основные методы расчета выпрямителей, стабилизаторов, трансформаторов, импульсных и вторичных источников питания. Практическая часть посвящена проектированию и исследованию разрабатываемых схем в САПР Multisim (программный продукт подразделения Electronics Workbench Group компании National Instruments).

Рассмотрены особенности интерференции и дифракции света от полихроматических источников. Введены понятия о пространственной и временной когерентности света, и определены комплексные функции, описывающие величины и степени когерентности. Особое внимание уделено практическому использованию теории частичной когерентности в фурье-спектроскопии, исследовании небесных тел и других научных и технических приложениях. Приведены примеры, иллюстрирующие особенности расчета интерференции и дифракции от частично когерентных источников.

Кратко рассмотрены основные механизмы испарения вещества под действием импульсов лазерного излучения на непрозрачные среды. Приведено описание методики экспериментального определения порога лазерной абляции.

Кратко рассмотрены основные механизмы разрушения прозрачных сред под действием импульсов лазерного излучения. Приведено описание методики экспериментального определения порога пробоя прозрачных диэлектриков.

Издание содержит материалы для изучения явления дифракции на препятствиях различного вида. Изложены краткие теоретические сведения о дифракции света на круглом отверстии, непрозрачном диске и на щели. Представлено описание лабораторной установки, приведены указания по выполнению лабораторной работы О-87 и обработке результатов измерений.

Издание подготовлено в помощь студентам, выполняющим курсовую работу по учебной дисциплине «Прикладная оптика». На конкретном примере рассмотрен габаритный, аберрационный и светоэнергетический расчет оптической системы призменного монокуляра. Дана оценка качества изображения полученной оптической системы.

Рассмотрены теоретические представления о свойствах трехстепенных и двухстепенных гироскопов, о принципе действия гироскопических приборов, гиростабилизаторов на их основе и акселерометров, рассмотрены также датчики угловой скорости на новых физических принципах.

Рассмотрены теоретические представления о назначении, составе, структуре, принципах функционирования инерциальных навигационных систем и их чувствительных элементов.

Издание содержит справочную теоретическую информацию, примеры решений задач по динамике сферического движения твердого тела и контрольные вопросы для самопроверки полученных знаний.

Приведены базовые теоретические сведения об архитектуре программируемых систем на кристалле, инструментах интегрированной среды проектирования. Представлен ряд учебных проектов для платформ PSoC (Cypress), иллюстрирующих технологию синтеза аппаратной конфигурации системы и разработки программного обеспечения.

Рассмотрены возможности спутниковых многолучевых зеркальных и линзовых антенн, а также особенности построения бортовых цифровых многолучевых антенных решеток на основе крупноапертурных зеркальных и линзовых излучателей. Приводятся результаты оптимизации структуры и характеристик крупноапертурных излучателей, а также антенных решеток из них. Показаны преимущества многолучевых крупноапертурных излучателей при построении антенных решеток для глобальных систем спутниковой связи и возможные схемотехнические и конструктивные решения по построению цифровых антенных решеток.

Пособие посвящено изучению свойств неоднородных оптических элементов. Представлена аналитическая методика расчета линейных, угловых и апертурных характеристик граданов, приведены формулы для расчета и анализа сферической аберрации третьего порядка и хроматической аберрации первого порядка линзовых элементов с радиальной и осевой неоднородностью показателя преломления. Рассмотрена методика синтеза линзового компонента с улучшенным исправлением сферохроматической аберрации за счет введения в показатель преломления линзы осевой неоднородности.

Изложены аналитические и статистические методы оценки эффективности ракетного и артиллерийского вооружения на стадии разработки. Оценка эффективности рассмотрена по частным критериям, например, вероятность поражения цели, и по комплексному критерию, такому как потери средств при выполнении боевой задачи. Кроме этого, с целью выбора рациональных характеристик разрабатываемых комплексов вооружения рассматривается применение общей формы критерия — стоимости затрат на выполнение боевой задачи.

В издании рассмотрены аддитивные технологии в соответствии с классификацией ASTM (American Society for Testing and Materials). Описаны характерные особенности технологии селективного лазерного спекания полимерных порошков. Проанализированы перспективы развития аддитивных технологий в производстве изделий ракетно-космической техники.

Изложены основы технологии изготовления ракетно-прямоточных двигателей на твердом топливе (РПДТ). Приведена классификация характеристик режимов работы отдельных агрегатов и РПДТ в целом, а также действующих на них силовых и тепловых нагрузок, обусловливающих выбор функциональных конструкционных материалов. Представлены данные о физико-механических и теплофизических свойствах металлических и композиционных конструкционных материалов, используемых при изготовлении элементов конструкции РПДТ. Рассмотрены основные технологические процессы и операции формообразования деталей, в том числе инновационные, и показаны примеры внедрения в конструирование и технологию изготовления РПДТ систем автоматизированного проектирования. В учебном пособии использованы материалы научно-исследовательских работ, выполняемых в МГТУ им. Н.Э. Баумана, МАИ, ИПХФ РАН, а также данные зарубежных научных периодических изданий.

Приведены указания к выполнению лабораторной работы, посвященной экспериментальному изучению дроссельной характеристики ракетного двигателя на примере стендового лабораторного жидкостного ракетного двигателя. Дано описание физической модели рабочего процесса в камере сгорания и процесса моделирования производственных условий испытания ракетного двигателя в части физических факторов, включая потенциально опасные. Рассмотрены расчетно-информационная среда и социально-технологические отношения в области будущей профессиональной деятельности студентов. Издание ориентировано на образовательные технологии с блочно-модульным структурированием учебного материала и рейтинговой оценкой успеваемости.

Издание содержит анализ основных особенностей функционирования систем управления высокоточных боеприпасов на этапах баллистического полета и наведения на цель. Рассмотрены вопросы проектирования систем управления высокоточных боеприпасов, в том числе систем непрерывного и импульсного наведения, а также методы математического моделирования их функционирования. Особое внимание уделено оптическим, радиолокационным, телевизионным и инфракрасным головкам самонаведения. В основу учебного пособия положен курс лекций, который был прочитан проф. Ю.М. Астаповым на кафедре «Высокоточные летательные аппараты» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Учебное пособие содержит примеры использования вычислительной системы MATLAB и среды SIMULINK для анализа свойств системы «летательный аппарат — автопилот» и расчета параметров автопилота в рамках изучения дисциплины «Системы автоматического управления летательными аппаратами». Может быть рекомендовано для освоения приемов работы в системе MATLAB и среде SIMULINK при тренинге, выполнении домашних заданий, а также курсового и дипломного проектирования.

Представлены методы и алгоритмы планирования температурных измерений, предназначенных для последующего определения характеристик теплопереноса частично прозрачных пористых материалов. Приведены примеры использования алгоритмов решения задач, рассмотрены результаты их применения при планировании температурных измерений на этапе подготовки стендовых тепловых испытаний образцов теплозащитных материалов и элементов теплонагруженных конструкций.

Приведен пример выполнения домашнего задания, предусмотренного программой изучения модуля «Основы расчетов пневмогидравлических систем подрессоривания», который является составной частью дисциплин «Методы расчета и проектирования наземных транспортно-технологических средств» и «Методы расчета и проектирования военных гусеничных машин. Часть 1». Представлены контрольные вопросы для подготовки к защите домашнего задания, критерии качества его выполнения, а также варианты домашнего задания.

Изложены основы проектирования транспортных космических систем с жидкостными ракетными двигателями, предназначенных для доставки полезных грузов на целевые орбиты и траектории назначения, и их составляющих: ракет-носителей и разгонных блоков. Рассмотрено формирование граничных условий решения задач баллистического проектирования. Предложены инженерные методики выбора основных проектных параметров и определения энергомассовых и геометрических характеристик проектируемого изделия в составе ракетного комплекса. Приведены численные примеры решения задач баллистического проектирования транспортных космических систем.

Рассмотрены основы проектирования виброзащиты прецизионных космических аппаратов для улучшения разрешающей способности устанавливаемой на борту целевой аппаратуры при влиянии динамических источников возмущений. Представлены методы и средства виброзащиты, а также принципы работы, математические модели и практические примеры создания виброзащитных устройств. Приведен инженерный алгоритм в виде структурной схемы обеспечения виброзащиты космических конструкций для практической реализации.

Приведены основные сведения и изложены исходные данные, необходимые для проведения компоновки бортового оборудования пилотируемых космических аппаратов. Большое внимание уделено вопросам пространственной организации пилотируемых аппаратов в контексте человеческой культуры, приведены основные сведения о компоновке транспортных кораблей и орбитальных станций. Указаны критерии внешней и внутренней компоновки бортового оборудования, необходимого для осуществления космического полета. Приведены основные критерии качества выполненной компоновки и обширный справочный материал по целевому оборудованию и обеспечивающим системам. Содержание учебного пособия соответствует учебной программе и курсу лекций, которые авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

В курсе лекций приведены основные положения теории оптимального проектирования конструкций, рассмотрены методы проектных расчетов композитных материалов и простейших элементов конструкций, а также несущих композитных оболочек различных конструктивных схем и размеростабильных композитных космических конструкций. Представлены алгоритмы расчета типовых композитных элементов конструкций, которые могут быть самостоятельно использованы студентами при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Изложены научные и методологические основы наведения баллистических ракет. Рассмотрены вопросы программирования движения (задачи наведения) и информационно-навигационного обеспечения управления (задачи навигации), а также проблемы определения точности стрельбы (задачи оценки точности возмущенного движения). Показаны направления решений соответствующих задач при создании ракетных комплексов тактического, оперативно-тактического и стратегического назначения, возможные пути совершенствования баллистико-навигационного обеспечения полета ракет указанных классов. Содержание пособия соответствует курсу лекций, читаемых в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Содержатся материалы для исследования температурных режимов модели заправочной системы ракеты или космического аппарата, экспериментального определения и обработки характеристик теплообмена для режимов температурной подготовки топлива при различных схемах включения насосов.

Представлены постановки и алгоритмы решения обратных задач радиационно-кондуктивного теплообмена для определения теплофизических и оптических характеристик материалов. Приведены примеры использования алгоритмов, рассмотрены результаты их применения для определения характеристик теплозащитных материалов.

Приведены конструктивно-компоновочные схемы существующих разгонных блоков, а также предложены другие возможные варианты их компоновки. Даны основные формулы для баллистического расчета, выбора типа топлива и определения массы разгонного блока и входящих в него систем. Приведены примеры соединения конструкций, изготовленных из композиционных материалов.

В издании приведены общие сведения о полимерных композиционных материалах и их применении в изделиях ракетно-космической техники.

Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ является практическим руководством, предназначенным для самостоятельного овладения алгоритмическими методами контроля авиационных измерительных систем. Изучение методов предполагается проводить с использованием исследовательского кабины-тренажера и лабораторной базы научно-образовательного центра «Авионика». Отрабатывается функционирование системы контроля в процессе имитации маневров ЛА при заходе на посадку на движущийся авианосец.

Приведены методические указания к выполнению лабораторной работы, посвященной огневым испытаниям стендового лабораторного жидкостного ракетного двигателя при различном соотношении компонентов топлива. В работе моделируются производственные условия испытания ракетного двигателя в части физических факторов, включая потенциально опасные, а также расчетно-информационная среда и социально-технологические отношения из области будущей профессиональной деятельности студента. Методические указания ориентированы на образовательные технологии с блочно-модульным структурированием учебного материала и рейтинговой оценкой успеваемости.

Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ является практическим руководством, предназначенным для самостоятельного овладения алгоритмическими методами коррекции инерциальных навигационных систем в автономном режиме. Коррекция осуществляется с помощью прогнозирующих моделей погрешностей навигационной системы, построенных алгоритмом самоорганизации. Изучение методов предполагается проводить с использованием исследовательского трехстепенного стенда и лабораторной базы научно-образовательного центра «Интеллектуальные системы».

Рассмотрены вопросы испытаний ракетного и ствольного оружия. Показано, что процесс испытаний является составной частью проектирования и разработки образцов ракетного и ствольного оружия. Приведена классификация испытаний по видам и категориям, включающая наземные, летные, научно-исследовательские испытания, а также испытания на этапах опытно-конструкторской работы и серийного производства. Рассмотрены методы, технические средства и оборудование для проведения испытаний ракетного и ствольного оружия. Приведены иллюстрации различных испытаний, наглядно демонстрирующие функционирование образцов ракетного и ствольного оружия и их составных частей.

Изложены основы проектирования жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Даются основные положения теории, методы расчета и описание узлов и агрегатов двигательных установок с ЖРД. Рассмотрены процессы расширения газов в соплах, смесеобразования и теплообмена, а также методы профилирования сопел, расчета форсунок, определения форм и объема камеры сгорания. Приведены системы подачи с турбонасосными агрегатами и вытеснительные системы подачи с газовым, пороховым и жидкостным аккумуляторами давления. Изложены методики и примеры расчетов элементов конструкции и ЖРД в целом. Третье издание учебника (2016 г.) было дополнено параметрами, элементами конструкций и пневмогидравлическими схемами отечественных и зарубежных ЖРД конца XX в. В четвертом издании исправлены опечатки и приведены параметры разработанных после выхода в свет третьего издания ЖРД. Соответствует курсам лекций, читаемых в МГТУ им. Н.Э. Баумана.