Астана - repository.enu.kz

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

Студенттер мен жас ғалымдардың

«Ғылым және білім - 2014»

атты IX Халықаралық ғылыми конференциясының БАЯНДАМАЛАР ЖИНАҒЫ

СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ

IX Международной научной конференции студентов и молодых ученых

«Наука и образование - 2014»

PROCEEDINGS

of the IX International Scientific Conference for students and young scholars

«Science and education - 2014»

2014 жыл 11 сәуір

Астана

УДК 001(063) ББК 72

Ғ 96

Ғ 96

«Ғылым және білім – 2014» атты студенттер мен жас ғалымдардың ІХ Халықаралық ғылыми конференциясы = ІХ Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Наука и образование - 2014» = The IX International Scientific Conference for students and young scholars «Science and education - 2014».

– Астана: http://www.enu.kz/ru/nauka/nauka-i-obrazovanie/, 2014. – 5830 стр.

(қазақша, орысша, ағылшынша).

ISBN 978-9965-31-610-4

Жинаққа студенттердің, магистранттардың, докторанттардың және жас ғалымдардың жаратылыстану-техникалық және гуманитарлық ғылымдардың өзекті мәселелері бойынша баяндамалары енгізілген.

The proceedings are the papers of students, undergraduates, doctoral students and young researchers on topical issues of natural and technical sciences and humanities.

В сборник вошли доклады студентов, магистрантов, докторантов и молодых ученых по актуальным вопросам естественно-технических и гуманитарных наук.

УДК 001(063) ББК 72

ISBN 978-9965-31-610-4 © Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық

университеті, 2014

3146

существенно сократить объем экспериментальных исследований, а следовательно, снизить все затраты, связанные с их проведением, и значительно уменьшить продолжительность этапа разработки технического проекта КЛА

Таким образом, в настоящее время капиллярные СОСТ остаются наиболее перспективными средствами, обеспечивающими подачи топлива из баков для универсальных КЛА многоцелевого назначения. Создание подобного рода ЛА является одной из наиболее актуальных задач, стоящих перед ракетно-космическими державами.

Совершенствование этих СОСТ можно достичь только при условии прогресса в технологии производства пористых материалов для фазоразделительных элементов, снижении их стоимости и повышении технических характеристик, а также путем сочетания в единой конструкции различных типов капиллярных, а возможно и некапиллярных СОСТ.

Результаты работы могут быть полезны при эскизном проектировании систем подачи топлива КЛА на этапе выбора принципиальной конструкции средств обеспечения сплошности топлива, а также системы контроля за положением топлива в полости баков летательного аппарата.

Список использованных источников

1. Багров В.В., Курпатенков А.В., Поляев В.М. и др Капиллярные системы отбора жидкости из баков космических летательных аппаратов // УНПЦ «ЭНЕРГОМАШ». – 1997, 328 с.

2. Abramson H.N. The Dynamic Behavior of Liquids in Moving Containers // NASA SP -106. - 1966.

3. Armour J.C., Cannon J.N. Fluid Flow Thorough Woven Screens/ J.C. Armour, J.N. Cannon //

AIChE Journal – 1968. – Vol. 4, № 3.

4. Rollins J.R. 23 years of surface tension propellant management system design, development, manufacture, test and operation / J.R. Rollins // AIAA Paper. – 1986. – №.833.

УДК 629.783

ОБ ОБЩЕМ ПОДХОДЕ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НА ОСНОВАНИИ МЕТОДОВ С РАЗЛИЧНОЙ АППАРАТУРНОЙ РЕАЛИЗАЦИЕЙ ИЗМЕРЕНИЙ

Грошелев Дмитрий Геннадьевич dimadp2@rambler.ru

Старший преподаватель Днепропетровского национального университета им. Олеся Гончара, Днепропетровск, Украина

Научный руководитель - Кулабухов А. М.

Введение. Одной из важнейших задач решаемых на борту космического аппарата (КА) является определение его углового положения. Без решения данной проблемы не возможно выполнять съемку земной поверхности заданных участков, передавать данные с борта автоматических межпланетных станций, выполнять коррекции положения центра масс (ц.м.) КА, используя декартову схему установки двигательных установок.

Широкое применение находят методы по определению углового положения и положения ц.м. на основании пространственно временной избыточности [1], которые активно могут быть использованы в результате выхода из строя части бортового оборудования. Так например, в одноканальных приемниках аппаратуры спутниковой навигации задача решается с разнесением измерений во времени. Как известно, выражения для восстановлению углового положения КА в базовой системе координат по данным

3147

магнитометрических измерений выполненных в два последовательных момента времени можно выполнить по следующему алгоритму.





  

 _{0 ñ}

ñ t

t ~ B(t ) B¹

0 (1)

где  - кватернион разворота связанной системы координат из положения t₀ в положение в момент второго измерения напряженности магнитного поля t1;

ñ t t 1

B0 - напряженность магнитного поля в проекциях на оси связанной системы координат в момент времени t1 измеренной в момент времени t0 (напряженности

ñ 0) t ( B

).

Для описания углового движения аппарата от положения в момент времени t0 к положению в момент времени t1 воспользуемся уравнениями Пуассона.

1 0 0 0^T

1) t 2 (

t t1

dt 2 w

) 1 t1 ( 2) t ( 2 w

. 1



   















   (2)

где w – кватернион угловой скорости КА в проекциях на оси связанной системе координат

























 



Ï Á Á Y XÏ Ï Á Z

)Á t1 ( Á B 0) t ( B

)Á t1 ( Á B 0) t ( B Ï Á Y

)Á t0 ( B

)Á t0 ( B Ï Á X













 



 

,





























 



Ï Ñ Ñ Y XÏ Ï Ñ Z

)ñ t2 ( Ñ B XÏ

)ñ t2 ( Ñ B XÏ Ï Ñ Y

ñ t1 t0 B

ñ t1 t0 B Ï Ñ X























(3)

где ,ZÏ Á Ï Á Y Á,

XÏ  

- орты промежуточной системы координат в проекциях на оси базовой системы координат.

Ï Ñ Z Ñ, YÏ Ñ,

XÏ  

- орты промежуточной системы координат в проекциях на оси связанной системы координат.



























Áz ZÏ Áy ZÏ Áx ZÏ

Áz ZÏ Áy YÏ Áx YÏ

Áz XÏ Áy XÏ Áx XÏ Ï MÁ



















,























Ñz ZÏ Ñz YÏ Ñz XÏ

Ñy ZÏ Ñy YÏ Ñy XÏ

Ñx ZÏ Ñx YÏ Ñx XÏ Ñ MÏ



















, Ñ M^Ï_Á MÏ Ñ

MÁ  (4)

где M^Ï_Á, M^Ñ_Ï - матрицы перехода от базовой к промежуточной и от промежуточной к связанной системам координат;

Ñ

MÁ - матрица перехода от базовой к связанной системе координат.





























































ÑÁ Ñ 3 0Á Ñ 4

1 , Á2 Ñ M

2 , Á1 M

ÑÁ Ñ 2 0Á Ñ 4

3 , Á1 Ñ M

1 , Á3 M

ÑÁ Ñ 1 0Á Ñ 4

2 , Á3 Ñ M

3 , Á2 M

2 1 Ñ) 0Á ( 4 Ñ) MÁ ( tr

(5)

3148

где ^Ñ

Á - искомый кватернион ориентации КА в базовой системе координат.

Связанная система координат (ССК) – неинерциальная правая система, жестко связанная с корпусом КА, начало координат располагается в центре масс КА.

Базовая система координат (БСК) – ортогональная правая инерциальная система координат. Ориентация осей произвольная.

Базовая система координат в общем случае может быть неинерциальной, однако, при этом, необходима информация о параметрах движения ц.м. КА и вокруг ц.м. относительно БСК.

Промежуточная система координат (ПСК) – неинерциальная правая система координат, угловая ориентация которой известна в БСК и ССК.

Достоинством методов угловой ориентации с использованием магнитометров, датчиков Солнца является их малые габариты и вес, к недостаткам можно отнести не возможность работы на всем активном участке движения КА и сильная зависимость точности решения задачи определения углового положения КА от точности модели магнитного поля Земли.

Приборный состав при решении задачи определения угловой ориентации по магнитному полю может быть следующим: трехосный магнитометр, три датчика угловой скорости (ДУС), навигационный блок, бортовой вычислительный комплекс (БЦВК).

Решение задачи. В работе предложен подход к решению задачи угловой ориентации КА с использованием интерференционного метода. Похожие методы предлагались в работах [2,3], но в отличие от них, рассматривается использование одной базы антенн вместо двух (для ориентации КА), что может быть использовано в случае выхода из строя одной базы антенн.

Предположим, что в результате измерений найдены сдвиги фаз в антенной однобазовой системе целевого КА в моменты времени t₀,t₁ (влияние частоты Доплера и фазовой неоднозначности исключено из измерений) минимум по трем, одновременно наблюдаемым радиомаякам (в каждый из моментов времени). Тогда положение базы антенн в БСК в каждый из моментов времени может быть определено известным соотношением интерферометрии:























 





 







 





 







 





 



B 3 2

3 i)

t 3( l

i) t 3( l i) t ( b

B 2 2

2 i)

t 2( l

i) t 2( l i) t ( b

B 1 2

1 i)

t 1( l

i) t 1( l i) t ( b



















(6)

где  ^

1,3,i 0,1 j

, i) t j( l i), t j( l



 - вектор, направления и его модуль на j- ый радиомаяк от первой антенны;

i) t ( b

- искомое единичное направление в БСК базы антенн (направлено от первой антенны ко второй);

B - модуль длины базы антенн;

, 3 , 2 1 



 - измеренные сдвиги фаз во второй относительно первой антенны целевого КА от первого, второго, третьего радиомаяков соответственно;

, 3 , 2 1 

 - длины волн радиосигналов первого, второго, третьего радиомаяков.

Связь измерений в ССК и определение параметров угловой ориентации КА выполняют на основании уравнений аналогичных 1-5 с заменой в связанной системе координат направлений вектора базы антенн, жестко связанной с корпусом аппарата, а в БСК – на основании решения (6) в моменты времени t₀, t₁ определяют положение базы, что

3149

позволяет судить об общности подхода к решению задачи определения углового положения КА.

Решение задачи. Рассмотрим решение задачи определения углового положения при использовании следующего приборного состава: однобазовый интерферометр, навигационный блок, три ДУС, БЦВК.

Проведено моделирование определение углового положения КА с использованием однобазового интерференционного метода угловой ориентации КА для случая с исходными данными в табл. 1, табл. 2, табл. 3.

Таблица 1

Параметры антенн радиомаяков и целевого КА

Наименование Значение

Ширина ДН радиомаяка, град 50

Ширина ДН антенны 1 целевого КА, град 120

Ширина ДН антенны 2 целевого КА, град 120

Частота несущей сигнала (для определения фазового сдвига в антеннах 1,2), ГГц

1,57542 Координаты антенны 1,2 целевого КА в ССК, м

X Y Z

0

±0,5 0 Математическое ожидание ошибки фазы (доля от периода несущей), антенна 1

0 Математическое ожидание ошибки фазы (доля от периода несущей), антенна 2

0 Минимальный угол между базами в двух последовательных пеленгах, град.

20 Минимальный угол между радиомаяками относительно целевого КА в двух последовательных пеленгах, град

20

Наименование 10

Продольные оси антенн целевого КА ориентированы вдоль оси X ССК

В таблице обозначено ДН – диаграмма направленности.

Точность решения навигационной задачи на борту целевого КА имеет следующие значения ³_X ³_Y ³_Z ¹⁰⁰м. Угловая скорость целевого КА в проекциях на оси ССК относительно БСК имеет следующие значения:

ñ 5ãðàä zÑÑÊ

ÑÑÊ w wy xÑÑÊ

w    .

Параметры движения радиомаяков представлены в табл. 2. Оси антенн радиомаяков ориентированы к центру Земли.

Таблица 2

Параметры орбиты радиомаяков

a e i Ω w Θ

км град. град. град. град.

1 2 3 4 5 6

26561.237058 0.011874 54.473 238.844 327.026 7.598 26559.763979 0.020885 56.279 298.803 68.505 59.138 26560.532469 0.021693 56.245 351.774 298.237 109.599 26560.627890 0.017567 56.388 353.315 92.800 296.298 26560.566205 0.011126 55.072 48.142 89.684 130.330 26558.634361 0.010034 53.710 173.752 49.423 238.832 26561.132295 0.007341 53.831 110.507 330.428 174.361 26561.088868 0.015449 53.442 106.116 68.357 68.543

3150

26560.209047 0.011303 54.142 234.981 42.745 192.097 26560.182763 0.004955 56.423 299.155 115.682 107.322 26559.757833 0.012322 57.172 359.574 189.659 297.801 26560.732376 0.013004 50.890 158.065 60.118 343.882 26560.528417 0.004897 53.244 231.245 73.379 241.580 26558.740058 0.017870 56.176 56.731 254.898 170.601 26561.262271 0.006417 56.014 297.620 241.514 118.910 26559.233150 0.013483 53.214 234.325 235.614 219.432 26559.802961 0.006217 53.084 234.519 244.168 174.559 26562.133886 0.006564 56.272 56.345 359.787 190.244 26560.604295 0.019209 53.349 174.091 231.292 280.457 26557.916864 0.008428 55.089 118.910 9.777 89.511 26558.360542 0.007993 54.954 294.621 187.895 66.287 26559.347583 0.011239 53.765 172.785 200.847 58.155 26562.273895 0.007319 55.248 115.876 228.354 136.688 26558.712313 0.007678 56.184 354.955 310.701 333.636 26561.935565 0.004098 56.221 55.303 3.728 321.477 26557.799910 0.004390 54.109 292.564 1.981 92.389 26558.810432 0.002200 55.276 116.368 296.129 296.290 26561.049807 0.005568 55.897 354.786 185.948 338.892 26562.071926 0.002639 54.437 233.746 11.280 178.369 26559.309107 0.001763 55.576 53.348 43.394 247.230 Продолжение таблицы 2

1 2 3 4 5 6

26561.406217 0.000874 54.993 173.593 15.769 4.250 26561.406217 0.000874 54.993 173.593 15.769 4.250 Таблица 3

Начальные параметры движения ц.м. целевого КА

p u i w Ω e

м град. град. град. град.

6978137 0.03519 90.0 323.6563 243.7576 0.0

В табл. 2, табл. 3 использованы Кеплеровы параметры орбиты

В табл. 4 приведены результаты точности предлагаемого метода в зависимости от погрешности интерферометра

Таблица 4

Оценка точности определения углового положения КА





 



_ 2

002 , 0 3

0 ) t ( ) t ( ) t

( ₀  ₀  ₀ 







 

 



 





 _ 2

001 , 2 0 001 , 0 3

0 ) t ( ) t ( ) t

( ₀  ₀  ₀ 







 

 



 





 _ 2

001 , 2 0 001 , 0 3

0 0 0

0) (t ) (t ) 45 t

(   



i, град , град i, град , град i, град , град

5 1,66E-01 5 9,19E-02 5 1,45E-01

45 3,57E+00 45 3,43E+00 45 6,37E-02

75 1,48E-01 75 8,94E-02 75 1,74E-01

90 2,62E-01 90 1,68E-01 90 -

135 1,15E-01 135 6,07E-02 135 4,35E-01

175 4,55E-01 175 2,32E-01 175 1,77E-01

В таблице приняты следующие обозначения: 19 см - длинна волны несущей;  - плоский угол ошибки разворота из оценочного положения в точное; i – наклонение орбиты целевого КА; 3_ - 3 ошибки фаз; (t₀)(t₀)(t₀) - начальные углы ориентации.

3151

Выводы В результате выполненной работы установлены общие принципы решения задачи определения углового положения КА, заключающиеся в построении двух неколлинеарных направлений в двух системах координат БСК и ССК. Показано, что однобазовый интерференционный метод определения углового положения КА можно отнести к методам средней точности, что позволяет решать задачу определения угловой ориентации КА в случае выхода из строя одной из двух баз антенн.

Список использованных источников

1.Навигация и управление ориентацией малых космических аппаратов: монография / Д.В. Лебедев, А.И. Ткаченко ; НАН Украины, Междунар. НУЦ информ. технологий и систем. — К.: Наук. думка, 2006. — 298 с. — Библиогр.: с. 288-296. — рус.;

2.Использование системы NAVSTAR для определения угловой ориентации объектов./

В.Н. Абросимов, В.И. Алексеева, Ю.А. Гребенко и др. // Зарубежная радиоэлектроника. 1989.

№ 1. С. 46-53.

3.Пат. 2122217 Рос. Федерация, МПК G01S5/02. Способ угловой ориентации объектов по радионавигационным сигналам космических аппаратов (варианты)/ Алешечкин А.М., Фатеев Ю. Л., Чмых М. К.; заявитель и патентообладатель Красноярский государственный технический университет - № 97107921/09; заявл. 15.05.1997; опубл. 20.11.1998 – 12 с..

УДК 678-419.8:004.9

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НЕСПЛОШНОСТЕЙ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПКМ.

КРИТЕРИЙ АДАПТИВНОЙ ОЦЕНКИ КРИТИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ НЕСПЛОШНОСТИ НА ПРОЧНОСТЬ ИЗДЕЛИЯ

Деревянко Игорь Игоревич E-mail: Igoreshke@mail.ru

Аспирант Днепропетровского Национального университета им. О.Гончара, Днепропетровск, Украина

Научный руководитель – В.П. Малайчук

Перспективы развития ракетно-космической отрасли в значительной степени связаны с использованием новых материалов и применением передовых технологий. Конец 20-го и начало 21-го века отмечены все более широким применением в конструкциях ракетоносителей полимерных композиционных материалов (ПКМ), и как следствие, появлением новых технологий изготовления и методик контроля высокоэффективных изделий на их основе.

Объект исследования - технологически сложная конструкция межступенного отсека (МСО) ракетоносителя «Циклон-4», выполненная в виде обратного усеченного конуса высотой 4014 мм с диаметром нижнего основания 3000 мм, а верхнего – 3980 мм (рисунок 1). Корпус МСО из ПКМ состоит из оболочки, верхнего и нижнего стыковочных шпангоутов, в местах размещения разрывных болтов в верхний стыковочный шпангоут вклеены углепластиковые фитинги с вклеенными стальными опорными пластинами и втулками. Описание конструктивно-технологических решений применения углепластиков в опытном МСО, представлено в работах [1, 2].