journal polyot 2016.02-03

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03

http://slidepdf.com/reader/full/journal-polyot-201602-03 1/80

2–32016

Îáùåðîññèéñêèé íàó÷íî-òåõíè÷åñêèé æóðíàë

ÀÂÈÀÖÈß ÊÎÑÌÎÍÀÂÒÈÊÀÐÀÊÅÒÍÀß ÒÅÕÍÈÊÀ

Орган Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковскогои Академии наук авиации и воздухоплавания

© ООО "Машиностроение – Полет", 2016

Журнал входит в перечень утвержденных ВАК РФ изданий для публикации трудов соискателей ученых степеней .

Мнение редакции не всегда совпадает с точкой зрения авторов статей.

За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламо-

датель. Плата с аспирантов за публикацию статей не взимается .

Требования к оформлению предоставляемых авторами рукописей

приведены на сайте http://fondserebrova.ru/index.php/zhurnal-polet

Адрес редакции: 107076, Москва, Стромынский пер., 4

Телефон: 8 (499) 269-54-97; 8-926-916-03-58

Адрес электронной почты: [email protected]

Адрес в интернете: http://fondserebrova.ru/index.php/zhurnal-polet

СОДЕРЖАНИЕ

Ж ó рнал выходит ежемесячноВыпó сê ается с авãó ста 1998 ã.

Александров А.П., Бронников С.В., Иваненко Н.В., Исаев Г.Ф.,

Калери А.Ю., Шевченко Л.Г. Анализ ошибок экипажа пилоти-

руемого космического аппарата . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Матюшин М.М., Соколов Н.Л., Овечко В.М., Поливников В.М.Проектирование рациональных схем распределения средствуправления при эксплуатации крупномасштабных орбитальныхгруппировок космических аппаратов . . . . . . . . . . . . . . 10

Долженков Н.Н., Воронов В.В. Беспилотный самолет внеаэро-

дромного базирования: технические решения и реализация . 17

Бармин И.В., Лящук Б.А. Российской академии космонавтикиимени К.Э. Циолковского — 25 лет . . . . . . . . . . . . . . . 23

Константинов М.С., Тейн М. Оптимизация перелета космиче-

ского аппарата с электроракетной двигательной установкой к Юпитеру . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Аксёнов О.Ю., Олейников И.И., Вениаминов С.С., Дедус Ф.Ф.,

Пырин В.В., Степанов И.Б., Астраханцев М.В. Изменение со-става космических объектов в околоземном космическом про-

странстве по итогам 2015 года . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Хрулин С.В. Особенности задания компонент аэродинамическогодемпфирующего момента в уравнениях динамики полета раз-личных снарядов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Бомштейн K.Г. Возрастающая роль CALS-технологий в реше-

нии задач авиационной и ракетной промышленности . . . . . 54

Зиненков Ю.В., Луковников А.В., Слинко М.Б. Методика фор-

мирования технического облика и оценки эффективности силовойустановки высотного беспилотного летательного аппарата . . . . 66

Г.В. НОВОЖИЛОВ – Главный редактор (авиация),академик РАНА.С. КОРОТЕЕВ – Главный редактор (ракетнаятехника и космонавтика), академик РАН, профессор

Членыредакционной

коллегии А. А. АЛЕКСАНДРОВ,

д.т.н., проф.

А.П. АЛЕКСАНДРОВ,

к .т.н., летчик -космонавт

Б.С. АЛЕШИН,

чл.-кор. РАН

Б.В.БАЛЬМОНТ,

академик РАКЦ

В.Г. ДМИТРИЕВ,


Б.И.КАТОРГИН,

академик РАН, проф.

А. А.ЛЕОНОВ,

к .т.н., летчик -космонавт

А.М.МАТВЕЕНКО,


С.В.МИХЕЕВ,

академик РАН

Н.Ф.МОИСЕЕВ, к .т.н.

М. А.ПОГОСЯН,


И.Б.ФЕДОРОВ,


Е. А.ФЕДОСОВ,


В.В.ХАРТОВ,


С.Л.ЧЕРНЫШЕВ,

чл.-кор. РАН, проф.

Редактор-организаторО.С. РОДЗЕВИЧ

Редакционный совет

А.М.МАТВЕЕНКО,

председатель редсовета,академик РАН, проф.

О.М. АЛИФАНОВ,


И.В.БАРМИН,


В.Е.БАРСУК, д.т.н.

В.Ф.БЕЗЪЯЗЫЧНЫЙ,


О.Ф.ДЕМЧЕНКО, к .э.н.

Н.Н.ДОЛЖЕНКОВ, д.т.н.

С.Ю.ЖЕЛТОВ,


Л.М.ЗЕЛЕНЫЙ,академик РАН, проф.

А.Н.КИРИЛИН, д.т.н.

В. А. КОМАРОВ, д.т.н., проф.

А. А.КОРОТЕЕВ,


С.Б.ЛЁВОЧКИН, д.т.н.

Л.Н.ЛЫСЕНКО,


А.П.МАНИН, д.т.н.

К.М.ПИЧХАДЗЕ,


С.С.ПОЗДНЯКОВ, инж.

Ю. А.РЫЖОВ,


В.Г. СВЕТЛОВ, д.т.н.

А.Н.СЕРЬЕЗНОВ, д.т.н.

В.П.СОКОЛОВ,


В. А.СОЛОВЬЕВ,

чл.-кор. РАН, проф.,

летчик -космонавт

В.В. ШАЛАЙ, д.т.н., проф.

В. А.ШАТАЛОВ,

летчик -космонавт

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


2–32016

All-Russian Scientific-Technical Journal

AVIATION COSMONAUTICSROCKET TECHNOLOGY

Journal of Russian Academy of Cosmonautics named affer K.E. Tsiolkovskyand Academy of Aviation and Aeronautics Sciences

The journal is issued monthly Published since August 1998

Alexandrov A.P., Bronnikov S.V., Ivanenko N.V., Isaev G.F., Ka-

leri A.Yu., Shevchenko L.G. Manned Spacecraft Crew Errors Ana-

lysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Matiushin M.M., Sokolov N.L., Ovechko V.M., Polivnikov V.M.Designing Rational Allocation Schemes Of Control Facilities For The

Operation Of Large-Scale Orbital Spacecraft Constellations . . . . 10

Dolzhenkov N.N., Voronov V.V. The Unmanned Vertical Take Off

And Landing Airplane: Design Approach And Implementation . . . 17

Barmin I.V., Liashchuk B.A. The Russian Academy Of Cosmonautics

Named After K.E. Tsiolkovsky — 25 Years . . . . . . . . . . . . . 23

Konstantinov M.S., Thein M. Optimization Of The Trajectory To Jupiter

Of Spacecraft With Electric Rocket Propulsion System . . . . . . . 30

Aksenov O.Yu., Oleinikov I.I., Veniaminov S.S, Dedus F.F., Py-

rin V.V., Stepanov I.B., Astrakhantsev M.V. Changes In The Com-

position Of Near-Earth Space Objects At The End Of 2015. . . . . 38

Khrulin S.V. Features Of Defining Components Of AerodynamicDamping Moment In Flight Dynamics Equations For Various Projec-

tiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Bomshtein K.G. The Increasing The Part Of CALS-Technologies In

Atacking Problems Of Aviat ion And Missile Industry . . . . . . . . 54

Zinenkov Yu.V., Lukovnikov A.V., Slinko M.B. Technical Shape

Formation And Of Estimation Of Effectiveness Of Power Plant Of

High-Altitude Unmanned Aerial Vehicle . . . . . . . . . . . . . . . 66

The journal is in the list of editions, authorized by the SupremeCertification Committee of the Russian Federation to publish the works

of those applying for a scientific degree.

Viewpoints of authors of papers do not necessarily represent

the Editorial Staff’s opinion.

Post-graduates have not to pay for the publication of articles.

Features required of author manuscript desing are available

at Internet Site http://fondserebrova.ru/index.php/zhurnal-polet

Address of the editorial office: 107076, Moscow, Stromynsky per., 4

Phone: 8 (499) 269-54-97; 8-926-916-03-58

E-mail address: [email protected]

Internet address: http://fondserebrova.ru/index.php/zhurnal-polet© Ltd Co "Mashinostroenie – Polyot", 2016

CONTENTSG.V. NOVOZHILOV –

Editor-in-Chief (Aviation), Acad., RAS

A.S. KOROTEYEV –

Editor-in-Chief (Rocket Technology

and Cosmonautics), Acad., RAS, Prof.

Board

Members of Editorial A.A. ALEKSANDROV,

Dr. Sci. (Eng.)

A.P. ALEKSANDROV,

Cand. Sci. (Eng.), Prof.,

Pilot-Cosmonaut

B.S. ALESHIN,

Corresp. Member, RAS

B.V. BALMONT,

Member, RACTs.

V.G. DMITRIYEV,


B.I. KATORGIN,

Acad., RAS, Prof.

A.A. LEONOV,

Cand. Sci. (Eng.),

Pilot-Cosmonaut

A.M. MATVEYENKO,

Acad., RAS, Prof.

S.V. MIKHEYEV,

Acad., RAS

N.F. MOISEEV,

Cand. Sci. (Eng.)

M.A. POGOSYAN,

Acad., RAS, Prof.

I.B. FEDOROV,

Acad., RAS

E.A. FEDOSOV,

Acad., RAS, Prof.

V.V. KHARTOV,

Dr. Sci. (Eng.), Prof.

S.L. CHERNYSHEV,

Corresp. Member, RAS, Prof.

Editor Organizer

O.S. RODZEVICH

Members

of Edittorial Committee A.M. MATVEYENKO,

Chair of Edit. Committee

O.M. ALIFANOV,


I.V. BARMIN,


V.E. BARSUK, Dr. Sci. (Eng.)

V.F. BEZYAZYCHNYI,


O.F.DEMCHENKO,

Cand. Sci. (Econ.)

N.N. DOLZHENKOV,

Dr. Sci. (Eng.)

S.Yu. ZHELTOV,


L.M. ZELENY, Acad., RAS, Prof.

A.N. KIRILIN, Dr. Sci. (Eng.)

V.A. KOMAROV,


A.A. KOROTEYEV, Acad., RAS

S.B. LYOVOCHKIN,

Dr. Sci. (Eng.)

L.N. LYSENKO,


A.P. MANIN, Dr. Sci. (Eng.)

K.M. PICHKHADZE,


S.S.POZDNYAKOV, Eng.

Yu.A. RYZHOV,

Acad., RAS, Prof.

V.G. SVETLOV, Dr. Sci. (Eng.)

A.N.SERYOZNOV,

Dr. Sci. (Eng.)

V.P.SOKOLOV,


V.A.SOLOV'EV,

Corresp. Member, Prof., RAS,

Pilot-Cosmonaut

V.V. SHALAY,


V.A.SHATALOV,

Pilot-Cosmonaut

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


3

2–3. 2016

УДК 629.7

œ˝ÍÔÊÙ ÓÌÊ¬Óˆ ùˆÊÎÍ≈Í

ÎÊÔÓÚÊÏÈ¯˙Ó˘Ó ˆÓÁ˙Ê¸¯ÁˆÓ˘Ó ÍÎÎÍÏÍÚÍ АЛЕКСАНДРОВ Александр Павлович — советник президента РКК " Энергия ", летчик -космонавт, кандидат техн . наук ;

БРОННИКОВ Сергей Васильевич — начальник отделения РКК " Энергия ", кандидат техн . наук ; ИВАНЕНКО Наталья

Валерьевна — ведущий инженер РКК " Энергия "; ИСАЕВ Геннадий Федорович — ведущий инженер РКК " Энергия ";

КАЛЕРИ Александр Юрьевич — инструктор-космонавт-испытатель — руководитель Научно-технического центра

РКК " Энергия "; ШЕВЧЕНКО Лев Григорьевич — начальник отдела РКК " Энергия "

E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected];[email protected]; [email protected]

ффеê тивность полета пилотир ó емоãо ê ос-мичесê оãо аппарата (ПКА ) определяется

деятельностью эê ипажа [1] и во мноãом

зависит от интенсивности ошибоê эê ипажа [2—4].Вследствие снижения интенсивности потоê аошибоê эê ипажа повышается надежность и

безопасность выполнения проãраммы полета. Анализ ошибоê эê ипажей КА впервые начал

выполняться в 1977 ã. при ос ó ществлении про-ãраммы полета орбитальной станции (ОС)

"Салют-6". Методиê а анализа ошибоê эê ипажанеодноê ратно модифицировалась при анализе

работы эê ипажей ОС "Салют-7", "Мир".В настоящее время эта методиê а применяется

для анализа деятельности эê ипажей Межд ó на-родной ê осмичесê ой станции (МКС). При этом

использ ó ется след ó ющая терминолоãия.ГОГУ — ã лавная оперативная ãр ó ппа ó прав-

ления, или, что то же самое, оперативный пер-сонал Центра ó правления полетом (ЦУП), яв-

ляющийся р óê оводящим орãаном автоматизи-рованной системы ó правления полетом.

Р óêоводящие óêазания — это правила, оãра-ничения, инстр óê ции, методиê и, приведенные

в ê онстр óê торсê ой доêó ментации, радиоãраммах ,переãоворах эê ипажа с ГОГУ , стандартах , заê онах

и др óãих доêó ментах , относящихся ê деятель-ности эê ипажа пилотир ó емоãо ê осмичесê оãо

аппарата (КА ).Нормативная деятельность — это деятель-

ность эê ипажа, предписанная должностнымиобязанностями эê ипажа, планом полета и р óê о-водящими óê азаниями.

Замечание êдействиям эêипажа — зареãистри-рованное в оперативной доêó ментации ГОГУ

или в заê лючении аварийной ê омиссии отê ло-нение процесса полета или состояния ê осмиче-сê оãо аппарата от номинальноãо, вероятной

причиной ê отороãо является ошибочное дейст-вие эê ипажа.

Рассматривается методиêа анализа ошибоê эêипажа êосмичесêоãо аппарата. Определены цели и стр óêт ó ра,основные этапы и содержание анализа, а таêже возможные причины ошибоê. Приводятся ã рафиêи интенсивности

потоêа ошибоê для различных орбитальных станций.

Ключевые слова: ошиб êа эêипажа êосмичесêоãо аппарата; причины ошибоê; ã рафиê интенсивности потоêа ошибоê.

A.P. Alexandrov, S.V. Bronnikov, N.V. Ivanenko, G.F. Isaev, A.Yu. Kaleri, L.G. Shevchenko. Manned Space-craft Crew Errors Analysis

The technology of spacecraft crew error is discribed. We give analysis objective, structure of analysis process, the main stagesand their content, possible causes of errors. Error flow rate graphs for different space orbital stations.

Keywords: spacecraft crew error; causes of errors; error flow rate graph.

Э

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


4

Ошибочное действие ( ошиб êа ) эêипажа — это

действие эê ипажа, ê оторое выполнено с отê ло-нениями от р óê оводящих óê азаний, например

от бортовой инстр óê ции: невыполнение, не-

своевременная выдача или выдача неправиль-ноãо ó правляющеãо воздействия, ó правление

ê аê им- либо параметром с точностью х ó же за- данной в методиê е ó правления, выход ê ачест-венных поê азателей деятельности за пределы

заданных параметров.

Нар óшение — сознательное невыполнение

р óê оводящеãо óê азания.

Полетная операция — это элемент проãрам-мы полета, направленный на выполнение по-

летной задачи.

Полетная процед ó ра — взаимосвязанная по-следовательность действий, направленная на

выполнение ê аê ой- либо полетной задачи.

Система — это элемент КА (бортовая систе-ма, подсистема, аãреãат, прибор и т.п.).

Последствие — это отрицательный рез ó льтат

(ó щерб) ошибочноãо действия, например выход

из строя обор ó дования, сверхнормативный рас-ход бортовых рес ó рсов (рабочеãо тела, элеê тро-энерãии, полетноãо времени), потеря информа-

ции, рез ó льтатов ê осмичесê их эê спериментов,снижение надежности или безопасности.

Причина — это фаê тор (предпосылê а), ê ото-рый привел ê ошибочном ó действию.

Цели и задачи анализа. Целью анализа оши-боê эê ипажа является повышение эффеê тив-ности полета, надежности и безопасности КА иэê ипажа п ó тем разработê и и реализации меро-приятий по профилаê тиê е ошибочных дейст-вий в б ó д ó щем.

Задачами анализа ошибочных действий яв- ляются:

сравнение реальной и нормативной де- ятельности, выявление отê лонений;

выявление и оценê а последствий ошибоч-ных действий;

выявление причин, вызвавших ошибочное

действие;

разработê а и реализация мероприятий по

предотвращению ошибочных действий.

Основные положения методиê и. Анализ де- ятельности и выявление ошибочных действий

проводится для эê ипажа в целом. Оценê а ê аж - доãо члена эê ипажа не является целью данноãо

анализа.По рез ó льтатам анализа замечание может

быть отê лонено, признано ошибочным дейст-вием (ошибê ой) или нар ó шением.

Анализ причин нар ó шений не является

предметом рассмотрения данноãо доêó мента.

Специалисты РКК "Энерãия" [5] орãаниз ó ют

работы по анализ ó ошибоê эê ипажа, обеспечи-вают сбор информации, необходимой для ана-

лиза, вып ó сê ают соответств ó ющ ó ю ê онстр óê-торсêó ю доêó ментацию, привлеê ают ê проведе-нию анализа соответств ó ющих специалистов

смежных предприятий, разрабатывают заê лю-чения и отчеты по рез ó льтатам анализа.

В ê ачестве эê спертов для анализа процесса

подãотовê и эê ипажей привлеê аются специалис-ты Центра подãотовê и ê осмонавтов [6], для ана-

лиза ф ó нê циональноãо состояния эê ипажа —специалисты Инстит ó та медиê о-биолоãичесê их

проблем РАН [7] и др óãих орãанизаций, ó част-в ó ющих в обеспечении полета ПКА .

При анализе ошибоê эê ипажей в процессеполета использ ó ется эê спертный метод. К работе

по анализ ó ошибоê привлеê аются разработчи-ê и КА , опытные ê осмонавты, специалисты по

проеê тированию деятельности и подãотовê е эê и-пажа, инстр óê торы эê ипажа, специалисты по

медицинсê ом ó обеспечению эê ипажа в полете.В анализе ó частв ó ет эê ипаж , доп ó стивший

ошибêó. Во время полета обмен информацией

с эê ипажем ос ó ществляется по ê аналам связи.После полета оê ончательное обс ó ждение оши-

боê эê ипажа проводится на совещании по ито-ãам полета в Центре подãотовê и ê осмонавтов.

Реê омендации и мероприятия по рез ó льта-там анализа ошибочных действий направлены

на совершенствование элементов ê осмичесê о-ãо ê омплеê са, ê оторые оê азывают влияние на

надежность работы эê ипажа. К ним относятся

система подãотовê и ê осмонавтов, бортовое

обор ó дование, эê спл ó атационная доêó мента-ция, полетные процед ó ры, процесс ó правления

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


5

2–3. 2016

полетом, варианты распреде- ления ф ó нê ций межд ó эле-ментами системы ó правления

полетом.

Стр óê т ó ра процесса ана- лиза замечания ê работе эê и-пажа приведена на рис. 1.

Реãистрация замечания исбор информации. Замечание ê работе эê ипажа может быть

инициировано специалиста-ми по ó правлению полетом в

сл ó чае, если, по их мнению,имеется отê лонение работы

эê ипажа от нормативной де-

ятельности при эê спл ó атациибортовых систем, выполне-нии ê осмичесê их эê спери-ментов, планировании и под-ãотовê е ê выполнению работ.

Специалист по анализ ó деятельности эê ипажа, вхо- дящий в состав ГОГУ , ос ó-ществляет реãистрацию заме-чания в " Ж ó рнале ó чета заме-чаний ê эê ипаж ó" (табл. 1).

Информация, использó емаяпри анализе замечаний ê рабо-

те эê ипажа. Основными ис-точниê ами информации при

анализе замечаний и ошибоê являются:

бортовые инстр óê ции;радиоãраммы;

детальный план полета (на с ó тê и);оперативный план сопровождения (на неделю);а ó диозаписи переãоворов с эê ипажем;

а ó диозаписи цирêó ляров связи ЦУП;ê онстр óê торсê ая доêó ментация на КА ; ó правляющая информация, выданная из ЦУП

на КА (разовые ê оманды, массивы ó правляю-щей информации);

телеметричесê ая информация о состоянии

бортовых систем; доêó ментация по подãотовê е эê ипажей (про-

ãрамма подãотовê и, методиê и и отчеты по подãо-товê е).

Описание замечания. Каждое замечание опи-сывается след ó ющими переменными, ê оторые

определяются по выражению

O = {T , P , S , C },ã де Т — временная информация; Р — элемент

проãраммы полета; S — стр óê т ó ра изделия; C —последствия.

Временная информация — это множество

след ó ющих данных :

T = {t 1, t 2, t 3, t 4},

ã де t 1 — дата; t 2 — номер с ó тоê полета; t 3 — время;t 4 — номер витê а.

Таблица 1Реãистрация замечания в " Ж ó рнале ó чета замечаний ê эê ипаж ó"

Наименование Содержание Номер ê олонê и

№/№ п/п Номер основной эê спедиции / номер замечания по порядêó

1

Дата Дата реãистрации замечания 2

Система Система, с ê оторой работал эê ипаж 3

Содержание замечания

С ó ть предъявленноãо замечания ê действиям эê ипажа

4

Мероприятия по заê рытию

Отê лонение замечания, принятие стат ó са оши-бочноãо действия, вып ó сê заê лючения на оши-бочное действие эê ипажа (при необходимости)

5

Примечания По мере необходимости 6

РеãистрацияНештатнаясит ó ация,замечаниеê работеэê ипажа

замечанияи сбор

информации

Описаниезамечания

Анализзамечания

Анализф ó нê циональноãо

состояния

Анализподãотовê и

Анализэрãономичности

элементовизделия

Анализинформационно-

методичесê оãообеспечения

Определениепричин

Анализпоследствий

Разработê амероприятийпо профилаê тиê е

Конецанализа

Замечаниеотê лонено

Ошибê аэê ипажа

Рис. 1. Стрóê тó ра процесса анализа ошибочноãо действия

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


6

Элемент проãраммы полета — это наимено-вание выполняемоãо режима, эê сперимента

или операции.Переменная "элемент проãраммы полета"

может принимать след ó ющие значения:

P = {ТЭ, ТЭД, КЭ, МО, ВКД, РВР, ВЭ},

ã де ТЭ (техничесê ая эê спл ó атация) — операции,пред ó смотренные р óê оводящими инстр óê тив-ными материалами (бортовыми инстр óê циями,радиоãраммами, óê азаниями ГОГУ ) по эê спл ó ата-ции штатных систем КА и их профилаê тичесê ом ó обсл ó живанию; ТЭД (техничесê ая эê спл ó ата-ция с динамиê ой) — полетные операции, свя-занные с изменением параметров движения КА

(например, сближение, стыê овê а, перестыê овê а,сп ó сê); КЭ (ê осмичесê ие эê сперименты) — опе-рации по выполнению ê осмичесê их эê спери-ментов и профилаê тичесê ом ó обсл ó живанию

на ó чной аппарат ó ры; МО (медицинсê ое обеспе-чение) — операции по выполнению медицин-сê оãо обеспечения и профилаê тичесê ом ó об-сл ó живанию медицинсê ой аппарат ó ры; ВКД

(внеê орабельная деятельность) — работы в отê ры-том ê осмосе; РВР (ремонтно-восстановительные

работы) — операции по обеспечению или вос-

становлению работоспособности систем КА ;ВЭ — восстановление работоспособности эê и-пажа (отдых ).

Переменная "стр óê т ó ра изделия" — это наиме-нование КА , бортовой системы, подсистемы,прибора или обор ó дования, при работе с ê ото-рыми доп ó щена ошибê а:

S αijk = {mα, ai , b j , ck },

ã де mα — наименование мод ó ля КА , α = 1, ..., N ;ai — наименование бортовой системы, i = 1, …,N α;

b j — наименование подсистемы, j = 1, ..., N ai ;k — наименование блоê а (прибора, аãреãата

и т.п.), k = 1, ..., N aij ; N — ê оличество мод ó лей

КА ; N ai — ê оличество подсистем в i -й системе;N aij — ê оличество блоê ов в j -й подсистеме i -й

системы.На одном мод ó ле пилотир ó емоãо КА ê оли-

чество систем, подсистем может составлять до

несê ольê их десятê ов, а число приборов (аãреãа-тов) — до несê ольê их сотен.

Если в рез ó льтате анализа информации под-тверждается отê лонение фаê тичесê ой деятель-ности эê ипажа от нормативной, данное замеча-ние ê лассифицир ó ется ê аê ошибочное действие.

В противном сл ó чае замечание отê лоняется. Анализ ошибê и. При анализе ошибочных дей-

ствий эê ипажа в ê ачестве причин R рассматри-ваются:

R = {И, О, П, С, М},

ã де И — несовершенство ПКА ; О — недостатê ив орãанизации деятельности; П — недостатê и вподãотовê е; С — неблаãоприятное ф ó нê циональ-ное состояние; М — недостатê и информацион-но-методичесê оãо обеспечения деятельности.

При выполнении анализа рассматриваютсявсе возможные причины возниê новения оши-бочноãо действия, таê ê аê оно часто совершает-ся под воздействием несê ольê их фаê торов.

Анализ техничесêих средств ПКА. К недостат-ê ам техничесê их средств ПКА , ê оторые моã ли

явиться предпосылê ой ошибê и, относятся не-исправность обор ó дования, несовершенство ê он-стр óê ции и ê омпоновê и, бортовой лоãиê и ó п-равления, рабочеãо места, системы отображения

информации, недостатê и бортовых инстр óê ций,

средств связи, ê одирования и марê ировê и обор ó- дования, средств деятельности, средств фиê са-ции ê осмонавта и обор ó дования, параметров сре-

ды, ó словий деятельности, быта и отдыха и т.п. Анализ орãанизации деятельности. Возможны

след ó ющие недостатê и орãанизации эê ипажем

собственной деятельности: недостаточный вза-имный ê онтроль и самоê онтроль, неправильное

распределение ф ó нê ций межд ó членами эê ипажа.Это способствов ó ет возниê новению сл ó чайной

ошибê и типа невыполнения требований инст-

р óê ций, радиоãрамм, нар ó шения временнойциê лоãраммы выполнения работ и т.п.

Анализ подãотовêи. Деятельность эê ипажа

должна соответствовать требованиям ê подãотов-ê е эê ипажа, а ó чебно-тренировочные средства,применявшиеся при подãотовê е, — реальном ó изделию. Анализ подãотовê и вê лючает анализ

методичесê их , справочных , техничесê их средств

подãотовê и, ó чебных материалов, планов и

проãраммы подãотовê и, а таê же оценêó содер-

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


7

2–3. 2016

жания теоретичесê их и праê тичесê их занятий и ó ровня подãотовленности эê ипажа.

В рез ó льтате анализа моãó т быть ó становле-ны, например, недостаточный объем теорети-

чесê ой или праê тичесê ой подãотовê и (или ееотс ó тствие), несоответствие тренажерной базы

реальном ó изделию, потеря навыê ов вслед-ствие большоãо промеж ó тê а времени межд ó оê ончанием подãотовê и и моментом решения

полетных задач и т.п.

Анализ ф óнêциональноãо состояния. Прово- дится анализ режима тр ó да и отдыха эê ипажа,а таê же медицинсê ой информации, пол ó чае-мой во время полета.

В рез ó льтате анализа может быть ó станов- лено, что работа проводилась, например, на фо-не адаптации ê невесомости, ó сталости после на-пряженной работы и недостаточноãо отдыха,вследствие изменения режима тр ó да и отдыха всоответствии с проãраммой полета и т.п.

Анализ информационно- методичесêоãо обеспе-

чения проводится в целях обнар ó жения недостат-ê ов (например, ошибоê) радиоãрамм, методиê выполнения полетных процед ó р и эê сперимен-тов, процесса взаимодействия специалистов

ГОГУ с эê ипажем, плана работы эê ипажа, при-нятоãо распределения ф ó нê ций межд ó членами

эê ипажа, орãанизации ê онтроля ГОГУ за по-следовательностью и полнотой проводимых ра-бот эê ипажем и т.п.

Определение причин. Выявленные в рез ó льтате

проведенноãо анализа причины обс ó ждаются иранжир ó ются эê спертами. Оê ончательный вы-вод делается с ó четом мнения эê ипажа, доп ó с-тившеãо ошибêó.

Если эê сперты и эê ипаж не приходят ê ê он-

сенс ó с ó относительно причин ошибоê, то мне-ние эê ипажа фиê сир ó ется в вып ó сê аемых доêó-ментах , в том числе в заê лючительном отчете.

Классифиêация последствий ошибочных дейст-

вий эêипажа. Последствия ошибочных действий

эê ипажа ê лассифицир ó ются след ó ющим образом:

C = {C p, C п},

ã де С р = {НС, МС, С, ОС} — реальные послед-ствия;С п = {Сп, ОСп} — потенциальные послед-

ствия; НС (нес ó щественные) — ошибê и, не по-влиявшие на безопасность эê ипажа, выполнение

проãраммы полета, эффеê тивность эê спл ó ата-ции орбитальной станции, транспортных пило-

тир ó емых и ãр ó зовых ê ораблей, и не приведшиеê ó х ó дшению ф ó нê циональноãо состояния эê и-пажа; МС (малос ó щественные) — ошибê и, со-вершенные в процессе работы и приведшие ê повторению выполнения работы, дополнитель-ным затратам времени эê ипажа, наземноãо пер-сонала, не повлиявшие на выполнение с ó точной

проãраммы полета, не приведшие ê сверхнор-мативном ó расход ó бортовых рес ó рсов, нар ó ше-нию режима тр ó да и отдыха эê ипажа; С (с ó ще-ственные) — ошибê и, приведшие ê проп ó сêó работ, срыв ó полетных операций, режимов или

эê спериментов, проãраммы несê ольê их витê ов

или одних с ó тоê, приведшие ê незапланирован-ном ó расход ó бортовых рес ó рсов (рабочеãо тела,элеê троэнерãии, полетноãо времени и др.), потере

информации, незначительном ó повреждению

аппарат ó ры, потребовавшеãо в дальнейшем на-стройê и или небольшоãо ремонта, но без с ó ще-ственной ê орреê тировê и проãраммы полета, ó х ó дшения ф ó нê циональноãо состояния эê ипажа;

ОС (очень с ó щественные) — ошибê и, привед-шие ê невыполнению значительной части про-ãраммы полета, представляющие реальн ó ю óãроз ó безопасности эê ипажа и работоспособности

станции, приведшие ê выход ó из строя бортовых

систем или части КА , потребовавшие замены иремонта вышедшей из строя аппарат ó ры, с ó щест-венной ê орреê тировê и проãраммы или досроч-ноãо преê ращения полета, значительно ó х ó д-шившие ф ó нê циональное состояние эê ипажа;Сп —потенциально с ó щественные ошибê и;ОСп —потенциально очень с ó щественные ошибê и.

Разработê а мероприятий по профилаê тиê е.

Содержание мероприятий по профилаê тиê е оп-ределяется хараê тером и причинами ошибоч-ных действий. Мероприятия разрабатываются

по след ó ющим основным направлениям:

ê орреê тировê а ê онстр óê торсê ой доêó мен-тации (инстр óê ций, методиê и т.п.);

доработê а КА ;

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


8

доработê а ó чебно-тренировочных средств

подãотовê и эê ипажей;проведение инстр óê тажа и бортовой подãо-

товê и эê ипажа в процессе полета;

ê орреê тировê а проãрамм подãотовê и эê ипажа.Отчетная доêó ментация по резó льтатам ана-

лиза. После завершения эê спедиции проводится

оê ончательная обработê а информации в целях

выявления наиболее хараê терных и часто встре-чающихся причин ошибочных действий эê ипажа,снижающих ê ачество деятельности, с после-

д ó ющей разработê ой и реализацией мероприя-тий по их ó странению.

После завершения эê спедиции и обс ó жде-ния рез ó льтатов анализа ошибочных действий с

эê ипажем разрабатывается отчет по анализ ó ошибочных действий, содержащий след ó ющие

разделы:рез ó льтаты выполнения проãраммы полета

эê спедиций;

перечень ошибочных действий эê ипажа;ãрафиê и интенсивности потоê а ошибочных

действий в течение эê спедиции; диаãраммы распределения ошибочных дей-

ствий в зависимости от причин, бортовых сис-тем, последствий, этапов полета;

анализ причин ошибочных действий;оценê а последствий ошибочных действий

эê ипажа;выводы и реê омендации по повышению эф-

феê тивности деятельности эê ипажа.Пример анализа ошибоê. В табл. 2 приведен

пример рез ó льтата анализа ошибê и эê ипажа.Установлены три причины ошибê и.

В таблице использованы след ó ющие аббреви-

ат ó ры: СА — сп ó сê аемый аппарат; БИ — бортин- женер; КК — ê омандир ê орабля; р/ã — радио-ãрамма; ТПК — транспортный пилотир ó емый

ê орабль; УЗ — óê азания Земли; б/ д — бортовая

доêó ментация; ДМВ — деê ретное мосê овсê ое

Таблица 2 Анализ ошибê и эê ипажа

Дата 11.09.20ХХ (№ 27Х /4Х )

Содержание Эê ипаж не выполнил запись этапа сп ó сê а на видеоê амеры СА (на обеих ê амерах )

Орãанизация

работ

Работы по подãотовê е ê амер планировали БИ-1 (КК ) по р/ã № 65ХХ u (Приложение 10).

Соã ласно р/ã действия в СА проводит БИ-1 (КК ).Вê лючение ê амер предписывалось КК ТПК .Вê лючение ê амер эê ипаж выполнял по УЗ перед началом динамичесê их операций.В б/ д ТПК не внесены работы с ê амерами.11.09.ХХ в 03:26 ДМВ эê ипаж (КК ) доложил о вê лючении ê амер.При проведении анализа доê ладов эê ипажа вê лючение ê амер выполняли БИ и БИ-2 ТПК .По имеющейся 3-сеêó ндной записи на ê амере SM-U01 № 05, расположенной со стороны БИ-2, видно, что она ó становлена с переворотом на 180°.Послеполетная проверê а ê амер поê азала работоспособность обеих ê амер

Последствия С ó щественные.Отс ó тствие видеоинформации о работе эê ипажа на этапе сп ó сê а

Причины 1. Подãотовê а.2. Недостатê и в орãанизации деятельности эê ипажа (невыполнение требований р/ã, недостаточный само-ê онтроль и взаимоê онтроль).

3. Состояние эê ипажа

Подãотовê а 1. Наземная подãотовê а проведена в полном объеме.2. Во время подãотовê и на ТК с эê ипажем отработаны навыê и работы с ê амерой на этапе старта и сп ó сê а.3. На ó частê е выведения проведена ó спешная запись на обе ê амеры.4. Во время полета эê ипажа на МКС выполнено большое ê оличество съемê и с использованием этой ê амеры.5. Перед сп ó сê ом (03.09.ХХ ) БИ-1 проведена работа по р/ã 65ХХ п. 2.6 "Проведение пробной записи", вê лю-чающая отработêó праê тичесê их навыê ов по выполнению записи на видеоê амер ó.Замечаний и неясных вопросов по видеоê амере на всех этапах подãотовê и и применения ê амеры ó эê ипажа не было.С эê ипажем проведены два праê тичесê их занятия в ê лассе по видеоê амере СА общей продолжительностью 3 ч. На занятиях использовались ê амеры с проãраммным обеспечением, соответств ó ющим летном ó образц ó.Занятия на тренажере ТПК "Союз ТМА -М" не проводились из-за отс ó тствия ê ронштейнов ê репления ê амер

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


9

2–3. 2016

время; ТК — техничесê ий ê омплеê с; РТО — ре- жим тр ó да и отдыха.

На рис. 2 приведен ãрафиê интенсивности

потоê а ошибоê (ê оличество ошибоê в с ó тê и) для

орбитальных станций "Салют-6" (1977—1982 ãã.),"Салют-7" (1982—1991 ãã.), "Мир" (1986—2001 ãã.),МКС (1998—2015 ãã.).

Предлаãаемая методиê а анализа деятель-ности эê ипажа позволяет ê омплеê сно оценить

обстоятельства и последствия ошибочных дей-ствий эê ипажа, определить их причины и ме-роприятия по профилаê тиê е.

Рез ó льтаты анализа ошибочных действий,проведенноãо по представленной методиê е, моãó тиспользоваться при подãотовê е новых эê ипажей,проеê тировании перспеê тивных ПКА , при мо-

дернизации бортовых систем и обор ó дования

действ ó ющих ПКА . Анализ интенсивности по-тоê ов ошибочных действий эê ипажей различ-ных орбитальных станций, в частности МКС,поê азывает эффеê тивность использования пред-

лаãаемой методиê и наряд ó с др óãими мероприя-тиями, рассмотренными в [1].

Библиографический список

1. Алеê сандров А .П.,Бронниê ов С.В. П ó ти повыше-ния эффеê тивности деятельности эê ипажа ê осмиче-сê оãо аппарата // Общероссийсê ий на ó чно-техниче-сê ий ж ó рнал "Полет". 2005. № 1. С. 11—16.

2. Bronnikov S.V., Isaev G.F., Nechaev A.P. Metodo-logical Approach To Study Of Cosmonauts Errors And ItsInstrumental Support // 12th Man in space Symposium,June 8—13, 1997, Washington. D.C. Р. 169.

3. Bronnikov S.V., Isaev G.F., Nechaev A.P. Some Re-sults Of The Study Of The Interrelation Between CosmonaUts Errors And Their Psychophysiological Status // 2d In-ternational Cosmonautics congress. Moscow, MGU, 31 aug—5 sep 1997. Р. 93.

4. Bronnikov S.V., Isaev G.F., Myasnikov V.I., Ne-

chaev A.P., Stepanova S.I. Some Aspects Of Psychophy-siological Support Of Crewmember’s Performance Relia- bility In Space Flight // 53h International AstronauticalCongress, Houston, Texas, 10—19 October 2002.

5. Раê етно-ê осмичесê ая ê орпорация "Энерãия" имени

С.П. Королева. URL: http://www.energia.ru/ ( дата обра-щения 24.02.16).

6. Наó чно-исследовательсê ий испытательный центр

подãотовê и ê осмонавтов имени Ю. А . Гаãарина. URL:http://www.gctc.ru/ ( дата обращения 24.02.16).

7. Инститó т медиê о-биолоãичесê их проблем РАН.URL: http://www.imbp.ru/ ( дата обращения 24.02.16).

Рис. 2. Графиê интенсивности потоê а ошибоê эê ипажейорбитальных ê осмичесê их станций

О êончание табл. 2

Орãанизация деятельности

1. КК пор ó чил выполнение операций вê лючения и режима записи ê амер БИ и БИ-2 и не проê онтролировал выполнение.2. БИ-2 не сертифицирован на работ ó с ê амерой.

3. Эê ипаж не проê онтролировал индиê ацию вê лючения записи на ê амерах Состояниеэê ипажа

Работы эê ипажа в ó словиях измененноãо РТО при расстыê овê е и посадê е ТПК в ночное время.БИ-1 перед расстыê овê ой не спал, ó БИ-2 — сон оê оло 4 ч

Мнениеэê ипажа

КК считает, что данное действие должны выполнять БИ, таê ê аê КК для выполнения вê лючения ê амеры должен снимать средства фиê сации, что создает дефицит времени перед началом динамичесê их операций и ведет ê снижению безопасности

Реê омендации 1. Внести в б/ д ТПК операции по выполнению работ с ê амерами.2. Перераспределить ф ó нê ции межд ó членами эê ипажа. Возложить вê лючение ê амер на др óãих членов эê и-пажа ТПК , сняв с КК эт ó задач ó.3. ГОГУ необходимо брать ê витанцию ó эê ипажа о запитывании ê амер и рез ó льтатах ê онтроля вê лючения записи на них

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


10

УДК 629.782

—ÏÓ¯ˆÚÊÏÓËÍ˝Ê¯ ÏÍ˚ÊÓ˝ÍÔÒ˝˜‰ Á‰¯˙

ÏÍÁÎÏ¯ д

¯Ô¯˝

Ê˛

ÁÏ¯ д

ÁÚË ÈÎÏÍËÔ¯˝

Ê˛

ÎÏÊ ùˆÁÎÔÈÍÚÍ˚ÊÊ ˆÏÈÎ˝Ó˙ÍÁÌÚÍ¬˝˜‰ÓÏ¬ÊÚÍÔÒ˝˜‰ ˘ÏÈÎÎÊÏÓËÓˆˆÓÁ˙Ê¸¯ÁˆÊ‰ ÍÎÎÍÏÍÚÓË

fl.fl. flÍÚ √ÌÊ˝, ‚.‘. ÃÓˆÓÔÓË, Õ.fl. ”Ë¯¸ˆÓ, Õ.fl. —ÓÔÊË˝ÊˆÓË

E-mail: [email protected]

нализ направлений развития мировой ê осмичесê ой деятельности

позволил выявить основные тенденции в из ó чении, освоении и ис-пользовании ê осмичесê оãо пространства. К ним относятся расши-

рение орбитальных ãр ó ппировоê КА , аê тивизация исследований Л ó ны,Марса, др óãих планет и тел Солнечной системы, интеллеê т ó ализация сис-

тем ó правления КА . В этих ó словиях на первый план выдвиãается проблемапостроения перспеê тивной ê осмичесê ой инфрастр óê т ó ры ê аê единой сис-темы ó правления КА различных типов и назначений.

Решение этой ê омплеê сной проблемы предопределяет необходимость

проведения исследований по ряд ó различных направлений. К наиболее

важным из них след ó ет отнести разработêó рациональных схем задейство-вания средств ó правления орбитальными ãр ó ппировê ами КА и оптимиза-цию стр óê т ó рноãо построения средств ó правления КА .

Эти задачи приобретают особ ó ю аê т ó альность при оãраниченном ре-с ó рсе средств наземноãо автоматизированноãо ê омплеê са ó правления,

Представлен методолоãичесêий подход ê решению задач óправления ê р óпномасштаб -

ными ã р óппировêами êосмичесêих аппаратов средствами наземноãо êомплеêса. Описан разработанный проã раммно- моделир óющий êомплеêс определения рациональных схем

задействования наземных станций для выполнения заявоê на проведение сеансов связис произвольным числом аппаратов.

Ключевые слова: êосмичесêие аппараты; орбитальные ã р óппировêи; óправление;

методолоãичесêий подход; наземные средства; схема распределения средств óправления;

проã раммно- моделир óющий êомплеêс.

M.M. Matiushin, N.L. Sokolov, V.M. Ovechko, V.M. Polivnikov. Designing Rational Allocation Schemes Of Control Facilities For The Operation Of Large-Scale OrbitalSpacecraft Constellations

It presents a methodological approach to solving control problems of large-scale spacecraft

constellations by ground-based facilities. A description of the developed program-modeling complex that determines efficient schemes of engaging ground stations to perform applications

for sessions with any number of spacecraft.

Keywords: spacecraft; spacecraft constellations; control; methodological approaches; ground facilities; allocation schemes of control facilities; program-modeling complex.

А

МАТЮШИНМаê сим Михайлович —

заместитель ãенеральноãо диреê тора

ФГУП "ЦНИИмаш", доê тор техн. на óê

ПОЛИВНИКОВВладимир Михайлович —

инженер 2-й ê атеãорииФГУП "ЦНИИмаш"

СОКОЛОВНиê олай Леонидович — начальниê отдела, стар-ший на ó чный сотр ó дниê

ФГУП "ЦНИИмаш",ê андидат техн. на óê

ОВЕЧКОВладимир Михайлович — заместитель начальниê а

отдела ФГУП "ЦНИИмаш"

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


11

2–3. 2016

а таê же в связи с планир ó емым ростом числен-ности ó правляемых КА . Принципиальным от-

личием ó правления орбитальными ãр ó ппиров-ê ами от ó правления единичными КА является то,

что решение целевых задач в этом сл ó чае б ó детзависеть не тольê о от непосредственноãо при-нятия ó правленчесê их решений, но и от выбора

стр óê т ó ры и состава системы ó правления КА .При этом на первый план выдвиãается проблема

разработê и эффеê тивных методов, алãоритмов и

проãраммных ê омплеê сов, позволяющих наряд ó с определением схемы рациональноãо распреде-

ления средств ó правления ãр ó ппировê ой КА вы- явить проблемные звенья стр óê т ó ры ó правле-ния и выработать требования ê их ó странению.

Облик перспективной космической инфраструктуры

Проблеме обоснования перспеê тивных на-правлений развития ê осмичесê ой инфрастр óê-т ó ры ó правления КА посвящено множество

п ó блиê аций [1—5]. В частности, в [1] сформ ó ли-рованы основные цели и направления развития

ê аê орбитальных ãр ó ппировоê аппаратов различ-ноãо типа и назначения, таê и средств ó правления

КА . К данным направлениям можно отнести:создание и совершенствование оê олоземных

систем связи, передачи данных и навиãации,образованных ãр ó ппировê ами исêó сственных

сп ó тниê ов Земли, наземным сеãментом ó прав- ления сл ó жебными бортами и целевой наãр ó з-ê ой. Основная цель таê их систем заê лючается взначительном расширении информационноãо

пространства и в повышении оперативности

пол ó чения информации заинтересованными

пользователями;

развитие систем ретрансляции, позволяющих с ó щественно повысить оперативность ó правле-ния КА , воздействовать на наземные объеê ты

ó правления в территориально ó даленных и

тр ó днодост ó пных районах земной поверхности;

промышленное пол ó чение ó ниê альных мате-риалов в ê осмосе, производство ê оторых затр ó д-нено в земных ó словиях ;

создание ê осмичесê их систем освещения за- данных районов земной поверхности с исполь-

зованием рефлеê торов для отражения солнечно-ãо света, ê оторые моãó т быть использованы для

повышения эффеê тивности сельсê оãо хозяйства;

обеспечение ãенерации энерãии на оê олозем-

ных орбитах , например, с помощью ядерных реаê торов и передача ее потребителям на зем-ной поверхности;

освоение и инд ó стриальное использование

Л ó ны и в отдаленной перспеê тиве — Марса.

Жизнедеятельность этих и др óãих эê ономи-чесê и перспеê тивных направлений может ос ó-ществляться тольê о посредством построения иф ó нê ционирования соответств ó ющей ê осми-чесê ой инфрастр óê т ó ры. В ê омплеê с средств

таê ой ê осмичесê ой инфрастр óê т ó ры входят:

автоматичесê ие ê осмичесê ие аппараты для

обеспечения связи, навиãации, метеоролоãиче-сê их наблюдений и дистанционноãо зондирова-ния Земли, исследования планет, объеê тов Сол-нечной системы и ê осмичесê оãо пространства;

орбитальные и планетные элементы инфра-стр óê т ó ры: оê олоземные орбитальные станции,автономно летающие ê орабли, посещаемые авто-матичесê ие платформы или собираемые в ê ос-мосе ê р ó пноãабаритные аппараты, оê олопла-

нетные орбитальные станции, планетные базы;транспортная ê осмичесê ая система, обеспе-чивающая доставêó элементов инфрастр óê т ó ры,а таê же людей и ãр ó зов в различные точê и Сол-нечной системы;

наземные ê омплеê сы подãотовê и и зап ó сê аê осмичесê их аппаратов, наземные ê омплеê сы

ê онтроля и ó правления.

Очевидно, что ê осмичесê ая инфрастр óê т ó ра

б ó дет состоять из достаточно большоãо ê оличе-ства неоднородных элементов. Каждая ãр ó ппа

этих элементов б ó дет иметь специфичесê ие осо-бенности. Поэтом ó тольê о сê оординированная

работа всех этих элементов и их ó правляющих

звеньев может обеспечить треб ó емый ó ровень

эффеê тивности ф ó нê ционирования инфрастр óê-т ó ры. При этом одной из основных задач явля-ется определение рациональных схем взаимо-

действия средств наземноãо ê омплеê са ó прав- ления с постоянно возрастающим числом КА

различных типов и назначений.

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


12

Возрастание ролиЦентра управления полетами как важного

элемента космической инфраструктуры

В ó словиях возрастания ê оличества ó правляе-мых КА повышаются требования ê орãанизации

процесса эê спл ó атации ãр ó ппировоê ê осмиче-сê их аппаратов из Центра ó правления полетами

(ЦУП) ê аê центральноãо звена наземноãо

ê омплеê са ó правления [6]. В перв ó ю очередь

это связано с ожидаемым возрастанием объема

след ó ющих динамичесê их ó правленчесê их опе-раций:

разработê а проãрамм совместноãо ó правления

средствами наземноãо и сп ó тниê овоãо ê омп-

леê сов;оперативное парирование нештатных сит ó-

аций непосредственно в сеансах связи с КА ;

подãотовê а и реализация эê стренных манев-ров КА , в том числе для óê лонения от потенци-ально опасных объеê тов ê осмичесê оãо м ó сора;

ос ó ществление внеплановых ê орреê ций про-ãрамм полета КА по заявê ам потребителей це-

левой информации.

У ЦУП возниê ает необходимость выполне-ния ê ачественно новых задач, связанных с ó п-равлением ê осмичесê ими ãр ó ппировê ами ê аê единой системой взаимосвязанных элементов,а не совоêó пностью отдельно взятых объеê тов.К таê им задачам в перв ó ю очередь след ó ет от-нести след ó ющие:

разработê а оптимальных схем задействова-ния средств наземноãо и сп ó тниê овоãо ê омп-

леê сов ó правления для обеспечения эффеê тив-ноãо процесса эê спл ó атации КА , в том числе

внесение ê орреê тив в распределение средств в

связи с возможным возниê новением нештат-ных сит ó аций;

оперативное перераспределение ф ó нê ций

межд ó отдельными КА для повышения ê ачества ибыстродействия пол ó чения целевой информации;

проведение ê орреê ций поддержания орби-тальных параметров относительноãо располо-

жения однородных КА , составляющих баллис-тичесê и правильно построенн ó ю сп ó тниê ов ó юсистем ó КА .

В связи с необходимостью выполнения этих

и ряда др óãих важных ф ó нê ций, а таê же с ó четом

создания в стр óê т ó ре ЦУП орãанов оперативноãо

ó правления ãр ó ппировê ами РФ — Центра сит ó а-ционноãо анализа, ê оординации и планирования

средств НАКУ (ЦСАКП), Центра ó правления

ретрансляцией и связью (ЦУРС) — выдвиãают-ся повышенные требования ê совершенствова-

нию методолоãии ó правления орбитальнымиãр ó ппировê ами КА .

Общая схема информационноãо взаимодей-ствия ЦУП с абонентами в процессе ó правле-ния разнотипными КА представлена на рис. 1.

Методологический подход к разработке схем рационального распределения средств

управления орбитальными группировками КА

Рассмотрим методолоãичесê ий подход ê ре-

шению задачи рациональноãо задействованияназемных п ó нê тов для ó правления ê р ó пномасш-табными орбитальными ãр ó ппировê ами и дадим

общ ó ю постановêó этой задачи.

Для обеспечения ó правления ãр ó ппировê ой,состоящей из N ê осмичесê их аппаратов с из-вестными орбитальными параметрами, треб ó-ется распределить M наземных измерительных

п ó нê тов таê им образом, чтобы оперативно ре-ализовать запрашиваемое ê оличество сеансов

Спутники-

Центр

Пи ëотируеìые КА

КА НСЭН

ретранс ë яторы

Управ ëенияПо ëетаìи

Спутникинавиãаöии

и связи

НИП РФ

НИП РФНИП РФ

НИП РФ

MonitionControlCenter

Рис. 1. Схема взаимодействия ЦУП с наземными пó нê тами

в процессе ó правления ãрó ппировê ами КА

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


13

2–3. 2016

связи с ê аждым из КА . Для ê онê ретизации ре-шаемой задачи в ê ачестве временноãо интервала

распределения средств ó правления выбирались

одни с ó тê и полета.

Особенностью решения данной задачи явля-ется отс ó тствие общих заê ономерностей взаимо- действия наземных п ó нê тов с КА в интервалы

одинаê овой продолжительности, разнесенные

по времени. Это объясняется тем, что в общем

сл ó чае КА имеют различные периоды обращения,наê лонения и восходящие ó злы орбиты. Поэто-м ó распределение средств ó правления для одноãо

заданноãо временноãо интервала, например для

одних с ó тоê полета, б ó дет с ó щественно отли-чаться от аналоãичноãо распределения для др óãих

с ó тоê. Несмотря на это обстоятельство, моãó тбыть выявлены общие заê ономерности решения

сформ ó лированной задачи, положенной в ос-нов ó общеãо методолоãичесê оãо подхода ê оп-ределению рациональных схем задействования

средств ó правления.

Для решения задачи прежде всеãо составля-ются циê лоãраммы зон радиовидимости ê аждо-ãо из M наземных измерительных п ó нê тов со

всеми N ê осмичесê ими аппаратами, входящими

в орбитальн ó ю ãр ó ппировêó. Далее проводится

поэтапный вычислительный процесс. По разра-ботанным циê лоãраммам для ê аждоãо i -ãо п ó нê та

определяются те временные диапазоны, на ê о-торых моãó т проводиться сеансы связи тольê о содним из N КА . После этоãо принимается пред-варительное решение о выделении данноãо i -ãо

п ó нê та для ó правления этим КА в соответст-в ó ющем временном диапазоне.

Затем после ê орреê тировê и циê лоãрамм опре- деляются временные диапазоны, ã де моãó т быть

ос ó ществлены сеансы связи с минимальнымê оличеством КА . Одном ó из этих КА выделяют-ся соответств ó ющие наземные измерительные

п ó нê ты. Приоритет отдается аппаратам с бо ´ ль-шим числом заявляемых сеансов связи с назем-ными п ó нê тами.

На ê аждом послед ó ющем этапе вычислитель-ноãо процесса проводится ê орреê ция циê ло-ãрамм с ó четом предварительно выделенных

п ó нê тов ó правления и дополнительных оãрани-

чений по времени проведения сеансов связи.Процесс завершается после ос ó ществления ите-раций по выделению необходимых наземных

п ó нê тов для ó правления всеми КА в соответст-

вии с их запросами.Оценим ê ачественное влияние исходных ó с-

ловий на рез ó льтаты решения задачи распреде- ления наземных средств ó правления.

Введем след ó ющие обозначения: αij — число

потенциально возможных сеансов связи, прово- димых i-м КА с j -м наземным п ó нê том за задан-ный временной интервал. Эти значения опреде-

ляются на основании расчетов зон радиовидимо-сти КА наземными п ó нê тами; bi — ê оличество

заявляемых сеансов связи для ê аждоãо КА , ê о-

торое необходимо провести в рассматриваемыевременные интервалы с любыми задействован-ными наземными п ó нê тами; l ij — ê оличество

сеансов связи из рассчитанноãо числа потенци-ально возможных αij , совпадающее по времени

проведения сеанса i-ãо КА с разными станция-ми j ; l jik — число сеансов связи, совпадающее по

времени проведения различными КА с отдель-но взятыми наземными п ó нê тами j.

С использованием введенных переменных

можно приближено оценить ó средненный ê о-

эффициент выполнения заявленных проãраммпроведения всех заявленных сеансов связи КА сназемными п ó нê тами по форм ó ле

S = . (1)

При выполнении ó словия S l 1 с ó ществ ó ет

принципиальная возможность выполнения про-ãраммы заê азов сеансов связи со всеми КА в

полном объеме. Анализ зависимости (1) поê азывает, что ê о-

эффициент S снижается с ростом числа ó прав- ляемых аппаратов n, с ó меньшением ê оличества

наземных станций m и с ó величением общеãо

числа заявляемых сеансов связи. При этом наи-более с ó щественное влияние на снижение ê о-эффициента S оê азывает ó величение состав-

αij l ij –( ) j 1=

m

∑i 1=

n

∑ l jik i 1 k i >,=

n

∑ j 1=

m

∑–

bi i 1=

n

∑

------------------------------------------------------------------

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


14

ляющих l jik , число ê оторых возрастает с ó вели-чением общей численности орбитальной

ãр ó ппировê и КА . Дадим предварительн ó ю оценêó ê оэффици-

ент ó выполнения заявленных проãрамм прове- дения сеансов связи со всеми КА .

Расчеты поê азали, что при сравнительно ма- лой численности ãр ó ппировê и одновременно

ó правляемых аппаратов (n l 10), ê оличестве на-земных станций m l 5 и при среднем числе по-требных сеансов связи с ê аждым КА bi = 2...3 ê о-эффициент S достиãает значения, равноãо 4...5,т.е. ãарантированно обеспечивается выполне-ние всех заявляемых сеансов связи КА с назем-ными п ó нê тами.

Рост числа n КА до 15...20 сопровождается ó ве- личением с ó ммарноãо значения сеансов связи

до 20...40 и при этом ê оэффи-

циент S приближается ê единице.При возрастании числа ó правляемых КА до

n l 50 значение S может быть меньше единицы,т.е. выполнение проãраммы заê азов сеансов

связи происходит не в полном объеме.Более точные расчеты распределения на-

земных средств межд ó ó правляемыми КА моãó тбыть пол ó чены для ê онê ретных исходных ó сло-вий, вê лючающих орбитальные параметры аппа-ратов, ãеоãрафичесê ие ê оординаты наземных

п ó нê тов, ê оличество потребных сеансов связи

для ê аждоãо КА , а таê же с ó четом возможных

нештатных сит ó аций, необходимости проведе-ния эê стренных сеансов связи и т. д.

Программно-моделирующий комплекс

На основе описанноãо методолоãичесê оãоподхода разработан проãраммно-моделир ó ющий

ê омплеê с решения задачи рациональноãо распре- деления наземных средств для проведения за-прашиваемых сеансов связи с ãр ó ппировê ой КА .

С применением ê омплеê са обеспечиваются

расчеты праê тичесê и для любоãо набора исход-ных данных , ê ê оторым относятся ê оличество

ó правляемых КА , орбитальные параметры этих

аппаратов, число заявоê на проведение сеансов

связи с ó четом желаемоãо времени их проведе-ния, ê оличество и ê оординаты расположения

наземных станций.Разработанный ê омплеê с позволяет задавать

любой набор исходных данных с помощью меню,содержит проãраммы трехмерноãо сервисноãо

отображения процесса полета ãр ó ппировê и КА

с расчетом зон их радиовидимости, пред ó смат-ривает ê омпаê тн ó ю выдач ó итоãовых рез ó льта-тов решения задачи.

Для демонстрации работоспособности про-ãраммноãо ê омплеê са представлен след ó ющий

вариант исходных данных . Рассматривается ãр ó п-пировê а из пяти аппаратов со значениями началь-ной сê орости V 0, óã ла наê лона веê тора сê орости ê

местном ó ãоризонт ó θ0, высоты полета h0, широтыϕ0 и долãоты λ0 подсп ó тниê овой точê и, наê лоне-ния орбиты i , представленными в табл. 1.

Использовались четыре наземные станции,расположенные в Медвежьих озерах , Калинин-ãраде, Железноãорсê е, У ã леãорсê е с ê оордина-тами, приведенными в работе [7].

Целью решаемой задачи является пол ó чение

рациональноãо распределения наземных станций

для проведения трех сеансов связи с ê аждым из

аппаратов в течение одних с ó тоê. Причем сеансы

связи со всеми КА должны быть выполнены вслед ó ющих временных диапазонах : первый сеанс

во временном интервале от 0 до 8 ч, второй —от 8 до 16 ч, третий — от 16 до 24 ч.

Движение ãр ó ппировê и ê осмичесê их аппара-тов на орбитах в произвольный момент времени

(t = 02h12m08c) проиллюстрировано на рис. 2.Кроме тоãо, там представлены зоны радиовиди-

l jik i 1 k i >,=

n

∑ j 1=

m

∑

Таблица 1

Орбитальные параметры КА в начальный момент времени

№ КА V 0, ê м/с θ0, ° h0, ê м ϕ0, ° λ0, ° i , °

1 7,67 0 400 0 0 55

2 7,56 0 600 10 60 40

3 7,61 0 500 –30 120 50

4 7,35 0 1000 –10 180 125

5 7,4 0 900 30 240 70

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


15

2–3. 2016

мости КА с наземными п ó нê тами, рассчитан-ные ê данном ó момент ó времени.

На основе проведенных расчетов представ- лены данные об итоãовом распределении на-земных п ó нê тов (табл. 2).

Таê им образом, для всех рассматриваемых КА

выделяются наземные п ó нê ты для проведения

трех сеансов связи с наземными станциями. При

этом для представленноãо варианта исходных ó словий наиболее часто использ ó ется п ó нê т,расположенный в Медвежьих озерах . С ним

планир ó ется проведение пяти сеансов связи. С ос-тальными п ó нê тами б ó д ó т проведены 3...4 сеан-са связи.

Архитеê т ó ра построения проãраммноãо ê омп- леê са пред ó сматривает возможность расшире-ния состава решаемых с еãо применением задач.В частности, при еãо модернизации может быть

решена задача рациональноãо совместноãо рас-

пределения средств наземноãо и сп ó тниê овоãоê онт ó ров для ó правления ãр ó ппировê ами КА .

Внедрение методолоãичесê оãо аппарата и про-ãраммно-моделир ó ющеãо ê омплеê са в праê тиêó ó правления ê р ó пномасштабными ãр ó ппировê а-ми КА позволит решить ряд важных задач ф ó нê-ционирования ê осмичесê ой инфрастр óê т ó ры:

обеспечить нахождение рациональных рас-пределений средств ó правления, в том числе в

ó словиях нештатных сит ó аций с КА , а таê же

при неисправностях и проведении реã ламент-ных и профилаê тичесê их работ на наземных

станциях ;

оценить наãр ó зêó на наземные средства ó п-равления и ó становить пороã их насыщения в

рез ó льтате роста численности ãр ó ппировоê КА ;

выработать требования ê развитию назем-

ноãо ê омплеê са ó правления, а таê же ê совмест-ном ó применению средств наземноãо и сп ó тни-ê овоãо ê онт ó ров для ó правления ê р ó пномасш-табными ãр ó ппировê ами КА различных типов иназначений.

Планир ó емое расширение состава орбиталь-ных ãр ó ппировоê ê осмичесê их аппаратов различ-ных типов и назначений предопределяет необхо-

димость решения новых задач ó правления КА .Эти задачи хараê териз ó ются тем, что объеê том

Рис. 2. Расположение ãрó ппировê и КА

Таблица 2Планирó емое проведение сеансов связи

с наземными пó нê тами

№ КА Наземныйп ó нê т

Зоны радиовидимости

Начало зоны

Конец зоны

Маê симальный óãол места, °

01 Медвежьи озера 01:46:52 01:57:16 46,27

01 Калининãрад 08:07:52 08:16:40 12,49

01 Железноãорсê 20:13:28 20:22:00 11,32

02 Медвежьи озера 05:01:24 05:10:36 7,32

02 Медвежьи озера 08:22:16 08:31:04 6,62

02 У ã леãорсê 22:41:28 22:52:08 12,19

03 Железноãорсê 06:41:12 06:51:04 11,5203 Железноãорсê 08:18:16 08:29:28 25,57

03 Калининãрад 16:17:28 16:28:40 26,02

04 Медвежьи озера 02:08:04 02:25:00 80,21

04 Калининãрад 08:57:12 09:10:32 13,17

04 У ã леãорсê 16:18:00 16:32:40 20,73

05 Медвежьи озера 00:19:16 00:33:40 19,88

05 У ã леãорсê 10:19:52 10:35:20 24,26

05 У ã леãорсê 17:27:04 17:43:36 47,10

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


16

ó правления являются не отдельные КА , а еди-

ная взаимосвязанная система КА .

Разработанный методолоãичесê ий подход и

созданный на еãо основе проãраммно-модели-

р ó ющий ê омплеê с дает возможность найти реше-

ния одной из важных задач ó правления ê р ó пно-

масштабными ãр ó ппировê ами КА — определить

рациональные распределения средств наземно-

ãо ê омплеê са для проведения всей совоêó пнос-

ти планир ó емых сеансов связи с ê осмичесê ими

аппаратами.

Внедрение ê омплеê са в праê тиêó ó правления

позволит повысить надежность и эффеê тив-

ность эê спл ó атации ãр ó ппировоê различных КА ,

в том числе при возниê новении нештатных си-

т ó аций и оãраниченных рес ó рсах наземных

средств. При определенной модернизации про-

ãраммноãо ê омплеê са с еãо использованием мо-

ãó т быть решены задачи совместноãо распреде-

ления средств наземноãо и сп ó тниê овоãо ê он-

т ó ров, что обеспечит возможность повышения

оперативности пол ó чения потребителями целе-

вой информации.


1. Крафт Э. Б ó д ó щее ê осмичесê ой инд ó стрии. М.:Машиностроение, 1979. С. 392.

2. Красильниê ов А .В. Российсê ая ãраждансê ая ор-

битальная ãр ó ппировê а // Новости ê осмонавтиê и.2014. № 3 (374). Т. 24. С. 47—49.3. Матюшин М.М.,Соê олов Н. Л.,Овечê о В.М. На-

правления развития средств и технолоãий ó правления

перспеê тивными орбитальными ãр ó ппировê ами ê ос-мичесê их аппаратов // Материалы XXXIX А ê адемиче-сê их чтений по ê осмонавтиê е. М.: Изд. МГТУ имени

Н.Э. Ба ó мана. 2015. С. 296—298.4. Машиностроение. Энциê лопедия. Раê етно-ê ос-

мичесê ая техниê а / под ред. В.П. Леãостаева. Т. IV-22.Кн. 1. М.: Машиностроение, 2012. C. 925.

5. Исследования ê осмичесê оãо пространства. Раê ет-ная и ê осмичесê ая техниê а // Эê спресс информация.

Сер. 1. 2014. № 8 (2828). C. 2—5.6. Milkovskii A.G., Matjushin M.M., Sokolov N.L.,

Zelenov D.A. The russian mission control centre — an im-portant element of space exploration by the world commu-nity // 65th International Astronautical Congress Toronto,Canada, 29 september—03 october 2014.

7. Маê симов А .М., Райêó нов Г.Г., Шó чев В.Г. На- ó чно-техничесê ие проблемы развития наземноãо авто-матизированноãо ê омплеê са ó правления ê осмичесê и-ми аппаратами на ó чноãо и социально-эê ономичесê оãо

назначения // Космонавтиê а и раê етостроение. 2011.№ 4 (65). С. 5—12.

Вниманию наших читателей и авторов!

На первое полугодие 2016 года

подписку на Общероссийский научно-технический журнал "Полет"можно оформить в редакции журнала.

Для этого на наш электронный адрес необходимо направить заявку , указав в ней

количество заказываемых полугодовых комплектов и реквизиты Вашей организации.

Стоимость одного экземпляра журнала 2500 рублей.

Телефоны редакции:8 (499) 269-54-978 (499) 748-00-268-926-916-03-58

E-mail: [email protected]Адрес в интернете:

http://fondserebrova.ru/index.php/zhurnal-polet/

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


17

2–3. 2016

УДК 629.735

∆¯ÁÎÊÔÓÚ˝˜ı ÁÍ˙ÓÔ¯Ú

Ë˝

¯ÍùÏÓ д

ÏÓ˙˝

Ó˘

Ó ¬ÍÙÊÏÓËÍ˝

Ê˛

:Ú¯‰˝Ê¸¯ÁˆÊ¯ Ï¯Ì¯˝Ê˛ Ê Ï¯ÍÔÊÙÍ˚Ê˛

‚.‚. ’ÓÔ ≈ ̄ ˝ˆÓË, Õ.Õ. ÕÓÏÓ˝ÓË

E-mail: [email protected]; [email protected]

ê лассе летательных аппаратов ( ЛА ) тяжелее возд ó ха л ó чшей ê омбина-цией хараê теристиê сê орости, дальности и продолжительности по-

лета при заданной полезной наãр ó зê е обладают аппараты самолет-ной схемы. Однаê о реализация этих преим ó ществ достиãается за счет взлета ипосадê и с пробеãом по ВПП аэродрома. Таê тиê о-техничесê ие хараê терис-тиê и современных ЛА вертиê альноãо взлета/посадê и оставляют с ó щест-венный пробел в возможностях на больш ó ю дальность (свыше 3000 ê м) и не

достиãают сê оростей, сопоставимых со сê оростями ЛА самолетной схемы

(свыше 500 ê м/ч).Создание сê оростноãо ЛА внеаэродромноãо базирования (вертиê аль-

ноãо/óê ороченноãо взлета и посадê и) составляет одн ó из наиболее аê т ó аль-ных и приоритетных задач авиационной отрасли в современный период,над ê оторой работают вед ó щие мировые авиационные центры.

В настоящее время вертиê альные взлет и посадê а реализованы в ЛА вер-толетноãо типа, реаê тивных самолетноãо типа с вертиê альным взлетом и в

ê онвертопланах . Ни одна из перечисленных схем не обеспечивает сочетания

основных хараê теристиê: сê орости, дальности и продолжительности полета,а таê же ãр ó зоподъемности, сопоставимых с хараê теристиê ами самолетной

схемы (рис. 1). А ê т ó альность рассматриваемой темы для нашей страны об ó словлена на-

личием обширных территорий, на ê оторых эê ономичесê ая деятельность

сдерживается отс ó тствием транспортной инфрастр óê т ó ры ( Арê тиê а, Си-бирь, Дальний Востоê).

Изложены схемно-техничесêие решения, обеспечивающие создание беспилотноãосамолета вертиêальноãо взлета и посадêи. Обс óждаются рез ó льтаты расчетов и ис-

следований. Приводятся рез ó льтаты летноãо эêсперимента на масштабной модели.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат; вертиêальные взлет и по-

садêа; êонвертоплан.

N.N. Dolzhenkov, V.V. Voronov. The Unmanned Vertical Take Off And Landing Air-plane: Design Approach And Implementation

The architecture of the unmanned airplane with vertical takeoff and landing capacity is de- scribed. The design approach and research results are discussed. The results of the model flight test are provided.

Keywords: unmanned aerial vehicle; vertical take off and landing; tilt rotor aircraft.

В

ДОЛЖЕНКОВНиê олай Ниê олаевич —ãенеральный диреê тор

беспилотноãонаправления

АО "Кронштадт",засл ó женныйê онстр óê тор

Российсê ой Федерации, доê тор техн. на óê

ВОРОНОВВладимир Владимирович —

заместитель диреê тора

Мосê овсê оãо филиалапо беспилотном ó

направлению АО "Кронштадт",

ê андидат техн. на óê

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


18

Для обеспечения обороноспособности ãос ó- дарства самолет вертиê альноãо взлета/посадê иможет решать задачи авиационной поддерж ê ипри рассредоточенном базировании на непод-ãотовленных площадê ах . Вертиê альный взлет ибольшая дальность полета позволяют применять

беспилотный самолет вертиê альноãо взлета па- л ó бноãо базирования ê аê средство возд ó шной

разведê и и целе óê азания для раê етно-артилле-

рийсê их ê омплеê сов "не авианосных " ê ораблейê лассов "ê рейсер" или "эсминец". В "тяжелом"варианте беспилотный либо опционально-пи-

лотир ó емый ЛА вертиê альноãо

взлета большой ãр ó зоподъемности

обеспечивает эê стренные транс-портно- лоãистичесê ие задачи, на-

пример орãанизацию "возд ó шных мостов" для доставê и ãр ó зов и эва-êó ации пострадавших из районов

чрезвычайных сит ó аций.Ряд ê омпаний в России и за р ó бе-

жом объявили о проеê тах по созда-нию летательных аппаратов вер-тиê альноãо взлета различных аэроди-намичесê их схем (м ó льтиê оптеров споворотными винтами, ê онверто-планов и т.п.), обеспечивающих вер-

тиê альные взлет/посадêó и ê рейсер-сê ий полет на высоê ой сê орости.

Разработê и проводятся ê аê для пилотир ó емоãо,таê и для беспилотноãо вариантов (рис. 2).

Среди ê омпаний, вст ó пивших в заочн ó юê онêó рентн ó ю борьб ó по рассматриваемой те-матиê е, таê ие лидеры мировоãо авиастроения,ê аê ê орпорации Boeing , Lockheed Martin, Augusta

Westland . Одним из заê азчиê ов исследований

является А ãентство по развитию перспеê тив-ных оборонных проеê тов США (DARP А ). Ана-

лиз дост ó пных источниê ов [1, 2] поê азывает ó стойчивый рост интереса разработчиê ов ê об-с ó ждаемой тематиê е, однаê о все подобные

Рис. 2. Проеê ты летательных аппаратов вертиê альноãо взлета зарó бежных ê омпаний

1000 3000 6000 10000

600

12000

9000 В ы с о т а , ì

6000

3000

400

200 К р

е й с е р с к а я

с к о р

о с т ü

, к ì / ÷

Практи÷еская äа ëüностü по ëета, к ì

Скоростнойверото ëет

Верто ëет''сре äнеãо''

к ëасса

Конвертоп ëан

Совреìенныйсаìо ëет

БЛА саìо ëетноãо типабо ëüøой äа ëüности

БВС ВБ

27 т

12 т

5 т

5 т

4 т

Рис. 1. Восполнение пробела возможностей ЛА вертиê альноãо взлета

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


19

2–3. 2016

проãраммы находятся на стадии демонстрато-ров технолоãии.

Обоснование исходных данных. Тематиê а са-молета вертиê альноãо взлета и посадê и (ВВП)

развивается в мировом авиастроении с начала1950-х ãã., ê оã да было предложено множество

схемно-техничесê их решений, принципиально

обеспечивающих сочетание в одном аппарате вер-тиê альных взлета и посадê и с полетом по-само- летном ó с использованием подъемной силы

жестê оãо ê рыла [3]. Среди этих решений можно

выделить след ó ющие основные ê атеãории:

с поворотом веê тора тяãи движителя;

с применением раздельных подъемноãо и

маршевоãо движителей;

ê омбинация первых дв ó х способов.

Все способы реализации самолета ВВП пред-полаãают ó величение относительной массы си-

ловой ó становê и и ее объема. Основной задачей

проеê тирования является минимизация этоãо

недостатê а.

Для ЛА с дозв óê овой сê оростью полета одним

из наиболее рациональных решений представ- ляется поворот веê тора тяãи единых подъем-но-маршевых движителей.

В ê онце 90-х ãã. XX веê а совместная работаê орпорации Boeing и ê омпании Bell Helicopters

(США ), продолжавшаяся оê оло четверти веê а, ó венчалась зап ó сê ом в серию ê онвертоплана V-22

Osprey [1]. Это стало возможным блаãодаря появ- лению трех прорывных авиационных технолоãий,позволивших преодолеть техничесê ие сложности,связанные с изменением направления веê тора тяãи:

1) изменение в полете направления веê тора

тяãи треб ó ет наличия в составе силовой ó ста-новê и средств механизации (поворотных ó ст-

ройств и сложных ред óê торов), ó величивающих масс ó летательноãо аппарата [4]. Поэтом ó про-

должительность полета таê оãо ЛА с переменным

направлением тяãи движителя не представляла

праê тичесê ой ценности для решения авиацион-ных задач. Современные технолоãии ê омпозит-ных авиационных ê онстр óê ционных материалов

позволяют пол ó чить высоê ое массовое совер-шенство планера и таê им образом ê омпенсиро-вать ó тяжеление силовой ó становê и;

2) создание ê омпромиссных винтовых движи-телей, имеющих высоê ие поê азатели КПД на

полярных режимах полета — висении и маê си-мальной сê орости — и обеспечивающих раци-

ональные значения эффеê тивности на ê рейсер-сê ом режиме полета [5];

3) переходные режимы полета ЛА с перемен-ным направлением веê тора тяãи движителя тре-б ó ют сложной ê оординации ó правления аэро-

динамичесê ими р ó лями, тяãой двиãателя и ее

направлением [3]. Таê ое ó правление обеспечи-вают современные цифровые авиационные

ê омплеê сные системы ó правления, реализ ó ю-щие на борт ó сложные автоматичесê ие алãорит-мы с обработê ой в реальном времени большоãо

объема данных различных бортовых датчиê ов.Физиолоãичесê ие оãраничения человеê а-пи-

лота на восприятие, анализ и реаê цию особенно

в ê ритичесê их сит ó ациях на раннем этапе ре-ализации схемы ó правления веê тором тяãи по-влеê ли мноãочисленные фатальные сл ó чаи при

эê спериментальных полетах . Это заставило от-ê азаться от таê ой схемы до появления на борт ó больших вычислительных мощностей и высоê о-ч ó вствительных датчиê ов. По этой причине целе-сообразно создавать сê оростной ЛА вертиê аль-ноãо взлета/посадê и в базовом беспилотном

варианте с маê симальной автоматизацией ó прав- ления полетом на всех режимах . Впоследствии

возможен переход ê опционально-пилотир ó е-мом ó вариант ó с сохранением высоê оãо ó ровня

автоматизации.

Дальнейшее развитие перечисленных техно- лоãий позволяет создать энерãетичесê и эффеê-тивный, автоматичесê и ó правляемый беспилот-ный летательный аппарат óê ороченноãо/вер-

тиê альноãо взлета на основе самолетнойаэродинамичесê ой схемы.

Предпроеê тные исследования. По инициативе

АО "Кронштадт" были проведены предпроеê т-ные исследования по созданию эê сперименталь-ноãо образца беспилотноãо летательноãо аппарата

(БЛА ) внеаэродромноãо базирования "Фреãат".При этом решались след ó ющие задачи:

предварительный расчет достижимых таê-тиê о-техничесê их хараê теристиê (ТТХ ) на ос-

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


20

нове серийных авиадвиãателей с применением

наиболее передовых технолоãий и техничесê их

решений;форм ó лирование ê ритичесê их технолоãий,

обеспечивающих достижение таê их ТТХ .Предпроеê тные расчеты поê азали, что приме-

нение самолетной схемы, использ ó ющей подъ-емн ó ю сил ó, создаваем ó ю жестê им ê рылом, на

основных режимах ê рейсерсê оãо полета явля-ется рациональным схемным решением для

сê оростноãо ЛА вертиê альноãо взлета/посадê и.Вертиê альные взлет и посадê а, а таê же висение

обеспечиваются изменением направления веê-тора тяãи движителей. Таê ой подход позволит

использовать на всех режимах полета един ó ю

силов ó ю ó становêó и единые движители для со-здания проп ó льсивной тяãи ãоризонтальноãо

полета и подъемной силы для вертиê альноãо

взлета/посадê и (рис. 3).Особенности схемно-техничесê их решений

БЛА внеаэродромноãо базирования (ВБ) [5—7]:единые поворотные движители обеспечивают

ê аê вертиê альные взлет и посадêó, таê и ãори-зонтальный полет. Таê им образом, отс ó тств ó ют

элементы ê онстр óê ции, задействованные тольê она взлетно-посадочных режимах (за исê люче-

нием небольшоãо хвостовоãо импеллера);хвостовой импеллер обеспечивает стабилиза-

цию и ó правление по óã лам рысê анья и танãажа

в режимах вертиê альноãо взлета и посадê и;тандемная схема ê рыла об ó словлена необхо-

димостью размещения подъемно-проп ó льсивных

движителей в центре масс летательноãо аппарата; для ó меньшения ãабаритных размеров (на-

пример, при пал ó бном базировании) возможно

применение сê ладных заê онцовоê ê рыла;

целесообразна ê онстр óê ция шасси "велоси-педной" схемы, что позволит оптимизировать

ê омпоновêó вн ó трифюзеляжноãо пространства.На этапе предпроеê тных исследований це-

левыми летными хараê теристиê ами проеê ти-р ó емоãо беспилотноãо летательноãо аппарата

внеаэродромноãо базирования определены

след ó ющие:БЛА ВБ должен обеспечивать больш ó ю про-

должительность полета и ê рейсерсêó ю сê орость,превышающ ó ю сê орость современноãо верто-

лета не менее чем в два раза ( до 600 ê м/ч);БЛА ВБ должен базироваться на стандарт-

ных вертолетных площадê ах и совершать взлеты

и посадê и с необор ó дованных (оперативно вы-

бранных ) площадоê и сверх ê оротê их ВПП( длиной до 150 м), а таê же с пал ó бы ê ораблей;

по поê азателю праê тичесê ой дальности перс-пеê тивный БЛА ВБ не должен значительно ó с-т ó пать ЛА аналоãичноãо ê ласса с обычными

взлетом и посадê ой.В ходе проеê тной проработê и решены сле-

д ó ющие задачи:определены основные проеê тные парамет-

ры эê спериментальноãо образца;представлена ê онстр óê ция (общий вид);

построен теоретичесê ий ê онт ó р;выполнена первичная ê омпоновê а;определены параметры силовой ó становê и и

трансмиссии;выполнен аэродинамичесê ий расчет (инже-

нерный);выполнен аэродинамичесê ий расчет (мето-

дом ê онечных элементов);определены основные летно-таê тичесê ие

хараê теристиê и ( ЛТХ ).Предпроеê тные исследования

поê азали, что на п ó ти создания летательноãо аппарата верти-ê альноãо взлета, превосходящеãо

ê ратно по своим ЛТХ современ-ные и перспеê тивные вертолеты,нет техничесê и неразрешимых

проблем. Опыт и техничесê ий за- дел АО "Кронштадт" по разработ-ê е ê омплеê са с БЛА большой

продолжительности полета по-Рис. 3. Направление тяãи подъемно-пропó льсивных движителей

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


21

2–3. 2016

зволяют создать эê спериментальный образец

БЛА ВБ в достаточно ê оротê ие сроê и и опере- дить иностранных ê онêó рентов, заê репив за

нашей страной межд ó народный приоритет в ре-

ализации столь амбициозноãо проеê та совре-менной авиации.

Для достижения этой цели необходимо ó чи-тывать след ó ющие соображения:

создание эê спериментальноãо образца должно

базироваться на серийно вып ó сê аемом авиаци-онном двиãателе, тоã да с ó щественно снижаются

техничесê ий рисê и сроê и реализации проеê та;

таê тиê о-техничесê ие хараê теристиê и эê спе-риментальных образцов должны обеспечивать це-

лесообразность построения на их базе серийных аппаратов для применения в интересах воор ó жен-ных сил или выполнения авиационных работ.

Выполнена расчетная оценê а основных ТТХ

эê спериментальных образцов БЛА внеаэродром-ноãо базирования на базе дв ó х типов авиацион-ных двиãателей. В ê ачестве "базовых " выбраны

два авиадвиãателя: TS-100, ê оторый произво- дится фирмой "PBS Velka ́Bíteš" в Чехии, и отече-ственный ВК -800, серийное производство ê о-тороãо предполаãается в ОАО "Климов" (пред-

назначен для оснащения вертолетов АНСАТ,Ка-226, Ка-126, Ми-54).

Расчетные ТТХ эê спериментальных образцов

Расчеты основаны на оп ó блиê ованных про-изводителями хараê теристиê ах этих двиãателей.

В "тяжелом" варианте (с более мощным двиãа-телем) возможно достижение дальности полета

свыше 6000 ê м.Определен перечень ê ритичесê их задач и

технолоãий для создания БЛА ВБ:разработê а винтовентиляторноãо движителя,

обеспечивающеãо высоê ое значение тяãи, пол ó-чаемое с единицы мощности, с ê оэффициентом

полезноãо действия в ê рейсерсê ом полете не

менее 0,8;исследования по аэродинамиê е летательноãо

аппарата с изменяемым направлением веê тора

тяãи вентиляторных движителей;исследования по ó стойчивости и ó правляе-

мости ЛА выбранной схемы на всех режимах по-

лета, разработê а алãоритмов совместноãо ó прав- ления аэродинамичесê ими р ó лями и тяãовыми

аãреãатами силовой ó становê и;технолоãия проеê тирования и изãотовление

элементов планера из полимерных ê омпозит-ных материалов;

технолоãии робототехниê и, обеспечивающие

автономное применение БЛА ВБ. Летные испытания модели БЛА ВБ. Для оценê и

реализ ó емости предлаãаемых схемно-техниче-сê их решений специалистами АО "Кронштадт"создана масштабная летная модель- демонстра-тор БЛА "Фреãат" (рис. 4).

Техничесê ие хараê теристиê и летной модели

В период с ноября по деê абрь 2015 ã. прове- дена серия испытательных полетов модели в целях

исследований ó правляемости выбранной схемы

и демонстрации выполнения всех режимов по- лета. Выполнены более 30 полетов, в ê оторых мо- дель продемонстрировала достаточн ó ю ó стойчи-вость и ó правляемость. Было достиãн ó то выпол-нение моделью всех режимов полета:

вертиê альные взлет и посадê а;

Модель авиационноãо двиãателя . . . . TS-100 ВК -800Тип . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Т ó рбо-

вальныйТ ó рбо-вальный

Производитель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . "PBS Velka ́ Bíteš",Чехия

ОАО "Климов",Россия

Мощность, л.с.:взлетный режим . . . . . . . . . . . . . . . . 240 800ê рейсерсê ий режим . . . . . . . . . . . . . 450

Взлетная масса, êã:при вертиê альном взлете . . . . . . . . 500 1400при ê оротê ом взлете . . . . . . . . . . . . До 650 До 1800

Полезная наãр ó зê а, êã . . . . . . . . . . . . . До 125 До 300Размах ê рыла (со сложеннымиê онсолями), м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 (3) 7 (5) Диапазон сê оростей полета, ê м/ч . . . 0…600 0…700 Дальность полета, ê м . . . . . . . . . . . . . . До 1500 До 3000Продолжительность полета, ч . . . . . . До 4 До 7

Взлетная масса, êã . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Размах ê рыла, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2320 Длина, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2275Высота, мм. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 688 Диаметр подъемных возд ó шных винтов, мм . . . . . . . . . 394 Диаметр поворотноãо импеллера, мм . . . . . . . . . . . . . . . 70Маê симальная с ó ммарная тяãа дв ó х подъемно-маршевых движителей при Н = 0; V = 0, Н . . . . . . . . . . 140Маê симальная тяãа поворотноãо импеллера, Н . . . . . . 10

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


22

висение и маневрирование в режиме висения;

переход из режима висения в ãоризонталь-ный полет;

переход из ãоризонтальноãо полета в режим

висения;

взлет/посадê а по-самолетном ó;

ãоризонтальный полет и маневрирование в

полете по-самолетном ó.

Предлаãаемая аэродинамичесê ая схема обес-

печивает эффеê тивн ó ю работ ó движителей на ре-

жимах вертиê альноãо взлета и посадê и, а таê же

обеспечивает полет по-самолетном ó, вê лючая

взлет и посадêó на ВПП.

Схема приложения веê торов тяãи обеспечи-

вает достаточн ó ю ó стойчивость ЛА на режимах

вертиê альноãо взлета/посадê и, висения, набора

высоты и снижения летательноãо аппарата.

Предложенный способ поворота веê тора тяãи

движителей обеспечивает безопасные переход-

ные режимы. В режиме висения ó правление по

танãаж ó и рысê анию ос ó ществляется поворот-ным импеллером, ó становленным в хвостовой

части летательноãо аппарата.

В изãотовлении и испытаниях модели при-

няли ó частие специалисты авиационно-спор-тивноãо ê л ó ба "Р ó сДжет" (ã. Мосê ва).

Таê им образом, в рез ó льтате выполненных

АО "Кронштадт" исследовательсê их работ обо-снована схема перспеê тивноãо БЛА внеаэро-

дромноãо базирования. Поê азано, что на ó ров-не современных авиационных технолоãий теоре-тичесê и достижима дальность полета самолета

вертиê альноãо взлета, в 2—3 раза превосходя-щая дальность аппаратов вертолетноãо типа

при сопоставимых размерах . Создана летнаямодель БЛА ВБ, проведены испытания, в ходе

ê оторых достиãн ó то ó стойчивое выполнение

всех режимов полета, вê лючая переходные ре- жимы от висения ê ãоризонтальном ó полет ó по-самолетном ó и обратно, доê азана принци-пиальная реализ ó емость БЛА ВБ на базе пред-

ложенных схемных решений.


1. Ronald O'Rourke. V-22 Osprey Tilt-Rotor Aircraft:Background and Issues for Congress // CRS Reports for Congress, 2009.

2. Pierre Bienaime

. This Tilt-Rotor Aircraft Could BeThe Future Of The US Army's Helicopter Fleet // BusinessInsider, Jan. 21, 2015.

3. К ó рочê ин Ф.П. Проеê тирование и ê онстр ó иро-вание самолетов с вертиê альным взлетом и посадê ой.М.: Машиностроение, 1977. 224 с.

4. Павленê о В.Ф. Силовые ó становê и с поворотом

веê тора тяãи в полете. М.: Машиностроение, 1987.

5. Митрофович В.В., Шаров Д.В., Сó стин С. А ., Та-

расенê о М.М. Вентиляторы- движители дозв óê овых ле-тательных аппаратов и БПЛА вертиê альноãо взлета и

посадê и // 1- я межд ó народная ê онференция "Беспи- лотная авиация-2014".

6. Долженê ов Н.Н. и др. Летательный аппарат вер-тиê альноãо взлета и посадê и: Пат. 141669, 2014.

7. Долженê ов Н.Н., Воронов В.В. Инновационные

подходы в процессе создания ê омплеê сов с беспилот-ными летательными аппаратами в России // Общерос-сийсê ий на ó чно-техничесê ий ж ó рнал "Полет". 2014.№ 1. С. 30—36.

Рис. 4. Летная модель БЛА "Фреãат"

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


23

2–3. 2016

УДК 629.7

–ÓÁÁÊıÁˆÓı ÍˆÍ д ̄ ˙ÊÊ ˆÓÁ˙Ó˝ÍËÚÊˆÊ

Ê˙

¯˝

Ê ¤.ú. ‡ÊÓÔˆÓËÁˆÓ˘

Ó ® 25 Ô¯ÚÀ.Õ. ∆ ÍÏ˙Ê˝, ∆.œ. ‘˛ÛÈˆ


ежреãиональная общественная орãанизация "Российсê ая аê адемияê осмонавтиê и имени К .Э. Циолê овсê оãо" (РАКЦ) является вед ó щейна ó чно-общественной орãанизацией страны в области ê осмонавтиê и.

Идея создания отраслевой раê етно-ê осмичесê ой аê адемии принадлежитС.П. Королев ó, ê отор ó ю он высê азал еще в 60-х ãодах прошлоãо столетия.

Свою праê тичесêó ю реализацию этот замысел основоположниê а оте-чественной ê осмонавтиê и пол ó чил 28 марта 1991 ã., ê оã да в Мосê овсê омпланетарии по инициативе ãр ó ппы членов орãê омитета ежеãодных На ó ч-ных чтений имени К .Э. Циолê овсê оãо состоялось ó чредительное собраниеаê адемии. Создание и послед ó ющее развитие аê адемии сформировало ó с-

ловия для объединения, сохранения и при ó множения интеллеê т ó альноãопотенциала в одной из самых передовых отраслей знания человечества —ê осмонавтиê е.

В ó чреждении аê адемии аê тивное ó частие приняли А . Д. Урс ó л, Ф.П. Кос-молинсê ий, Б.И. Романенê о, А .Н. Мельниê ов, Е.И. К ó знец, В.Б. Малê ин,

В.П. Казневсê ий, A.M. Воробьев, A.M. Ниêó лин, B.В. Балашов, Б.Н. Кан-темиров и др.Первым Президентом РАКЦ был избран аê адемиê Молдавсê ой аê адемии

на óê Арê адий Дмитриевич Урс ó л. Под еãо р óê оводством и при непосред-ственном ó частии была проведена большая орãанизационная работа по ó ч-реждению и реãистрации аê адемии, сформ ó лированы основные направле-ния ее деятельности,определены стр óê т ó ра и состав тематичесê их отделений.

В оê тябре 1997 ã. РАКЦ возã лавил ê р ó пнейший ó ченый и ê онстр óê торраê етно-ê осмичесê ой техниê и аê адемиê РАН Владимир Федорович Утê ин,ê оторый внес мноãо новоãо в деятельность аê адемии, вê лючая созданиена ó чных центров при ê р ó пных проеê тных и на ó чных орãанизациях , добился

Рассêазано об образовании и п óти становления Межреãиональной общественной орãа-

низации " Российсêая аêадемия êосмонавтиêи имени К .Э . Циолêовсêоãо" ( РАКЦ ).У êазаныцели РАКЦ , а таêже основные рез ó льтаты ее деятельности за 25 лет с óществования.

Ключевые слова:êосмонавтиêа;аêадемия;на óчно-исследовательсêая работа;общест-

венная орãанизация; на óчная, приê ладная и образовательная êосмичесêая деятельность.

I.V. Barmin, B.A. Liashchuk. The Russian Academy Of Cosmonautics Named AfterK.E. Tsiolkovsky — 25 Years

Learn about the education and the ways of formation of the Interregional public organization"Russian Academy of cosmonautics named after K.E. Tsiolkovsky" (RAC). Indicates the objectivesof the RAC, as well as the main results of its activities for 25 years.

Keywords: space; Academy; research; community organization; scientific, applied and edu-cational space activities.

М

БАРМИНИãорь Владимирович — Президент Российсê ой

аê адемии ê осмонавтиê и имени К .Э.Циолê овсê оãо,

член-ê орреспондент РАН, профессор,

доê тор техн. на óê

ЛЯЩУК Борис Анатольевич —

вице-президентРоссийсê ой аê адемии ê осмонавтиê и имени

К .Э. Циолê овсê оãо

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


24

присвоения аê адемии наименования "Россий-сê ая", что является признанием достиженийаê адемии на правительственном ó ровне.

В 2000—2005 ãã. РАКЦ возã лавлял засл ó жен-

ный деятель на óê и РФ, доê тор техн. на óê Влади-мир Петрович Сенê евич. Под еãо р óê оводствомпродолжились системное орãанизационное раз-витие РАКЦ, рост численности ее состава. Былисозданы новые отделения и центры, в том числе зар ó бежом, расширены тематичесê ие направления.

В 2004 ã. был подãотовлен и представлен р ó-ê оводств ó Росê осмоса, РАН, Минобороны и Кос-мичесê их войсê итоãовый тр ó д всей аê адемии —аналитичесê ий доê лад " Состояние и перспеê ти-вы ê осмичесê ой деятельности России до 2030 ã.".

С оê тября 2005 ã. по ноябрь 2011 ã. аê адемию

возã лавлял аê адемиê РАН, доê тор техн. на óê,профессор, засл ó женный деятель на óê и РФ, ди-реê тор ФГУП "Центр Келдыша" Анатолий Са-зонович Коротеев.

В этот период были подãотовлены и подпи-саны соã лашения с Росê осмосом и Космиче-сê ими войсê ами о сотр ó дничестве в областиê осмичесê ой деятельности, проведена перере-ãистрация ряда орãанизационных доêó ментов,изменен и ó точнен Устав аê адемии, внесенысерьезные стр óê т ó рные изменения, нацеленныена повышение эффеê тивности ó частия аê адемии

в ê осмичесê ой деятельности.С ноября 2011 ã. аê адемию возã лавляет член-

ê орреспондент РАН, доê тор техн. на óê, про-фессор, засл ó женный деятель на óê и РФ, ãене-ральный ê онстр óê тор наземной ê осмичесê ойинфрастр óê т ó ры Иãорь Владимирович Бармин.

Почетными президентами аê адемии в разныеãоды были Владимир Павлович Бармин, Юрий

Алеê сеевич Яшин, Арê адий Дмитриевич Урс ó л,Юрий Ниê олаевич Коптев.

В настоящее время РАКЦ — это на ó чная ор-

ãанизация, решающая задачи использования иразвития наê опленноãо в ê осмонавтиê е на ó ч-но-техничесê оãо, социально-эê ономичесê оãои интеллеê т ó альноãо потенциалов в интересах России и межд ó народноãо сотр ó дничества.

Стр óê т ó ра аê адемии, представленная на ри-с ó нê е, состоит из 10 на ó чных отделений, воз-ã лавляемых аê адемиê ами-сеê ретарями. ЧленыРАКЦ, проживающие в реãионах России, объ-единены в восемь реãиональных отделений.Координацию и р óê оводство работами по раз-

личным направлениям деятельности ос ó ществ- ляют пять вице-президентов.

В настоящее время в аê адемии числятся∼1600 человеê, в том числе ∼40 действительных

членов и членов-ê орреспондентов РАН, свыше500 доê торов на óê, свыше 700 ê андидатов на óê.Высшим р óê оводящим орãаном РАКЦ яв-

ляется Конференция делеãатов от на ó чных и ре-ãиональных отделений.

Конференция избирает президента, вице-президентов и Президи ó м аê адемии, из составаê отороãо избирается Бюро Президи ó ма.

Постоянное и оперативное р óê оводство ра-ботой аê адемии ос ó ществляет исполнительныйаппарат, возã лавляемый вице-президентом поорãанизационным вопросам — исполнительным

диреê тором РАКЦ.В соответствии с Уставом целями Российсê ой

аê адемии ê осмонавтиê и имени К .Э. Циолê ов-сê оãо являются:

содействие ê омплеê сном ó исследованию про-блем ê осмонавтиê и, соответств ó ющих задачамсеãодняшнеãо дня и перспеê тивам в области че-

ловечесê ой и национальной деятельности, сис-темном ó анализ ó состояния и перспеê тив раз-вития ê осмичесê ой на óê и и техниê и, решениюотдельных ф ó ндаментальных и приê ладных проблем в области ê осмонавтиê и;

ос ó ществление на ó чной пропаãанды и рас-пространение знаний о ê осмосе и ê осмичесê ой

деятельности и их значении для человечества,об использовании ê осмичесê ой техниê и и техно-

лоãий для познания Вселенной и выполненияпраê тичесê их задач эê ономиê и, хозяйствованияи обороны страны, решения ã лобальных эê олоãи-чесê их проблем, сохранения и восстановлениясреды обитания биолоãичесê ой жизни на Земле;

сохранение и при ó множение достижений на-шей страны в исследовании, освоении и ис-

пользовании ê осмоса.С 2006 ã. на ó чно-техничесê ая деятельностьРАКЦ была в основном направлена на ос ó-ществление сотр ó дничества в области ê осмиче-сê ой деятельности с Росê осмосом и Космиче-сê ими войсê ами России. А ê адемией проводи-

лись ф ó ндаментальные и поисê овые работы послед ó ющим основным направлениям:

ê омплеê сный анализ состояния и перспеê тивразвития российсê ой и зар ó бежной ê осмонав-тиê и до 2030 ã.;

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


25

2–3. 2016

решение ряда ф ó ндаментальных и приê лад-ных проблем развития ê осмонавтиê и, проведе-ние независимых на ó чно-техничесê их эê спер-тиз ê осмичесê их проеê тов и проãрамм, а таê же

правовой и нормативно-техничесê ой доêó мен-тации по ê осмонавтиê е;

формирование единой и дост ó пной для ши-роê их слоев общества информационной среды

в области ê осмичесê ой деятельности России,специализированных и на ó чных проãрамм, вê лю-

чая элеê тронное об ó чение и дистанционное на- ó чное образование;

ê омплеê сные исследования проблемных воп-росов развития ê лючевых технолоãий энерãети-чесê оãо обеспечения перспеê тивных ê осмиче-сê их средств;

межд ó народная деятельность в рамê ах соã ла-шений и доãоворов по на ó чно-техничесê ой и обра-зовательной деятельности с соответств ó ющими

тематичесê ими орãанизациями зар ó бежных стран.

По этим направлениям выполнен большойобъем НИР, вып ó щены более 100 на ó чно-техни-чесê их отчетов в рамê ах Федеральной ê осмиче-сê ой проãраммы. Все представляемые материалыНИР обс ó ждались на совместных заседаниях заê азчиê а и аê адемии.

Наиболее значимыми можно считать рез ó ль-таты, пол ó ченные в ходе выполнения след ó ю-щих НИР:

1. "Комплеê сный сравнительный анализ и

обоснование приоритетных направлений разви-тия ê осмичесê их средств и технолоãий на даль-нюю перспеê тив ó ( до 2030—2040 ãã.) с ó четомроссийсê их и зар ó бежных достижений в раз-

личных областях на óê и и техниê и".

Работа выполнялась по заê аз ó ФГУП"ЦНИИмаш" под на ó чным р óê оводством аê а-

демиê а РАН В.П. Леãостаева. В течение ряда летбыли проведены исследования по формирова-нию долãосрочных проãрамм создания ê осми-чесê их средств новоãо поê оления на основе

Стрóê тó ра МОО "РАКЦ" (апрель 2016 ã.)

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


26

синтеза на ó чно-техничесê их решений в различ-ных областях знаний и использования новей-ших технолоãий, ê асающихся след ó ющих ê ос-мичесê их систем:

наблюдения и дистанционноãо зондирования;связи и телевещания, высоê оточных навиãа-ционных и ê оординатно-метричесê их систем;

наземных систем проãноза землетрясений иã лобальноãо реаãирования на ã лобальные ê ата-строфы;

ê онтроля засоренности орбит и средств обес-печения расчистê и орбит, ó даления особо опас-ных радиоаê тивных отходов;

борьбы с астероидной опасностью.В рез ó льтате этих исследований были выданы

реê омендации по построению, прежде всеãо,

высоê оэффеê тивных систем ê онтроля и проãно-зирования чрезвычайных сит ó аций природноãои техноãенноãо хараê тера.

Др óãим значительным рез ó льтатом прове- денных исследований в рамê ах данной темы яв- ляются ê онê ретные предложения по развитиюотечественных перспеê тивных средств теле-ê омм ó ниê аций и связи ê осмичесê оãо базирова-ния, ê оторые частично ó же находятся в стадиипраê тичесê ой реализации.

В развитие пол ó ченноãо задела были прове- дены проеê тно-поисê овые исследования по

определению облиê а Межд ó народной аэроê ос-мичесê ой системы ã лобальноãо мониторинãа(МАКСМ). Поê азано, что МАКСМ создается вцелях обеспечения своевременноãо пред ó преж -

дения мировоãо сообщества о ãрозящих стихий-ных бедствиях , а таê же чрезвычайных сит ó ациях техноãенноãо и природноãо хараê тера. Причемотличительной особенностью предложений, раз-работанных в проеê те, является идея ê омплеê с-ноãо использования всех имеющихся в мировомсообществе средств ê осмичесê оãо мониторинãа.

Впервые была выдвин ó та идея надãос ó дар-

ственноãо построения данной системы. То естьне д ó блирование ãос ó дарственных орãанов ê онт-роля оê р ó жающей среды, а ãибê ое взаимодей-ствие с ними в целях эффеê тивноãо решенияобщечеловечесê их задач обеспечения безопас-ности. Приведен детальный анализ националь-ных средств ê осмичесê оãо мониторинãа разных ãос ó дарств и разработаны эффеê тивные средстваи правовые нормы общесистемноãо взаимодей-ствия на надãос ó дарственном ó ровне при реше-нии ã лобальных задач обеспечения безопаснос-

ти человечесê ой цивилизации. В этом смыслеэта работа является несомненно новаторсê ой,имеющей больш ó ю перспеê тив ó ê аê в нацио-нальном, таê и в межд ó народном плане.

2. "Системные и поисê овые исследования пообоснованию техничесê их решений и определе-нию проеê тноãо облиê а ê осмичесê их средствновоãо поê оления на дальнюю перспеê тив ó".

Работа выполнялась по заê аз ó ФГУП "ЦентрКелдыша" под на ó чным р óê оводством аê адемиê аРАН Н.Н. Пономарева-Степноãо. Были обосно-ваны основные техничесê ие решения по форми-рованию транспортно-энерãетичесê оãо мод ó ля набазе ядерной энерãетичесê ой ó становê и. Разрабо-таны предложения по созданию межорбитальноãоб óê сира с ядерной энерãетичесê ой ó становê ой,

предназначенноãо для очистê и оê олоземных ор-бит от ê осмичесê оãо м ó сора. Представлены пред- ложения по методам эê спериментальной отработ-ê и óê азанных средств. Предложен алãоритм опти-мальноãо ó правления выведением транспортноãоê осмичесê оãо аппарата на ãеостационарн ó ю ор-бит ó в заданн ó ю точêó стояния.

Изложены предложения по созданию рас-пределенной мноãопроцессорной вычислитель-ной системы с с ó пер-ЭВМ для разработê и и ис-следований ê осмичесê ой ядерной энерãетиче-сê ой ó становê и. Проведены систематизация и

анализ материалов по проблеме ó тилизациитепловых потоê ов большой мощности в ê осми-чесê их энерãо ó становê ах .

Все перечисленные разработê и обладают с ó-щественной новизной и имеют больш ó ю перс-пеê тив ó для дальнейшеãо развития.

3. " Анализ проблемных вопросов развитияê лючевых технолоãий энерãетичесê оãо обеспе-чения перспеê тивных ê осмичесê их средств".

Работа выполнялась под на ó чным р óê оводст-вом аê адемиê а РАН А .С. Коротеева. Пол ó ченырез ó льтаты системноãо анализа схем холодильни-

ê ов-изл ó чателей, в рез ó льтате ê отороãо определе-на область эффеê тивноãо использования ê апель-ных холодильниê ов-изл ó чателей (КХИ), прове-

ден параметричесê ий анализ рабочеãо процессав этих ó стройствах . На основании выполненных исследований предложена ê омпоновê а КХИ в со-ставе ядерной энерãетичесê ой ó становê и меãават-тной мощности на ê осмичесê ом аппарате.

4. "Комплеê сное исследование проблем ê ад-ровоãо обеспечения предприятий. Разработê апредложений и реê омендаций по правовым,

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


27

2–3. 2016

социально-эê ономичесê им и финансовым ме-ханизмам заê репления ê адров на предприятиях раê етно-ê осмичесê ой промышленности".

Работа выполнялась по заê аз ó ФГУП

"ЦНИИмаш" под на ó чным р óê оводством чле-на-ê орреспондента РАН О.М. Алифанова.По рез ó льтатам исследований даны предло-

жения и реê омендации по правовым, социальными эê ономичесê им механизмам заê репления ê ад-ров на предприятиях раê етно-ê осмичесê ой про-мышленности. Разработаны циê лы ó чебно- леê-ционных материалов по переподãотовê е ê адров.Новыми являются предложения по использова-нию ó ниверситетсê их сп ó тниê ов в общеобразова-тельных проãраммах подãотовê и и переподãо-товê и ê адров в ó ниверситетах и на предприятиях

раê етно-ê осмичесê ой промышленности. Раз-работаны типовые проеê ты общеобразователь-ноãо наносп ó тниê а.

В послед ó ющие ãоды были выполнены исданы заê азчиê ам след ó ющие НИР:

"Разработê а предложений в ê онцепт ó альные доêó менты по развитию ê осмичесê ой деятель-ности России на период до 2030 ã. и ó точнениестратеãичесê их целей и таê тичесê их задач отече-ственной ê осмичесê ой деятельности по реализа-ции первоочередноãо этапа транспортно-техни-чесê оãо обсл ó живания перспеê тивных ê осмиче-

сê их аппаратов различноãо назначения";"Разработê а предложений по развитию мето- дов и форм элеê тронноãо об ó чения при подãо-товê е инженерных ê адров для РКП по профиль-ным направлениям баê алавриата в ó словиях обеспечения выполнения требований Федераль-ных ãос ó дарственных образовательных стан-

дартов высшеãо профессиональноãо образова-ния и введенноãо в действие Федеральноãо за-ê она № 273-ФЗ "Об образовании в Российсê ойФедерации" (НИР "Маãистраль");

" Анализ с ó ществ ó ющих проãрамм иннова-

ционноãо развития предприятий раê етно-ê ос-мичесê ой промышленности, задач и ф ó нê цийинстит ó тов развития и поддерж ê и инновацион-ной деятельности, разработê а предложений посозданию автоматизированной системы ó прав-

ления инновационными проеê тами Росê осмоса";"Создание эê спериментальноãо проãраммно-

ãо ê омплеê са ó чета объеê тов интеллеê т ó альнойсобственности и инновационноãо на ó чно-тех -ничесê оãо задела в области создания перспеê-тивных ê осмичесê их и наземных средств ДЗЗ".

В 2006 ã. вышла в свет изданная аê адемиейê ниãа "Пилотир ó емая эê спедиция на Марс", со-

держащая первое систематизированное изло- жение истории ê онцепций и проеê тов пилоти-

р ó емой эê спедиции на Марс. Ее создал большойавторсê ий ê оллеê тив под общей редаê цией Пре-зидента РАКЦ аê адемиê а РАН А .С. Коротеева.

В ê ниãе излаãается современный российсê ийпроеê т пилотир ó емой эê спедиции на Марс —"МЭК ". Обс ó ждаются основные проблемы, вê лю-чая медицинсê ие, предлаãаются п ó ти их реше-ния с ó четом опыта советсê ой, российсê ой имежд ó народной ê осмонавтиê и. Поê азано влия-ние технолоãий, разрабатываемых для эê спеди-ции на Марс, вê лючая ядерные, на проãрамм ó создания л ó нной базы и эффеê тивной ê осмиче-

сê ой транспортной системы.В этой ê ниãе обобщен почти пол ó веê овойопыт проведенных в России и за р ó бежом меж -планетных эê спедиций. Работа является пер-вой в мире по охват ó и ã л ó бине поднятых воп-росов и несомненно представляет интерес дляспециалистов раê етно-ê осмичесê ой отрасли, всех тех , ê то интерес ó ется историей и перспеê тива-ми исследований ê осмичесê оãо пространства.

В мае 2008 ã. в Королёве работала перваясовместная ê онференция "Космос для человече-ства". Орãанизаторами ê онференции были Меж -

д ó народная аê адемия астронавтиê и (МАА ) иРАКЦ. В ê онференции ó частвовали оê оло 500 де- леãатов, в том числе представители из 15 стран дальнеãо и ближнеãо зар ó бежья, национальных ê осмичесê их аãентств Белор ó ссии, Казахстана иУ ê раины. Были засл ó шаны более 300 доê ладовпо аê т ó альным вопросам современноãо ê осмоса.

На пленарном заседании с доê ладами выст ó-пили Президент РАКЦ аê адемиê РАН А .С. Ко-ротеев, ãенеральный сеê ретарь МАА доê тор

Жан Мишель Контан, Президент и ãенераль-ный диреê тор ê омпании EADS SPACE Trans-

portation Шармо Ален, вице-президент ê омпа-нии Arianespace Жаê Бретон, начальниê НИИ"ЦПК имени Ю. А . Гаãарина" В.В. Циблиев, р ó-ê оводители ряда ê р ó пных орãанизаций раê ет-но-ê осмичесê ой отрасли России и вед ó щих ê ос-мичесê их держав.

В июле 2010 ã. в Риãе прошел второй Межд ó-народный специализированный симпози ó м"Космос и ã лобальная безопасность человече-ства", орãанизованный МАА и Российсê ой аê а-

демией ê осмонавтиê и имени К .Э. Циолê овсê оãо

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


28

и пол ó чивший поддерж êó со стороны ряда ор-ãанизаций ООН, национальных ê осмичесê их аãентств, правительства и парламента Респ ó б-

лиê и Латвия, Российсê оãо внешнеполитиче-

сê оãо ведомства и др.На симпози ó ме продолжилось обс ó ждениепроблемы создания Межд ó народной аэроê осми-чесê ой системы ã лобальноãо мониторинãа ê аê системы, предназначенной для эффеê тивноãопроãнозирования чрезвычайных сит ó аций при-родноãо и техноãенноãо хараê тера, ã лобальных óã-роз в ê осмосе и из ê осмоса посредством интеãра-ции всей имеющейся информации о состоянииионосферы, атмосферы и литосферы Земли,а таê же оê олоземноãо ê осмичесê оãо пространства.

В апреле 2011 ã. в Кал óãе Российсê ой аê аде-

мией ê осмонавтиê и имени К .Э. Циолê овсê оãосовместно с Правительством Кал ó жсê ой областибыла проведена Межд ó народная на ó чно-праê ти-чесê ая ê онференция "Человеê —Земля —Космос".Эта ê онференция проводилась в соответствии с"Планом основных мероприятий по празднова-нию 50- летия полета в ê осмос Ю. А . Гаãарина", ó твержденным Председателем ПравительстваРоссийсê ой Федерации В.В. П ó тиным 17 марта2010 ã. В работе ê онференции приняли ó частие630 человеê, в том числе прибывшая по приã ла-шению РАКЦ делеãация Китайсê оãо общества

ê осмонавтиê и (CSA). С видеоприветствием ê ó частниê ам ê онференции обратился ê омандирэê ипажа 27-й эê спедиции на МКС Д.Ю. Конд-ратьев. В адрес ê онференции пост ó пило привет-ствие В.В. П ó тина, ê оторое оã ласил заместительãó бернатора Кал ó жсê ой области Н.В. Любимов.

С приветствиями ê ó частниê ам ê онференцииобратились Председатель Заê онодательноãособрания Кал ó жсê ой области В.С. Баб ó рин, за-меститель Р óê оводителя Федеральноãо ê осми-чесê оãо аãентства В. А . Давыдов, члены первоãоотряда ê осмонавтов Б.В. Волынов и В.В. Гор-

батê о, летчиê-ê осмонавт СССР В. А . Джанибе-ê ов, летчиê-ê осмонавт, ãражданин ВенãрииБерталан Фарê аш, начальниê НИИ "ЦПК имени Ю. А . Гаãарина" В.К . Криê алев, вице-президент, исполнительный сеê ретарь Китай-сê оãо общества ê осмонавтиê и Ян Цзюньх ó а.Прошли заседания в четырех тематичесê их сеê-циях ê онференции:

философсê ие аспеê ты первоãо в мире поле-та человеê а в ê осмос, ê осмонавтиê а и ó стойчи-вое развитие общества;

раê етно-ê осмичесê ая промышленность,вê лад российсê их ó ченых и ê онстр óê торов вподãотовêó и ос ó ществление пилотир ó емых по-

летов в ê осмос;

новые технолоãии и на ó чно-техничесê ие ре-шения в раê етно-ê осмичесê ой промышлен-ности и перспеê тивы их использования, проеê тмежд ó народной аэроê осмичесê ой системы ã ло-бальноãо мониторинãа;

аэроê осмичесê ое образование и молодеж -ные проеê ты.

На сеê ционных заседаниях были засл ó шаныболее 90 доê ладов. Материалы доê ладов оп ó б-

лиê ованы в Кал óãе издательством "Ваш дом".Продолжалась работа по оптимизации стр óê-

т ó ры и расширению связей РАКЦ с реãионами.

В 2012 ã., ó читывая весомый вê лад на ó чноãосообщества Казани в развитие ê осмонавтиê и,а таê же ходатайство р óê оводства Казансê оãо на-циональноãо исследовательсê оãо техничесê оãо ó ниверситета имени А .Н. Т ó полева, было обра-зовано Казансê ое реãиональное отделение РАКЦ,а в 2013 ã. по просьбам р óê оводства Ам ó рсê ойобласти, в ó зов Дальнеãо Востоê а, работниê овстроящеãося ê осмодрома Восточный — Вос-точное реãиональное отделение.

В связи с обращением р óê оводства ОАО"РКК "Энерãия" в 2015 ã. решением Президи ó ма

РАКЦ была проведена частичная реорãаниза-ция: образовано на ó чное отделение "Пилоти-р ó емая ê осмонавтиê а и медиê о-биолоãичесê иепроблемы пилотир ó емой ê осмонавтиê и". В неãовошли на ó чные отделения "Медиê о-биолоãи-чесê ие проблемы авиации и ê осмонавтиê и"(ИМБП РАН); "Подãотовê а ê осмонавтов, стен-

дово-тренировочная база, деятельность человеê ав ê осмосе" (ФБГУ "ЦПК имени Ю. А . Гаãарина"),а таê же сеê ция "Космичесê ое машиностроениеи проблемы проеê тирования пилотир ó емых ê осмичесê их аппаратов и систем" (ОАО "РКК

"Энерãия") из на ó чноãо отделения "Космичесê оемашиностроение и проеê тирование ê осмичесê их систем". А ê адемиê ом-сеê ретарем новоãо отде-

ления избран член-ê орреспондент РАН, замес-титель ãенеральноãо ê онстр óê тора ОАО "РКК "Энерãия" В. А . Соловьев.

В 2015 ã. подãотовлена ê изданию новая ре- даê ция справочниê а РАКЦ.

В целях ó силения на ó чно-техничесê оãо по-тенциала раê етно-ê осмичесê ой отрасли, ê онсо-

лидации имеющихся на ó чных шê ол, обеспече-

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


29

2–3. 2016

ния ê ачественно новоãо ó ровня развития отече-ственной ê осмонавтиê и была проведена работапо реорãанизации РАКЦ в общественно-ãос ó-

дарственн ó ю орãанизацию "Российсê ая аê аде-

мия ê осмонавтиê и имени К .Э. Циолê овсê оãо".Члены аê адемии аê тивно ó частв ó ют в работеКоролёвсê их и Циолê овсê их чтений, в общест-венно-на ó чных чтениях , посвященных памятиЮ. А . Гаãарина. Кроме тоãо, они аê тивно ó част-в ó ют в подãотовê е и проведении след ó ющих ме-роприятий:

Козловсê их чтений (Поволжсê ое реãиональ-ное отделение, сентябрь, Самара);

Т ó полевсê их чтений (Казансê ое реãиональ-ное отделение, оê тябрь, Казань);

Первой Всесоюзной на ó чно-праê тичесê ой

ê онференции "Космодром Восточный и перс-пеê тивы развития российсê ой ê осмонавтиê и"(Восточное реãиональное отделение, июнь,Блаãовещенсê);

Межд ó народной на ó чно-праê тичесê ой ê он-ференции "Пилотир ó емые полеты в ê осмос"(на ó чное отделение "Подãотовê а ê осмонавтов,стендово-тренировочная база, деятельность че-

ловеê а в ê осмосе", ноябрь, Звездный ãородоê);Третьей межд ó народной ê онференции "На-

ó чные и технолоãичесê ие эê сперименты на ав-томатичесê их КА и малых сп ó тниê ах " (Поволж -

сê ое реãиональное отделение, сентябрь, Самара).Большая работа проводилась членами аê а- демии в области образовательной и просвети-тельсê ой деятельности, в перв ó ю очередь средишê ольниê ов и ст ó дентов в ó зов. Ул ó чшилосьвзаимодействие с Российсê им ãос ó дарственнымархивом на ó чно-техничесê ой доêó ментации повопросам привлечения молодежи ê из ó чениюистории ê осмонавтиê и, ó частия ветеранов в из-

дании мем ó арной литерат ó ры.В 2011 ã. от Российсê ой аê адемии ê осмонав-

тиê и имени К .Э. Циолê овсê оãо премию Прави-

тельства Российсê ой Федерации имени Ю. А . Га-ãарина в области ê осмичесê ой деятельности по- л ó чил авторсê ий ê оллеê тив под р óê оводствомвице-президента РАКЦ, члена-ê орреспондентаРАН О.М. Алифанова за циê л на ó чно-методи-чесê их работ по формированию и праê тичесê ойреализации инновационных образовательных проãрамм и пропаãандистсê их проеê тов для ê ад-ровоãо обеспечения ê осмичесê ой деятельности.

В 2016 ã. два авторсê их ê оллеê тива от Рос-сийсê ой аê адемии ê осмонавтиê и имени К .Э. Ци-

олê овсê оãо пол ó чили премии ПравительстваРоссийсê ой Федерации имени Ю. А . Гаãарина вобласти ê осмичесê ой деятельности:

под р óê оводством члена Президи ó ма РАКЦ,

аê адемиê а РАН А .С. Коротеева за ê омплеê с тр ó- дов в области ãó манитарноãо, архивноãо и на ó ч-но-технолоãичесê оãо наследия ê осмичесê ой дея-тельности России, способств ó ющих вовлечению вêó льт ó рный, образовательный и на ó чный обо-рот историчесê и достоверных общедост ó пных информационных рес ó рсов о ê осмонавтиê е;

под р óê оводством аê адемиê а РАКЦ В. Л. Ива-нова за орãанизацию разработê и и создания ра-ê етно-ê осмичесê ой техниê и, использование ре-з ó льтатов ê осмичесê ой деятельности на базе сис-темы ê осмичесê их средств двойноãо назначения.

19 марта 2015 ã. проведена XVI ê онференцияРАКЦ, на ê оторой был ó точнен состав Прези-

ди ó ма РАКЦ. В Президи ó м аê адемии избраныаê адемиê РАН Е. А . Миê рин, члены-ê орреспон-

денты РАН Ю.М. Бат ó рин, В. А . Соловьев, пер-вый заместитель ãенеральноãо диреê тора Гос-ê орпорации по ê осмичесê ой деятельности"Росê осмос" А .Н. Иванов, доê тора техн. на óê М.И. Маê аров, Д.К . Драãó н, В.Ю. Клюшниê ов.На ê онференции избраны 20 действительных членов и 35 членов-ê орреспондентов аê адемии,

среди ê оторых 17 доê торов и 21 ê андидат на óê. Наê онференции были определены основные задачиаê адемии на теêó щий ãод.

С на ó чным доê ладом "Миссия ê ê омете Ч ó-рюмова — Герасименê о" на ê онференции вы-ст ó пил вице-президент РАН, диреê тор ИКИРАН, аê адемиê-сеê ретарь на ó чноãо отделения"Физиê а ê осмоса" РАКЦ Л.М. Зеленый.

В настоящее время в связи с ó тверждениемФедеральной ê осмичесê ой проãраммы (ФКП2016—2025) аê адемия проводит подãотовитель-н ó ю работ ó по формированию перечня НИР,ê оторые предварительно были обс ó ждены в на- ó чных и реãиональных отделениях РАКЦ ипредложены потенциальным заê азчиê ам.

А ê адемия, обладающая ó ниê альным ê адро-вым и на ó чным потенциалом, имеет целый рядпроработоê по на ó чным направлениям, связан-ным с повышением техничесê ой и эê ономиче-сê ой эффеê тивности вновь создаваемых и с ó-ществ ó ющих средств дост ó па в ê осмичесê оепространство.

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


30

УДК 629.7

”ÎÚÊ˙ÊÙÍ˚Ê˛ Î¯Ï¯Ô¯ÚÍ

ˆÓÁ˙

Ê¸¯ÁˆÓ˘

Ó ÍÎÎÍÏÍÚÍ Á ùÔ¯ˆÚÏÓÏÍˆ¯Ú˝

Óı

д ËÊ˘ÍÚ¯ÔÒ˝Óı ÈÁÚÍ˝ÓËˆÓı ˆ »ÎÊÚ¯ÏÈ

fl.Ã. KÓ˝ÁÚÍ˝ÚÊ˝ÓË, flÊ˝ ◊ ̄ ı˝

E-mail: [email protected]; [email protected]

настоящее время анализир ó ются несê ольê о проеê тов исследования

Юпитера и еãо сп ó тниê ов. Во всех этих проеê тах рассматривается

возможность использования одноãо или несê ольê их ãравитацион-ных маневров, выполняемых ó Земли, Венеры и Марса. Таê ое использова-ние позволяет при оãраниченных возможностях транспортной системы до-ставить в оê рестность Юпитера КА достаточно большой массы в целях про-ведения большоãо объема на ó чных исследований.

Возможность ó величения массовой эффеê тивности проеê та возниê ает

при использовании на межпланетных перелетах элеê трораê етной двиãа-тельной ó становê и (ЭРДУ ). За счет высоê оãо ó дельноãо имп ó льса таê ой ó с-тановê и ó дается ó меньшить треб ó емый запас топлива и, следовательно,

дополнительно ó величить масс ó КА , доставляемоãо в оê рестность планеты

назначения.В проеê тах для исследования Юпитера рассматриваются различные

маршр ó ты полета КА ê Юпитер ó. Часто исслед ó ется маршр ó т с тремя ãра-витационными маневрами "VEEGA" (Venus — Earth — Earth Gravity As-sists). По-видимом ó, таê ой маршр ó т б ó дет использован для миссии Евро-пейсê оãо ê осмичесê оãо аãентства (ESA) JUICE [1].

На основе разработанноãо метода оптимизации межпланетноãо перелета êосмиче-сêоãо аппарата ( КА ), вê лючающеãо последовательность ã равитационных маневров,

проанализированы хараêтеристиêи миссии êЮпитер ó.Предполаãается, что КА осна-

щен элеêтрораêетной двиãательной óстановêой, êоторая обеспечивает ãелиоцентри-

чесêий перелет Земля—Земля для реализации первоãо ã равитационноãо маневра óЗемли.Ключевые слова: êосмичесêий аппарат; межпланетный перелет; ã равитационный

маневр; элеêтрораêетная двиãательная óстановêа; оптимизация траеêтории.

M.S. Konstantinov, Min Thein. Optimization Of The Trajectory To Jupiter Of Space-craft With Electric Rocket Propulsion System

On the basis of method of optimization of the interplanetary trajectories of spacecraft, com- prising the sequence of gravitational maneuvers, analyzed the characteristics of the mission toJupiter. It is assumed that the spacecraft is equipped with electric rocket propulsion system, which

provides a heliocentric flight Earth — Earth for the first gravity-assist maneuver from Earth.

Keywords: spacecraft; interplanetary flight; gravity-assist maneuver; electric rocket propulsion system; optimization of the trajectories.

В

КОНСТАНТИНОВМихаил Серãеевич —

профессорМосê овсê оãо

авиационноãо инстит ó та (национальноãо

исследовательсê оãо ó ниверситета),

доê тор техн. на óê

ТЕЙН Мин — доê торант

Мосê овсê оãоавиационноãо инстит ó та

(национальноãоисследовательсê оãо ó ниверситета),

ê андидат техн. на óê

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


31

2–3. 2016

Использование одноãо или дв ó х ãравитаци-онных маневров ó Земли при полете ê Юпитер ó исследовано в статьях [2—6]. В России в рамê ах

проеê та " Лаплас-П" рассматриваются несê оль-

ê о схем реализации доставê и КА в оê рестностьЮпитера.

В ряде работ исследована ó помян ó тая схема

полета с маршр ó том "VEEGA". Эта схема анали-зир ó ется в статье ê оллеê тива авторов из НПО

имени Лавочê ина и Инстит ó та ê осмичесê их ис-следований РАН [7]. В рамê ах описанной здесь

схемы на всех четырех ãелиоцентричесê их ó ча-стê ах траеê тории не предполаãается работа ê а-ê ой- либо маршевой двиãательной ó становê и.Хараê теристиê и схемы ( дата старта, даты всех

трех ãравитационных маневров и их параметры, дата подлета КА ê Юпитер ó, веê тор ãиперболи-чесê оãо избытê а сê орости при старте от Земли)выбраны таê ими, что КА достиãает оê рестности

Юпитера без вê лючений маршевой двиãатель-ной ó становê и.

В настоящей статье при использовании при

старте от Земли той же транспортной системы

(на базе раê еты-носителя "Протон-М") проана- лизирована возможность ó меньшить треб ó емый

при старте от Земли ãиперболичесê ий избытоê сê орости за счет добавления еще одноãо ãрави-тационноãо маневра ó Земли. Добавляемый ãра-витационный маневр ó Земли является первым

ãравитационным маневром для рассматривае-моãо маршр ó та (Земля — Земля — Венера —Земля — Земля — Юпитер).

На траеê тории первоãо ãелиоцентричесê оãо

перелета Земля — Земля предполаãается работа

элеê трораê етной двиãательной ó становê и. Имен-но она обеспечивает подлет ê Земле с относитель-

но большим ãиперболичесê им избытê ом сê орос-ти (с ó щественно бо ´ льшим ãиперболичесê оãо из-бытê а сê орости при старте от Земли). Проводится

сравнение схемы полета с добавленным ãравита-ционным маневром и использованием ЭРДУ на

первом ãелиоцентричесê ом перелете co схемой,ê оторая анализировалась ранее [7].

Целью проведенноãо в данной работе исследо-вания является оценê а возможноãо ó величения

массы КА , доставляемоãо в оê рестность Юпи-

тера, при использовании дополнительноãо ó част-ê а ãелиоцентричесê оãо перелета Земля — Земля

(с работающей элеê трораê етной двиãательной

ó становê ой) и дополнительноãо ãравитацион-

ноãо маневра ó Земли. При этом траеê тория пе-релета после первоãо ãравитационноãо маневра

ó Земли считалась очень близê ой ê траеê тории

КА , названноãо в статье [7] ê осмичесê им аппа-ратом № 1. То есть дата первоãо ãравитацион-ноãо маневра ó Земли была выбрана праê тиче-сê и равной (с точностью до одних с ó тоê) дате

старта, приведенной в [7].Первый ãравитационный маневр ó Земли

обеспечивает почти таê ой же веê тор ãиперболи-чесê оãо избытê а сê орости (еãо значение ó мень-

шено всеãо на 9 м/с), ê оторый обеспечиваетсяпри старте от Земли. Все хараê теристиê и после-

д ó ющей траеê тории с небольшой "поãрешностью"совпадают. Возможно, эти поãрешности связаны

с небольшим отличием хараê теристиê использ ó е-моãо "планетария" или с ã л ó биной использ ó е-мых алãоритмов оптимизации траеê тории. Срав-нивать рез ó льтаты численноãо анализа исследо-ванной авторами схемы полета с рез ó льтатами,оп ó блиê ованными в [7], мы посчитали неê ор-реê тным и поставили задач ó пол ó чить собст-

венные рез ó льтаты для маршр ó та перелета, ис-пользованноãо в [7].

При анализе рассмотренноãо маршр ó та ис-польз ó ется разработанный ориãинальный ме-тод оптимизации, частично описанный в [6].

Описание исследуемого маршрута

Раê ета-носитель выводит КА на базов ó ю оê о- лоземн ó ю орбит ó. Затем химичесê ий разãонный

блоê обеспечивает отлет КА от Земли с неболь-

шим выбираемым значением ãиперболичесê оãоизбытê а сê орости (1,3 ê м/с) и отделяется от КА .

Солнечная элеê трораê етная двиãательная ó с-тановê а обеспечивает ãелиоцентричесê ий перелет

Земля — Земля для реализации первоãо ãрави-тационноãо маневра ó Земли. Гиперболичесê ий

избытоê сê орости при первом ãравитационном

маневре ó Земли составляет оê оло 3,46 ê м/с. Дальнейший маршр ó т с несê ольê ими ãрави-

тационными маневрами ó Венеры и Земли не

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


32

треб ó ет работы маршевой двиãательной ó ста-новê и. Выполняются всеãо четыре ãравитацион-ных маневра (ó Земли, ó Венеры и затем еще два

последовательных ãравитационных маневра ó

Земли). Третий ãравитационный маневр обес-печивает перевод КА на ãелиоцентричесêó ю ор-бит ó, резонансн ó ю с орбитой Земли.

Третий и последний (четвертый) ãравитаци-онные маневры выполняются с большим ãипер-боличесê им избытê ом сê орости (более 10 ê м/с).Хараê теристиê и ãравитационных маневров обес-печивают доставêó КА в оê рестность Юпитера

с небольшим ãиперболичесê им избытê ом сê о-рости при подлете ê нем ó (оê оло 5,9 ê м/с).

Движение КА в оê рестности Юпитера не

анализир ó ется, чтобы избежать неточностеймассовой модели КА и еãо химичесê ой двиãа-тельной ó становê и, использ ó емой для торможе-ния в оê рестности Юпитера. Критерием опти-мизации является масса КА , доставляемоãо в

оê рестность Юпитера.

Математические модели для анализа траектории полета

Для всех ó частê ов траеê тории межпланетно-

ãо перелета использ ó ются доп ó щения методаãрависфер н ó левой протяженности; ãравитаци-онные поля Солнца и планет считаются цент-ральными ньютоновсê ими.

При описании движения КА с ЭРДУ значе-ния тяãи и ó дельноãо имп ó льса ЭРДУ принима-ются постоянными на всех ó частê ах работы

ЭРДУ . Доп ó сê ается произвольное число вê лю-чений двиãателя и не вводится оãраничений на

направление веê тора тяãи.

При описании ãравитационных маневров ис-

польз ó ются две модели. На итоãовых оптимизи-рованных траеê ториях предполаãается возмож -ность использования тольê о пассивных ãравита-ционных маневров. Но в процессе исследования

при разработанном методе приходится анализи-ровать и аê тивный ãравитационный маневр.

Модель ã равитационноãо маневра. В рамê ах

метода ãрависфер н ó левой протяженности [8] в

рез ó льтате пассивноãо ãравитационноãо маневра

происходит мãновенное изменение веê тора ãе-

лиоцентричесê ой сê орости КА , эê вивалентное

поворот ó веê тора ãиперболичесê оãо избытê асê орости на неê оторый óãол, оãраниченный

сверх ó минимально доп ó стимой высотой про-

лета планеты.П ó сть известен веê тор ãелиоцентричесê ой

сê орости подлета КА ê планете V 1. Тоã да веê тор

ãиперболичесê оãо избытê а сê орости при под- лете ê планете определяется ê аê разность ãелио-центричесê их сê оростей КА и планеты:

= V 1 – V pl .

Выбирая произвольн ó ю точêó в ê артинной

плосê ости планеты, пол ó чаем дв ó хпараметри-

чесê ое семейство пролетных планетоцентриче-сê их ãипербол. Форм ó и размер пролетной ãи-перболы ó добнее связывать с ради ó сом пери-центра этой ãиперболы. При этом одним из дв ó х

параметров ãравитационноãо маневра можно

считать ради ó с перицентра этой ãиперболы r π(или óãол поворота асимптоты ãиперболы β).

Связь ради ó са перицентра пролетной ãипер-болы и óã ла поворота асимптоты ãиперболы

имеет вид [8]

β = 2arcsin(1/е),

ã де e = 1 + — эê сцентриситет пролетной

ãиперболы (он зависит от ради ó са перицентра

пролетной ãиперболы r π и ãравитационноãо па-

раметра планеты μ pl ).

Маê симально достижимый óãол поворота

веê тора ãиперболичесê оãо избытê а сê орости

определяется минимально доп ó стимым ради- ó сом перицентра пролетной ãиперболы r

π min и

зависит от ãиперболичесê оãо избытê а сê орости:

βmax = 2arcsin , emin = 1 + .(1)

Таê им образом, одним из параметров ãрави-тационноãо маневра можно считать óãол пово-рота асимптоты ãиперболы β и выбирать еãо в

диапазоне [0, βmax ].

V ∞–

r π V ∞–( )2

μ pl

---------------

1emin

--------⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ r πmin V ∞

–( )2

μ pl

---------------------

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


33

2–3. 2016

В ê ачестве второãо параметра ãравитацион-ноãо маневра можно рассматривать óãол, фиê-сир ó ющий поворот плосê ости пролетной ãи-перболы воê р óã веê тора ãиперболичесê оãо из-

бытê а сê орости при подлете ê планете. Этот óãол γ можно отсчитывать от любой оси в ê ар-тинной плосê ости с началом в центре планеты

(например, оси, принадлежащей плосê ости эê- липтиê и). На этот параметр ãравитационноãо

маневра ниê аê их оãраничений не наê ладывает-ся, и диапазоном еãо изменения можно считать

[0, 360°]. Перебирая óãол γ в рамê ах всеãо диапа-зона, ó дается рассмотреть все возможные поло-

жения плосê ости пролетной ãиперболы.

Таê им образом, зная веê тор ãиперболичесê о-

ãо избытê а сê орости при подлете ê планете ,несложно определить дв ó хпараметричесê ое се-мейство веê торов ãиперболичесê оãо избытê асê орости после пассивноãо ãравитационноãо

маневра ó планеты. Веê тор ãелиоцентричесê ой

сê орости КА после ãравитационноãо маневра

V 2 определяется ê аê веê торная с ó мма ãелио-центричесê ой сê орости планеты и веê тора ãи-перболичесê оãо избытê а сê орости после ãрави-тационноãо маневра:

V 2 = V pl + .

При анализе аê тивноãо ãравитационноãо ма-невра использ ó ется наиболее простая еãо модель.Предполаãается, что при ãравитационном ма-невре имп ó льсы сê орости не меняют плосê ость

пролетной ãиперболы. Рассматривается исполь-зование тольê о одноãо имп ó льса сê орости, при-

ложенноãо или в перицентре пролетной ãипер-болы, или в бесê онечности на подлетной либо

отлетной ветви ãиперболы. Анализир ó ется л ó ч-

ший по миним ó м ó имп ó льса сê орости вариант.

Этапы исследования

Разработанный подход ê анализ ó сформ ó ли-рованной задачи предполаãает два этапа иссле-

дования.

На первом этапе анализир ó ется значительная

заê лючительная часть траеê тории — траеê тория

после первоãо ãравитационноãо маневра óЗемли.

Эта траеê тория оптимизир ó ется независимо от

начальноãо ó частê а траеê тории перелета (тра-еê тории Земля — Земля до первоãо ãравитаци-онноãо маневра ó нее). В рез ó льтате находятся

оптимальная дата первоãо ãравитационноãо ма-невра и веê тор ãиперболичесê оãо избытê а сê о-рости после неãо.

На втором этапе исследования оптимизир ó-ется ó частоê траеê тории до первоãо ãравитаци-онноãо маневра ó Земли. При этом предполаãа-ются известными найденные на первом этапе иперечисленные выше хараê теристиê и. На этом

этапе находятся оптимальные: дата старта от

Земли, веê тор ãиперболичесê оãо избытê а сê о-рости при старте от Земли, проãрамма работы

элеê трораê етной двиãательной ó становê и (про-ãрамма вê лючения-выê лючения двиãателя, про-ãраммы по óã лам танãажа и рысê ания КА ) на ãе-

лиоцентричесê ом перелете Земля — Земля. Кри-терием оптимизации рассматривается масса КА вмомент подлета КА ê Земле для первоãо ãравита-ционноãо маневра ó нее. Она маê симизир ó ется.

Последовательно рассмотрим описанные

этапы.

Первый этап. Оптимизация перелета Земля —

Венера —

Земля —

Земля —

Юпитер.

Рассматрива-ется задача оптимизации перелета по маршр ó т ó

Земля — Венера — Земля —Земля —Юпитер ê аê задача оптимизации имп ó льсноãо перелета. Она

форм ó лир ó ется таê, что ее решение можно б ó дет

рассматривать ê аê оптимальное решение для

заê лючительной части всеãо рассматриваемоãо

маршр ó та: Земля (первый ãравитационный ма-невр) — Венера — Земля — Земля — Юпитер.

Задач ó оптимизации этоãо перелета ó дается

свести ê задаче без ó словноãо миним ó ма. Для

этоãо ê аждый ãелиоцентричесê ий ó частоê раз-бивается на два сеãмента. На ãранице межд ó первым и вторым сеãментами предполаãается

возможность реализации имп ó льса сê орости.

Траеê тория на первом сеãменте ó частê а ана- лизир ó ется ê аê ê еплеровсê ая, определяемая да-той начала ó частê а и веê тором ãиперболичесê о-ãо избытê а сê орости в начале ó частê а. За счет

выбора веê тора имп ó льса сê орости на ãранице

сеãментов ó довлетворяются ó словия попадания

V ∞–

V ∞

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


34

КА в оê рестность планеты назначения для рас-сматриваемоãо ó частê а. Для этоãо решается за-

дача Ламберта. Достаточно подробное описа-ние предлаãаемой постановê и задачи и ее реше-

ние приведено в [6].Выбираемыми параметрами анализир ó емой

задачи являются даты всех анализир ó емых ãра-витационных маневров T 1, T 2, T 3, T 4, дата под-

лета КА ê Юпитер ó T f , даты имп ó льсов сê орости

на всех ãелиоцентричесê их ó частê ах траеê тории

t 1, t 2, t 3, t 4, веê торы ãиперболичесê их избытê ов

сê орости после ê аждоãо ãравитационноãо ма-невра , , , .

Веê торы имп ó льсов сê орости на ãелиоцент-

ричесê их ó частê ах траеê тории ΔV 1, ΔV 2, ΔV 3, ΔV 4определяются из решений задачи Ламберта для

вторых сеãментов ãелиоцентричесê их ó частê ов

траеê тории. При этом определяются и веê торы

ãиперболичесê оãо избытê а сê орости при подлете

ê планете для ãравитационноãо маневра ó нее иãиперболичесê ий избытоê сê орости подлета ê Юпитер ó: , , , .

Хараê теристиê и аê тивных ãравитационных

маневров (прежде всеãо величина треб ó емоãо

имп ó льса сê орости при ãравитационном маневре

ΔV 1 g , ΔV 2 g , ΔV 3 g ) для трех последних ãравитаци-онных маневров определяются по веê торам ãи-перболичесê оãо избытê а сê орости при подлете

ê планете (пол ó чаются из решения ó помян ó той

выше задачи Ламберта) и отлете от планеты

, , , (они рассматриваются ê аê выбираемые хараê теристиê и траеê тории).

Таê им образом, для произвольноãо набора

хараê теристиê T 1, T 2, T 3, T 4, T f ; t 1, t 2, t 3, t 4; ,, , ó дается найти все рассматривае-

мые

в

анализир ó

емой

задаче ã

елиоцентриче-сê ие ó частê и траеê тории и хараê теристиê и аê-

тивных ãравитационных маневров.

Остается ввести ê ритерий оптимизации рас-сматриваемой задачи, выразить этот ê ритерий

через перечисленный набор выбираемых хараê-теристиê. При этом рассматриваемая задача

оê азывается задачей без ó словной оптимизации

в ê онечномерном пространстве перечисленных

хараê теристиê.

Критерием оптимальности рассматривается

с ó ммарный имп ó льс сê орости. Он вводится ê аê с ó мма имп ó льсов сê орости ΔV 1, ΔV 2, ΔV 3, ΔV 4 на

ãелиоцентричесê их ó частê ах перелета, имп ó льсов

сê орости ΔV 1 g , ΔV 2 g , ΔV 3 g при ãравитационных маневрах , ãиперболичесê оãо избытê а сê орости

при отлете от Земли (после первоãо ãравитаци-онноãо маневра) и ãиперболичесê оãо из-бытê а сê орости при подлете ê Юпитер ó .

Отметим, что в дальнейшем предполаãается

использовать тольê о те решения задачи оптими-зации, в ê оторых имп ó льсы сê орости при ãравита-ционных маневрах равны н ó лю (пассивные ãрави-тационные маневры). Введение аê тивных ãрави-тационных маневров (впрочем, ê аê и имп ó льсов

сê орости на ãелиоцентричесê их перелетах ) явля-ется ó дачным методичесê им приемом, позволяю-щим свести задач ó оптимизации сложноãо марш-р ó та ê задаче без ó словной оптимизации.

Далее приведены пол ó ченные при решении

задачи первоãо этапа исследования основные ха-раê теристиê и оптимальной по выбранном ó ê ри-терию траеê тории перелета Земля — Венера —Земля — Земля — Юпитер (на этой траеê тории все

ãравитационные маневры оê азались пассивными

и значения имп ó льсов сê орости на ãелиоцент-

ричесê их перелетах — праê тичесê и н ó левыми).

Основные хараê теристиê и траеê тории перелетаЗемля — Венера — Земля — Земля — Юпитер

V ∞1+ V ∞2

+ V ∞3+ V ∞4

+

V ∞1– V ∞2

– V ∞3– V ∞J

–

V ∞1+ V ∞2

+ V ∞3+ V ∞4

+

V ∞1+

V ∞2+ V ∞3

+ V ∞4+

Дата старта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 07.09.2026Веê тор ãиперболичесê оãо избытê а сê орости при отлете от Земли после первоãо ãравитацион-ноãо маневра, м/с . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Мод ó ль веê тора ãиперболичесê оãо избытê асê орости при отлете от Земли, м/с . . . . . . . . . . . 3459,576

170,996

25.02.2027

Время перелета Земля — Венера, с ó т . . . . . . . . .

Дата ãравитационноãо маневра ó Венеры . . . . .Мод ó ль веê тора ãиперболичесê оãо избытê асê орости при ãравитационном маневре

ó Венеры, м/с . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7108,320Ради ó с периãея ãиперболы пролета Венеры,ê м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18222,912Веê тор ãиперболичесê оãо избытê а сê орости после ãравитационноãо маневра ó Венеры,м/с . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Время перелета Венера — Земля, с ó т . . . . . . . . . 309,664

V ∞1+

V ∞J –

593,983–

3324,805–

750,933–

333,019

7015,935–

1092,691

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


35

2–3. 2016

На рис. 1 представлена пол ó ченная траеê то-рия перелета Земля — Венера — Земля — Земля —Юпитер в пространстве. Поê азаны хараê терные

точê и траеê тории. Начальная точê а этой траеê-тории обозначена ê аê старт КА от Земли.

Все ãравитационные маневры ó далось пол ó-чить пассивными. Траеê тория перелета Земля —

Земля (межд ó ãравитационными маневрами ó Земли) оê азывается резонансной орбитой с ор-битой Земли. Перелет на этом ãелиоцентриче-сê ом ó частê е занимает два ãода.

Второй этап. Оптимизация траеê тории первоãоãелиоцентричесê оãо перелета Земля — Земля КА с ЭРДУ . Математичесê ая модель, описываю-щая движение КА с ЭРДУ , подробно приведена

в [3, 5, 6]. Традиционно веê тор фазовых пере-менных вê лючает ê омпоненты ради ó са-веê тора

КА , ê омпоненты веê тора еãо ãелиоцентричесê ой

сê орости и масс ó КА . Оптимизир ó ются про-ãрамма вê лючения-выê лючения ЭРДУ и про-ãрамма по óã лам танãажа и рысê ания.

Задача оптимизации рассматриваемой траеê-

тории перелета КА с ЭРДУ форм ó лир ó ется с по-мощью принципа маê сим ó ма Понтряãина.Гамильтониан задачи оптимальноãо ó правле-ния, ó равнения для сопряженных переменных , ó словия оптимальности выбираемых проãрамм

полета, находящиеся из маê сим ó ма ãамильто-ниана, приведены в [5, 6].

В момент подлета КА ê Земле должны вы-полняться след ó ющие ê раевые ó словия (вê лю-чают и ó словия трансверсальности):

ради ó

с-

веê

тор КА

должен

быть

равен

ради

- ó с ó-веê тор ó Земли в момент ãравитационноãо

маневра ó Земли (он известен из решения задачи

первоãо этапа исследования);

величина ãиперболичесê оãо избытê а сê оро-сти при подлете ê Земле должна быть равна из-вестной величине ãиперболичесê оãо избытê асê орости после пролета Земли;

óãол межд ó веê тором ãиперболичесê оãо из-бытê а сê орости при подлете ê Земле и отлете от

Земли не должен быть больше маê симальноãо

óã ла поворота асимптоты ãиперболы при ãрави-тационном маневре, вычисляемоãо с использо-ванием (1);

если óãол межд ó веê торами ãиперболичесê их

избытê ов сê орости при подлете ê Земле и отлете

от Земли равен маê симальном ó óã л ó поворота

асимптоты ãиперболы, то веê тор, сопряженный

ê веê тор ó сê орости, должен находиться в плос-ê ости пролетной ãиперболы. Это ó словие обычно

записывается ê аê равенство н ó лю произведения

Дата второãо ãравитационноãо маневра ó Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 01.01.2028Мод ó ль веê тора ãиперболичесê оãо избытê асê орости ó Земли при втором ãравитационном маневре, м/с. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10290,988

Ради ó с периãея ãиперболы пролета Земли, ê м . . . 7151,431Веê тор ãиперболичесê оãо избытê а сê оростипосле второãо ãравитационноãо маневра

ó Земли, м/с . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Время перелета Земля — Земля, с ó т . . . . . . . . . . 730,513 Дата третьеãо ãравитационноãо маневра ó Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.12.2029Мод ó ль веê тора ãиперболичесê оãо избытê а сê о-рости ó Земли при третьем ãравитационном ма-невре, м/с . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10304,738Ради ó с периãея ãиперболы пролета при третьем ãравитационном маневре ó Земли, ê м. . . . . . . . . 7797,469

Веê тор ãиперболичесê оãо избытê а сê орости после третьеãо ãравитационноãо маневра

ó Земли, м/с . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Время перелета Земля — Юпитер, с ó т . . . . . . . . 1025 Дата подлета ê Юпитер ó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.10.2032Веê тор ãиперболичесê оãо избытê а сê орости при подлете ê Юпитер ó, м/с . . . . . . . . . . . . . . . . .

Мод ó ль веê тора ãиперболичесê оãо избытê асê орости при подлете ê Юпитер ó, м/с . . . . . . . . 5912,454

С ó ммарное время полета по маршр ó т ó, с ó т . . . . 2235,818

2342,949–

8241,380–

5700,411

6902,911–

7604,650–

840,680

4851,639–

3376,677–

129,497

Рис. 1. Траеê тория перелета Земля — Венера — Земля —Земля — Юпитер

0,2

–0,2–0,4

0

–6–4

–20

24

6

64

20

–2–4

–6

Z , a . e .

X , a.e. Y , a.e.

1-й и 2-й ãравìаневры у Зеìëи

Гравìаневр у Венеры Старт КА

от Зеìëи

По äëет КА к Юпитеру

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


36

трех веê торов: веê торов подлетноãо и отлетноãо

ãиперболичесê их избытê ов сê орости и веê тора,сопряженноãо с веê тором сê орости [5];

если óãол межд ó веê торами ãиперболичесê их

избытê ов сê орости при подлете ê Земле и отлетеот Земли меньше маê симальноãо óã ла поворота

асимптоты ãиперболы, то веê тор, сопряженный

с веê тором сê орости, должен быть ê оллинеарен

веê тор ó ãиперболичесê оãо избытê а сê орости

при подлете ê Земле [5].Краевая задача принципа маê сим ó ма (ее по-

рядоê равен 6) была решена для след ó ющих ха-раê теристиê транспортной системы:

зависимость массы КА после отделения хими-чесê оãо разãонноãо блоê а от значения ãипербо-

личесê оãо избытê а сê орости при старте от Землианализировалась по материалам сайта ГК НПЦ

имени М.В. Хр ó ничева для транспортной сис-темы "Протон-М" и "Бриз";

ó дельный имп ó льс маршевой ЭРДУ — 4500 c,ее тяãа — 0,6 Н (четыре параллельно работаю-щих двиãателя типа RIT22);

минимальная высота пролета Земли при

ãравитационном маневре — 400 ê м.Были пол ó чены след ó ющие проеê тно-бал-

листичесê ие хараê теристиê и траеê тории пере-

лета Земля — Земля для КА с ЭРДУ :

Гравитационный маневр ó Земли выполня-ется на минимальной высоте, равной 400 ê м.

Пол ó ченная оптимальная траеê тория ãелио-центричесê оãо перелета Земля — Земля поê аза-

на на рис. 2.Точê а старта КА от Земли и точê а, в ê оторой

выполняется ãравитационный маневр ó Земли

(она отмечена ê р ó жочê ом), праê тичесê и совпа- дают, таê ê аê время перелета равно одном ó ãод ó.На траеê тории перелета есть два аê тивных ó ча-стê а, разделенных пассивным ó частê ом. А ê тив-ные ó частê и траеê тории выделены пол ó жир-ным шрифтом.

Анализ возможного выигрыша в массе КА , доставляемого в окрестность Юпитера

за счет введения дополнительного гравитационного маневра у Земли

и использования ЭРДУ

Проведем сравнение схемы перелета, при-веденной в [7], и схемы, исследованной в на-стоящей статье. Мин ó сы предложенной здесь

схемы очевидны: ó величивается время дости- жения оê рестности Юпитера на один ãод; тре-б ó ется использование ЭРДУ (правда, тольê о на

начальном ã

одовом ó

частê

е перелета

).К плюсам анализир ó емой схемы след ó ет от-нести возможное ó величение массы КА , до-ставляемой ê Юпитер ó.

При сравнении пренебрежем треб ó емой для

ê орреê ции траеê тории перелета массой топлива

(считаем, что для рассматриваемых вариантов

схем перелета эти массы равны). Тоã да в вари-анте использования схемы, анализир ó емой в [7],масса КА , доставляемоãо в оê рестность Юпитера,может быть оценена ê аê масса КА после отделе-

ния химичесê оãо разãонноãо блоê а, обеспечив-шеãо ãиперболичесê ий избытоê сê орости при

старте от Земли, равный 3459,6 м/с. Она равна

5018 êã.

В варианте схемы перелета, анализир ó емой внастоящей статье, для ê орреê тной оценê и массы

КА в оê рестности Юпитера из приведенной мас-сы 5745,5 след ó ет вычесть масс ó энерãодвиãа-тельной ó становê и, вê лючающей масс ó энерãе-тичесê ой ó становê и (она предполаãается солнеч-

Дата старта от Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 07.09.2025Время перелета Земля — Земля, с ó т. . . . . . . . . . 365,25 (1 ãод)Гиперболичесê ий избытоê сê орости при старте от Земли, м/с . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1300Масса КА в начале ãелиоцентричесê оãоперелета, êã . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6137,19Треб ó емая масса топлива (ê сенон), êã . . . . . . . 391,68Масса КА при подлете ê Земле для первоãоãравитационноãо маневра, êã . . . . . . . . . . . . . . . 5745,51

Рис. 2. Траеê тория перелета Земля — Земля с маршевойЭРДУ

0,100,05

–0,050

–0,10

–1,0

0

1,00,5

0

Z , a . e .

X , a.e.Y , a.e.

1,5

ОрбитаЗеìëи

Траектория КА

–1,5 –1,5–1,0

0,51,0

–0,5 –0,5

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


37

2–3. 2016

ной), масс ó ЭРДУ и масс ó п ó стых баê ов из-под

истраченноãо топлива. Если положить ó дельн ó ю

масс ó системы хранения топлива равной 0,1, тоã-

да масса этой системы б ó дет равна 40 êã.

На рис. 3 представлена зависимость ó вели-

чения массы КА , доставляемоãо в оê рестность

Юпитера, при использовании анализир ó емой

здесь схемы перелета ê аê ф ó нê ция ó дельной

массы энерãодвиãательной ó становê и. Удельная

масса варьир ó ется в диапазоне 15...35 êã/ê Втвходной элеê тричесê ой мощности использ ó е-

мой ЭРДУ . Видно, что для с ó щественноãо ó ве-

личения массы, при ê отором целесообразно ó с-

ложнение схемы полета, необходимо добиться

таê оãо совершенства энерãодвиãательной ó ста-

новê и, при ê отором ее ó дельная масса по ê рай-ней мере меньше 20 êã/ê Вт.


1. JUICE. Jupiter Ice Moons Explorer. Exploring theemergence of habitable worlds around gas glants // Defini-tion Study Report. European Space Agency. September 2014. С. 126.

2. Константинов М.С., Орлов А . А . Оптимизация

траеê тории перелета ê осмичесê оãо аппарата c малой

тяãой для исследования Юпитера с использованием

ãравитационноãо маневра ó Земли // Вестниê НПО

имени С. А . Лавочê ина. 2013. Т. 21. № 5. С. 42—46.3. Константинов М.С., Тейн M. Оптимизация пря-

мых полетов ê Юпитер ó с ядерной элеê трораê етной

двиãательной ó становê ой // Вестниê МАИ. 2013. Т. 20.№ 5. С. 22—33.

4. Константинов М.С., Нãó ен Диен Нãоê . Оптими-зация траеê тории КА с ЭРДУ ê Юпитер ó с ãравитаци-онным маневром в рамê ах задачи трех тел // Элеê трон.

ж - л "Тр ó ды МАИ". 2014. Вып. 72. С. 24.5. Константинов М.С., Орлов А . А . Оптимизация

траеê тории ê Юпитер ó ê осмичесê оãо аппарата с малой

тяãой с использованием дв ó х ãравитационных манев-ров ó Земли //Вестниê МАИ. 2014. Т. 21. № 1. С. 58—69.

6. Константинов М.С., Тейн М. Квазиоптимальные

траеê тории полета ê Юпитер ó с последовательностью

ãравитационных маневров ó Земли // Вестниê НПО

имени С. А . Лавочê ина. 2015. Т. 22. № 4. С. 70—76.

7. Голó бев Ю.Ф., Тó чин А .Г., Грó шевсê ий А .В.

и

др

.Основные методы синтеза траеê торий для сценариев ê ос-мичесê их миссий с ãравитационными маневрами в систе-ме Юпитера и посадê ой на один из еãо сп ó тниê ов // Вест-ниê НПО имени С. А . Лавочê ина.2015. № 4. С. 97—103.

8. М.С. Константинов, Е.Ф. Каменê ов, Б.П. Пере-

лыãин и др. Механиê а ê осмичесê оãо полета: ó чеб. М.:Машиностроение, 1989. 408 с.

Рис. 3. Выиãрыш D m в массе КА , доставляемоãо в оê рест-ность Юпитера, ê аê фó нê ция ó дельной массы gm энерãо-

двиãательной ó становê и

100

–10015 20 25 30 γm, к ã/кВт

0

400

300

200

Δm, к ã

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


38

УДК 629.7

ÀÙ˙¯˝¯˝Ê˛ ÁÓÁÚÍËÍ ˆÓÁ˙Ê¸¯ÁˆÊ‰ Ó¬û¯ˆÚÓË

Ë ÓˆÓÔÓÙ¯˙˝Ó˙ ˆÓÁ˙Ê¸¯ÁˆÓ˙ ÎÏÓÁÚÏÍ˝ÁÚË¯ÎÓ ÊÚÓ˘Í˙ 2015 ˘Ó д Í АКСЁНОВ Олег Юрьевич — начальник Научно-исследовательского испытательного центра ( г. Москва ) ЦНИИ Войск

ВКО Минобороны России, профессор, доктор техн . наук ; ОЛЕЙНИКОВ Игорь Игоревич — начальник отделения ( Бал -

листического центра ) ЦНИИмаш , доктор техн . наук ; ВЕНИАМИНОВ Станислав Сергеевич — ведущий научный со-

трудник Научно-исследовательского испытательного центра ( г. Москва ) ЦНИИ Войск ВКО Минобороны России, про-

фессор, доктор техн . наук ; ДЕДУС Федор Флоренсович — заместитель председателя Военно-научного комитета

Вооруженных Сил Российской Федерации, кандидат техн . наук ; ПЫРИН Владислав Викторович — заместитель на-

чальника отделения ( Баллистического центра ) ЦНИИмаш , доцент, кандидат техн . наук ; СТЕПАНОВ Игорь Бори -

сович — начальник лаборатории отделения ( Баллистического центра ) ЦНИИмаш ; АСТРАХАНЦЕВ Михаил Влади -

мирович — инженер отделения ( Баллистического центра ) ЦНИИмаш


момента зап ó сê а первоãо исêó сственноãо

сп ó тниê а Земли 4 оê тября 1957 ã. ê осми-чесê ое пространство представляет праê ти-

чесê ий интерес для человечества. Космичесê ие

аппараты обеспечивают связь, навиãацию, про-ãнозирование поãоды и возможных стихийных

бедствий, решение задач разведê и, ê онтроля

воор ó женных сил потенциальноãо противниê а,проведение ф ó ндаментальных и приê ладных

на ó чных исследований, поддерж êó эê ономиче-сê их и социальных проãрамм. Рез ó льтаты ê ос-мичесê ой деятельности имеют важнейшее зна-чение для повседневной жизни.

С 1957 по 2015 ã. мировым сообществом про-изведены свыше 5500 п ó сê ов раê ет-носителей

(РН). При этом в оê олоземное ê осмичесê ое

пространство (ОКП) выведены более 7200 ê осми-

чесê их аппаратов (КА ). На сеãодняшний день

свыше 60 ãос ó дарств, межд ó народных орãани-заций и ê р ó пных ê омпаний сп ó тниê овой связи

владеют ê осмичесê ими аппаратами и эê спл ó-атир ó ют их . При этом число ó частниê ов ê осми-чесê ой деятельности постоянно ó величивается.

Вместе с тем вследствие таê ой аê тивной де-

ятельности в оê олоземном ê осмичесê ом про-странстве сê опилось большое ê оличество техно-ãенноãо вещества, более 90 % ê отороãо состав- ляет ê осмичесê ий м ó сор (КМ).

Космичесê ий м ó сор — это завершившие свою

миссию КА , ст ó пени РН и разãонные блоê и(РБ), операционные элементы зап ó сê ов, фраã-менты разр ó шений объеê тов раê етно-ê осмиче-сê ой техниê и и их частей, частицы техноãенно-ãо вещества, оставшиеся на орбитах исêó сст-

Представлены рез ó льтаты анализа состава êосмичесêих объеêтов техноãенноãо происхождения в оêолоземномêосмичесêом пространстве ( ОКП ) по состоянию на 31 деêабря 2015 ã., êаталоãизированных в êомплеêсе базы дан-

ных Главноãо информационно-аналитичесêоãо центра АСПОС ОКП .

Ключевые слова: оêолоземное êосмичесêое пространство; êосмичесêий аппарат; êосмичесêий объеêт; êосмиче-

сêий м óсор.

O.Yu. Aksenov, I.I. Oleinikov, S.S. Veniaminov, F.F. Dedus, V.V. Pyrin, I.B. Stepanov, M.V. Astrakhantsev. Changes In The Composition Of Near-Earth Space Objects At The End Of 2015

The results of the analysis of the composition of the space objects of anthropogenic origin in near-earth space as of December 31, 2015, catalogued in the complex database of the Main information-analytical center of ASPOS OKP.

Keywords: the near-earth space; spacecraft; space object; space debris.

С

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


39

2–3. 2016

венных сп ó тниê ов Земли. В низê оорбитальной

области оê олоземноãо ê осмичесê оãо простран-ства на высотах до 2000 ê м значительн ó ю часть

КМ составляют фраãменты разр ó шившихся КА и

ст ó пеней РН, образовавшиеся в рез ó льтате взры-вов и столê новений этих объеê тов на орбитах .

Космичесê ий м ó сор представляет серьезн ó юопасность ê аê для пилотир ó емых , таê и для ав-томатичесê их ê осмичесê их аппаратов, находя-щихся на оê олоземных орбитах . Столê новение

действ ó ющих КА с объеê тами ê осмичесê оãо

м ó сора может привести ê вывод ó их из строя и даже разр ó шению.

Кроме тоãо, серьезн ó ю óãроз ó представляют

не ó правляемые сходы с орбиты ê р ó пноãабарит-ных ê осмичесê их объеê тов, ê оторые, достиãн ó в по-

верхности Земли, моãó т принести значительный

ó щерб наземным соор ó жениям и привести ê жерт-вам среди населения в районах их падения [1].

Для анализа и проãнозирования обстановê и воê олоземном ê осмичесê ом пространстве, обеспе-чения безопасности ê осмичесê ой деятельности

необходим постоянный мониторинã всех ê осми-чесê их объеê тов (КО), находящихся на орбитах

Земли [1, 2].

В настоящее время системами ê онтроля ê ос-мичесê оãо пространства обладают тольê о Россия

и США , хотя радиолоê ационные, оптичесê ие иоптиê о-элеê тронные измерительные средства на-земноãо и ê осмичесê оãо базирования имеются

и ó др óãих ó частниê ов ê осмичесê ой деятельности

(Европейсê оãо ê осмичесê оãо аãентства, Канады,Китая, Японии, Индии и др.) [1, 3]. Однаê о еще

не сформировалась полноценная межд ó народная

праê тиê а обмена информацией ни по объеê там,выводимым в ОКП, ни по параметрам их орбит,

посê ольêó ê осмичесê ая деятельность тесно свя-зана с вопросами обеспечения национальной

безопасности. А при отс ó тствии достоверной

информации о выводимых в ê осмичесê ое про-странство объеê тах и событиях в оê олоземном

ê осмичесê ом пространстве задача мониторинãа

техноãенноãо засорения ОКП, определения про-исхождения, назначения и национальной при-надлежности ê осмичесê их объеê тов становится

нетривиальной.

В интересах выявления и проãнозирования

опасных сит ó аций в оê олоземном ê осмичесê ом

пространстве в Росê осмосе разработана, прошла вноябре 2015 ãода межведомственные испытания и

приê азом р óê оводителя Росê осмоса от 28 деê абря2015 ã. № 243 введена в эê спл ó атацию вторая

очередь Автоматизированной системы пред ó п-реждения об опасных сит ó ациях в оê олоземном

ê осмичесê ом пространстве ( АСПОС ОКП) [4].Эта система ос ó ществляет след ó ющие ф óê ции:

сбор, обработê а, анализ, систематизация,ê аталоãизация и хранение информации о КО иобстановê е в ОКП;

выявление, проãнозирование и сопровожде-ние опасных сит ó аций в ОКП, вê лючая разр ó ше-ния КО, опасные сближения сопровождаемых

КА с потенциально опасными КО, проãнозиро-вание сходов с орбит и падений КО рисê а;

выдача р óê оводств ó Росê осмоса и в Центры

ó правления полетом (ЦУП) КА информации о

фаê тах возниê новения и/или проãноза развития

опасных сит ó аций техноãенноãо и естественно-ãо происхождения в ОКП.

В ê омплеê се баз данных Главноãо информа-ционно-аналитичесê оãо центра (ГИАЦ) АСПОС

ОКП содержатся сведения о более чем 40 000 КОтехноãенноãо происхождения размером от 10 см

и выше, ê оторые были выведены в оê олоземное

ê осмичесê ое пространство или образовались в

рез ó льтате разр ó шений ê осмичесê их объеê тов.На сеãодняшний день ∼23 000 этих КО ó же со-шли с орбиты и преê ратили свое баллистиче-сê ое с ó ществование.

В процессе проведения исследований ис-пользовалась информация из всех дост ó пных

источниê ов, вê лючая Internet. Посê ольêó задача

анализа информации из разнородных источни-ê ов является тр ó дно формализ ó емой, основными

методами ó точнения данных являлись проверê аинформации на непротиворечивость в целях

выявления степени совпадения и достоверности

этих данных и их ãр ó ппировê а по определен-ным признаê ам, позволяющая связать разроз-ненные фаê ты в един ó ю систем ó.

В ó словиях априорной неопределенности

типичной является сит ó ация, ê оã да не ó дается

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


40

построить математичесê ий алãоритм, способный

выделить достоверн ó ю информацию в чистом ви- де, поэтом ó для решения задач ãр ó ппирования

данных использовались эê спертные оценê и.

При этом применялись математичесê ие методынечетê ой формализации и анализа соã ласован-ности эê спертной информации в базах данных

АСПОС ОКП.

Решались след ó ющие задачи:

выявление на содержательном и формаль-ном ó ровнях противоречий различных подхо-

дов ê оценê е соã ласованности эê спертных с ó ж - дений, пол ó ченных при построении ф ó нê ции

принадлежности методом парных сравнений;

разработê а подходов и соответств ó ющих ал-ãоритмов, ó страняющих выявленные противо-речия;

оценê а соã ласованности пол ó ченных ф ó нê-ций принадлежности.

Проведенный анализ информации из разно-родных источниê ов позволил ó становить, что

по состоянию на 31 деê абря 2015 ã. в ê осмиче-сê ом пространстве находили 17 472 ê аталоãизи-рованных объеê та техноãенноãо происхождения

размером свыше 10 см, из ê оторых 1442 — это

действ ó ющие ê осмичесê ие аппараты, остальные16 030 — ê осмичесê ий м ó сор, в том числе неф ó нê-ционир ó ющие ê осмичесê ие аппараты — 2689,РБ и последние ст ó пени РН — 1931, фраãменты

КА , РБ и последних ст ó пеней РН — 11 410.

Процентные соотношения ê осмичесê их объ-еê тов в ОКП по их тип ó приведены на рис. 1, действ ó ющих КА по их ãос ó дарственной принад- лежности — на рис. 2 и ê осмичесê оãо м ó сора —на рис. 3 соответственно.

Из действ ó ющих КА (аê тивных , находящих -

ся в резерве, проходящих летные испытания ичастично действ ó ющих ) наибольшие ãр ó ппи-ровê и имеют США (542 КА ), Китай (163 КА ) и

Россия (139 КА ).

Наибольшее ê оличество объеê тов ê осмиче-сê оãо м ó сора (неф ó нê ционир ó ющих КА , РБ,последних ст ó пеней РН, фраãментов КА , РБ и

ст ó пеней РН, операционных элементов зап ó-сê ов) принадлежит России (6191 КО), США

(4878 КО) и Китаю (3645 КО).

Рассмотрим более подробно распределение

ê осмичесê их объеê тов в различных областях

ê осмичесê оãо пространства. Для этоãо исполь-зовалась след ó ющая ê лассифиê ация орбит:

низê ие оê олоземные орбиты (НОО) — пе-риод обращения КО менее 225 мин;

средневысоê ие орбиты (СВО) — период об-ращения КО 225...1300 мин, эê сцентриситет

менее 0,2;ãеостационарные орбиты (ГСО) — период

обращения КО 1300...1600 мин, эê сцентриситет

менее 0,2, наê лонение орбиты менее 25°;ãеосинхронные орбиты (ГСиО) — период

обращения КО 1300...1600 мин, эê сцентриситет

менее 0,2, наê лонение орбиты более 25°;

Рис. 1. Соотношение ê осмичесê их объеê тов в ОКП

Рис. 3. Соотношение объеê тов ê осмичесê оãо мó сора

Рис. 2. Соотношение действó ющих КА

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


41

2–3. 2016

высоê оэллиптичесê ие орбиты (ВЭО) — пе-риод обращения КО более 225 мин, эê сцентри-ситет более 0,2;

высоê ие оê олоê р óãовые орбиты (ВКО) —

период обращения КО свыше 1600 мин, эê с-центриситет менее 0,2;

неãеоцентричесê ие орбиты — орбиты воê р óã др óãих планет Солнечной системы, Л ó ны,Солнца и в дальнем ê осмосе.

В табл. 1 приведено распределение ê осмиче-сê их объеê тов по типам в различных областях

ê осмичесê оãо пространства.Из табл. 1 видно, что большинство (76,0 %)

КО находятся в низê оорбитальной области ОКП,12,3 % — в области высоê оэллиптичесê их орбит,

8,5 % —в области ãеостационарных и ãеосинхрон-ных орбит, 1,8 % — в области средневысоê их

орбит и 1,4 % — в др óãих областях ê осмичесê оãо

пространства (в области высоê их оê олоê р óãо-вых орбит и на неãеоцентричесê их орбитах ).

Распределения действ ó ющих КА и ê осмиче-сê оãо м ó сора в различных областях ê осмиче-сê оãо пространства по состоянию на 31 деê абря

2015 ã. представлены соответственно на рис. 4, 5.Видно, что большая часть действ ó ющих КА на-ходится в области низê их оê олоземных , а таê же

ãеостационарных (ãеосинхронных ) орбит (см.рис. 4) и наиболее ãó сто заселена ê осмичесê им м ó-сором низê оорбитальная область ОКП (см.рис. 5).

Таблица 1Распределение ê осмичесê их объеê тов по типам в различных областях ê осмичесê оãо пространства

Тип орбиты

Космичесê ие объеê ты

КА РН и РБ Фраãменты

КООбщее число

КО Действ ó ющие

КА Космичесê ий

м ó сорОбщее число

КО

НОО 2434 913 9930 13 277 792 12 485 13 277

СВО 237 77 6 320 91 229 320

ГСО 1081 242 152 1475 477 998 1475

ГСиО 15 0 0 15 12 3 15

ВЭО 239 595 1311 2145 39 2106 2145

ВКО 8 4 3 15 0 15 15

Неãеоцентричесê ие 117 100 8 225 31 194 225

Итоãо 4131 1931 11 410 17 472 1442 16 030 17 472

Рис. 5. Распределение ê осмичесê оãо мó сора

Рис. 4. Распределение действó ющих КА

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


42

При этом общее ê оличество КМ во всех облас-тях ОКП не óê лонно возрастает.

В табл. 2 представлено распределение ê ос-мичесê их объеê тов в различных областях ê ос-мичесê оãо пространства по их принадлежнос-ти, при этом для ê аждоãо владельца приведено

ê оличество действ ó ющих КА (верхняя строê а)и ê оличество объеê тов ê осмичесê оãо м ó сора

(нижняя строê а).Проведенный по состоянию на 31 деê абря

2015 ã. анализ состава ê осмичесê их объеê тов

позволяет сделать след ó ющие выводы (приэтом для ê аждой области ê осмичесê оãо про-странства дается процентное соотношение дей-ств ó ющих КА ê общем ó ê оличеств ó КО, для

стран — процентное соотношение действ ó ю-щих КА ê общем ó ê оличеств ó действ ó ющих КА

и объеê тов КМ — ê общем ó ê оличеств ó объеê-тов КМ в этой области).

В низê оорбитальной области ОКП — свыше

13 200 КО, из ê оторых 792 (6,0 %) действ ó ющих

КА , принадлежащих 50 владельцам (странам,межд ó народным орãанизациям и сп ó тниê овым

операторам), остальные 12 485 КО — ê осмиче-сê ий м ó сор.

Наиболее ê р ó пные ãр ó ппировê и действ ó ю-щих КА в НОО имеют США (44,9 %), Китай

(14,9 %) и Россия (9,3 %). Наибольшее ê оличе-ство объеê тов КМ в НОО принадлежит России

(38,2 %), США (31,0 %) и Китаю (27,0 %).

В области средневысоê их орбит — свыше

300 КО, из ê оторых 91 (28,4 %) действ ó ющий КА и229 объеê тов ê осмичесê оãо м ó сора. Наиболее

ê р ó пные ãр ó ппировê и действ ó ющих КА на СВО

имеют США (36,3 %) и Россия (31,9 %). Наи-большее ê оличество объеê тов КМ на СВО при-надлежит России (72,1 %) и США (25,3 %).

В области ãеостационарных и ãеосинхрон-ных орбит — оê оло 1500 КО, из ê оторых 489(32,8 %) действ ó ющих КА , принадлежащих 47владельцам (странам, межд ó народным орãани-

Таблица 2Распределение ê осмичесê их объеê тов в различных областях ê осмичесê оãо пространства по их принадлежности

Тип

орбиты С Ш А

К и т а й

Р о с с и я

Я п о н и я

S E S

I n t e l s a t

И н д

и я

E S A

E u t e

l s a t

К а н а д а

Г е р м а н и я

В е л и ê о -

б р и т а н и я

Ф р а

н ц и я

Д р ó ã и е

в л а д

е л ь ц ы

НОО 356 118 74 39 — — 17 10 — 13 20 12 16 117

3868 3377 4773 78 — — 111 18 — 9 18 10 90 133

СВО 33 5 29 — — — — 12 — — — — — 12

58 3 165 — — — — 2 — — — — — 1

ГСО 112 32 27 19 49 49 16 1 31 15 2 9 2 113

361 40 311 44 10 54 16 3 17 11 4 5 10 112

ГСиО 1 7 — 1 — — 3 — — — — — — —

3 — — — — — — — — — — — — —

ВЭО 20 — 9 1 — — — 7 — — — — 2 —

459 224 890 34 — 1 9 11 1 — 3 5 430 39

ВКО — — — — — — — — — — — — — —

10 — 4 — — 1 — — — — — — — —

Неãео-центри-чесê ие

20 1 — 5 — — 1 4 — — — — — —

119 1 48 15 — — 1 4 — — 3 — 3 —

Итоãо 542 163 139 65 49 49 37 34 31 28 22 21 20 242

4878 3645 6191 171 10 56 137 38 18 20 28 20 533 285

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


43

2–3. 2016

зациям и сп ó тниê овым операторам), и 1001объеê т ê осмичесê оãо м ó сора.

Наиболее ê р ó пные ãр ó ппировê и действ ó ю-щих КА на ГСО имеют США (23,1 %), Китай

(8,0 %), Россия (5,5 %), Япония (4,1 %), межд ó-народные сп ó тниê овые операторы SES (10,0 %),Intelsat (10,0 %) и Eutelsat (6,3 %). Наибольшее

ê оличество объеê тов КМ на ГСО принадлежит

США (36,4 %) и России (31,1 %).В области высоê оэллиптичесê их орбит —

свыше 2100 КО, из ê оторых 39 (1,8 %) действ ó ю-щих КА и 2106 объеê тов ê осмичесê оãо м ó сора.Наиболее ê р ó пные ãр ó ппировê и действ ó ющих

КА на ВЭО имеют США (51,3 %), Россия

(23,1 %) и Европейсê ое ê осмичесê ое аãентство

(17,9 %). Наибольшее ê оличество объеê тов КМна ВЭО принадлежит России (42,3 %), США

(21,8 %) и Франции (20,4 %).Кроме тоãо, по состоянию на 31 деê абря

2015 ã. 15 КО находились на высоê их ê р óãовых

орбитах , среди них нет действ ó ющих КА , и

225 КО — на неãеоцентричесê их орбитах , из ê о-торых 31 (13,8 %) действ ó ющий КА , принадле-

жащий США (64,6 %), Японии (16,1 %), ESA (12,9 %), Китаю (3,2 %), Индии (3,2 %), и 194объеê та ê осмичесê оãо м ó сора, из ê оторых боль-

шинство принадлежит США (52,9 %) и России(21,3 %).

Можно отметить неê оторое снижение аê-тивности ê осмичесê ой деятельности. В 2015 ã.

было проведено меньше п ó сê ов раê ет-носите- лей, зап ó щено меньше ê осмичесê их аппаратов.При этом ê аталоãизировано меньше новых КО,меньшее ê оличество КО сошло с орбиты и пре-

ê ратило свое баллистичесê ое с ó ществование.Сведения о числе п ó сê ов раê ет-носителей,

выведенной полезной наãр ó зê е, ê аталоãизиро-ванных КО и КО, сошедших с орбиты и преê ра-тивших свое баллистичесê ое с ó ществование в

2014—2015 ãã., приведены в табл. 3.

Большое число КА , выведенных в ОКП в

2014—2015 ãã., объясняется ê ластерными зап ó-сê ами малых КА , а большое ê оличество сошед-ших с орбиты еще действ ó ющих КА — зап ó сê ами

наносп ó тниê ов с борта МКС, при этом сроê их

баллистичесê оãо с ó ществования не превышает

3...6 мес.

В табл. 4 приведено распределение п ó сê ов

раê ет-носителей, связанных с выводом в ОКП

полезной наãр ó зê и, по странам и орãанизациям

в 2014—2015 ãã.

Можно отметить общее снижение п ó сê овой

аê тивности в 2015 ã. (особенно ó России) и воз-росшее ê оличество п ó сê ов ó Китая.

Из 86 п ó сê ов раê ет-носителей, проведенных

в 2015 ã., 81 п ó сê был ó спешным (в 2014 ã. — 88) и два — частично ó спешными, ê оã да в рез ó льтате

зап ó сê а КА были выведены на нерасчетн ó ю ор-бит ó (в 2014 ã. — два).

Таблица 3Количество пó сê ов раê ет-носителей, выведенной полезной наãрó зê и, ê аталоãизированных КО и КО,

сошедших с орбиты и преê ративших свое баллистичесê ое сó ществование в 2014—2015 ãã.

Год Количество п ó сê ов /

в том числе аварийных

Количество выведен-ных КА / в том числе

с борта МКС

Количество ê аталоãизированных КО (выведенные в теêó щем ãод ó /

от ранее проведенных зап ó сê ов)

Количество КО, преê ративших с ó ществование ( действ ó ющие

КА / ê осмичесê ий м ó сор)

2014 92/2 240/47 872 (380/492) 654 (76/578)

2015 86/3 223/49 862 (362/500) 452 (62/390)

Таблица 4Пó сê и раê ет-носителей, связанные с выводом в ОКП полезной наãрó зê и, в 2014—2015 ãã.

Год Россия США Китай Франция Индия Япония Израиль Морсê ой старт Иран

2014 32 23 16 11 4 4 1 1 —

2015 26 20 19 11 5 4 — — 1

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


44

В табл. 5 приведено распределение КА , вы-веденных в ОКП в 2014—2015 ãã., по странам

(владельцам).Можно отметить ó величение в 2015 ã. ê оли-

чества выведенных в ОКП сп ó тниê ов ó США ,Китая, Европейсê оãо ê осмичесê оãо аãентства

(ESA), а таê же ó неê оторых др óãих стран и сни- жение ê оличества зап ó щенных КА ó Японии и

России.В табл. 6 приведено распределение КО, ê а-

талоãизированных и преê ративших свое с ó-ществование в 2014—2015 ãã., по тип ó.

Сравнительный анализ числа ê аталоãизиро-ванных и преê ративших свое с ó ществование КО

позволяет сделать вывод, что ê оличество ê осми-чесê оãо м ó сора продолжает возрастать в основ-ном за счет разр ó шения ê осмичесê их объеê тов

в низê оорбитальной области ОКП, что со вре-менем может серьезно затр ó днить, а затем при-

вести ê невозможности проведения дальней-шей ê осмичесê ой деятельности.

Анализ состава ê осмичесê их объеê тов техно-ãенноãо происхождения в оê олоземном ê осмиче-сê ом пространстве позволяет пол ó чить доволь-

но полн ó ю ê артин ó принадлежности КО и их

распределения в различных областях ОКП.Вместе с тем информация по этим объеê там мо-

жет быть ó точнена при орãанизации обмена до-стоверными данными, в том числе орбитальны-ми, межд ó всеми ó частниê ами ê осмичесê ой де-

ятельности, особенно межд ó Россией и США .


1. Вениаминов С.С. Космичесê ий м ó сор — óãроза

человечеств ó / под ред. Р.Р. Назирова и О.Ю. А ê сенова.М.: Изд. ИКИ РАН, 2013.

2. Мониторинã техноãенноãо засорения оê олозем-ноãо пространства и пред ó преждение об опасных сит ó-ациях , создаваемых ê осмичесê им м ó сором / под ред.Ю.Н. Маê арова // М.: Изд. ЦНИИмаш, 2015.

3. Шилин В. Д., Олейниê ов И.И. Область ê онтро- ля — оê олоземное пространство // Возд ó шно-ê осми-чесê ая оборона: информационно-аналитичесê ое из-

дание. 2010.4. А ê сенов О.Ю., Олейниê ов И.И., Почóê аев В.Н.,

Пырин В.В. Автоматизированная система пред ó преж - дения об опасных сит ó ациях в оê олоземном ê осмиче-сê ом пространстве // Общероссийсê ий на ó чно-техни-чесê ий ж ó рнал "Полет". 2013. № 10. С. 11—16.

Таблица 5Распределение КА , выведенных в ОКП в 2014—2015 ãã., по странам (владельцам)

Год

С Ш А

Р о с с и я

К и т а й

Я п о н и я

E S A

С и н

ã а п ó р

В е л и ê о -

б р и т а н и я

И н д

и я

Б р а з и л и я

К а н а д а

М е ê

с и ê а

Д а н и я

E u t e

l s a t

I n m a r s a t

А р ã е н т и н а

O 3 b

К а з а х с т а н

Б е л ь ã и я

И з р а и л ь

S E S

И с п

а н и я

Л и т в а

A s i a s a t

Д р ó ã и е

в л а д

е л ь ц ы

2014 92 38 21 25 4 2 2 4 1 3 — 1 1 — 2 8 3 2 2 2 2 2 2 21

2015 104 27 38 4 8 6 5 4 3 2 2 2 2 2 1 — — — — — — — — 13

Таблица 6Распределение КО, ê аталоãизированных и преê ративших свое сó ществование в 2014—2015 ãã., по типó

ГодКаталоãизировано Преê ратили с ó ществование

Всеãо КА Ст ó пени РН и РБ Фраãменты КА и РН Всеãо КА Ст ó пени РН и РБ Фраãменты КА и РН

2014 872 240 80 552 654 88 50 516

2015 862 223 78 561 452 75 40 337

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


45

2–3. 2016

УДК 533.69

”ÁÓ¬¯˝˝ÓÁÚÊ ÙÍ д Í˝Ê˛ ˆÓ˙ÎÓ˝¯˝Ú

ÍùÏÓ д

Ê˝

Í˙

Ê¸¯ÁˆÓ˘

Ó д

¯˙

ÎÂÊÏÈ√

Û¯˘

Ó˙Ó˙¯˝ÚÍ Ë ÈÏÍË˝¯˝Ê˛‰ д Ê˝Í˙ÊˆÊÎÓÔ¯ÚÍ ÏÍÙÔÊ¸˝˜‰ Á˝ÍÏ ̨д ÓË

Ã.Õ. ˇÏÈÔÊ˝


настоящей статье рассматриваются различные объеê ты, движ ó щиеся

в возд ó хе. В целях соê ращения записи все эти объеê ты далее назы-ваются одним словом — снаряд, ê аê это принято во внешней баллисти-

ê е. Кроме тоãо, принимаются доп ó щения, что снаряд представляет собой

твердое тело с неизменными инерционными хараê теристиê ами, Земля яв-

ляется плосê ой, поле тяжести однородно и постоянно, ветер отс ó тств ó ет.При математичесê ом моделировании движения снаряда в возд ó хе

предполаãается, что аэродинамиê а снаряда известна заранее. То есть,во-первых , известны фаê торы, от ê оторых зависят ê омпоненты полной

аэродинамичесê ой силы и полноãо аэродинамичесê оãо момента, и,во-вторых , известны ф ó нê циональные (ê оличественные) зависимости

этих ê омпонент от данных фаê торов.Определение зависимостей для отдельных ê омпонент полной аэроди-

намичесê ой силы и полноãо аэродинамичесê оãо момента ос ó ществляется

либо эê спериментальными, либо расчетными методами.

Рассмотрен вопрос óчета óã ловоãо движения набеãающеãо возд óшноãо потоêа в ó равне-

ниях движения различных летательных аппаратов ( ЛА ).Поêазана необходимость êомпен-

сации вращения сêоростной системы êоординат воê р óã веêтора возд óшной сêорости ЛАдля êорреêтноãо расчета демпфир óющих аэродинамичесêих моментов. С óчетом выявлен-ноãо эффеêта пол óчены форм ó лы для расчета проеêций веêтора сêорости óã ловоãо движе-

ния ЛА относительно набеãающеãо возд óшноãо потоêа.

Ключевые слова: аэродинамичесêий демпфир óющий момент; ó равнения динамиêиполета; летательный аппарат; óã ловое движение; набеãающий возд óшный потоê; сêо- ростная система êоординат; веêтор возд óшной сêорости.

S.V. Khrulin. Features Of Defining Components Of Aerodynamic Damping MomentIn Flight Dynamics Equations For Various Projectiles

The present article deals with the consideration of the angular motion airstream in equationsof motion for various flying vehicles (FV). This paper shows the necessity for the compensation of

air-path axis system rotation about FV vector air velocity for correct calculations of aerodynamic

damping moments. Taking the effect produced into account, the equations have been obtained for calculating the projections of vector air velocity of FV angular motion with respect to the airstream.

Keywords: aerodynamic damping moment; flight dynamics equations; flight vehicle; angu-lar motion; airstream; air-path axis system; vector air velocity.

В

ХРУЛИНСерãей Васильевич —

вед ó щий инженер ФГУП "ГосНИИАС"

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


46

Основным эê спериментальным методом, не

связанным с движением самоãо снаряда, явля-ется метод, основанный на прод ó вê ах снаряда

или еãо моделей в аэродинамичесê их тр ó бах .

Расчетные методы основаны на численных решениях ó равнений ãазовой динамиê и, ê оторые

в настоящее время проводятся на ê омпьютерах

с использованием специально разработанных

для этих целей математичесê их паê етов — ANSYSCFX, FlowVision и др.

И в эê спериментальных , и в расчетных ме-тодах предполаãается, что в целом снаряд

неподвижен, а возд ó шный потоê набеãает на

объеê т, т.е. по отношению ê движению снаряда

в возд ó хе рассматривается обращенная задача.В аэродинамичесê ой тр ó бе движение возд ó ха

создается либо системой вентиляторов (импел- леров), либо расширением сжатоãо возд ó ха, нахо- дящеãося под большим давлением в специаль-ных емê остях (ãазãольдерах ). При этом возд ó х

проп ó сê ается через специальные сетê и, для тоãо

чтобы выровнять различные неоднородности,завихрения и пол ó чить в рабочей части тр ó бы

однородный равномерный потоê.

При использовании численных методов дви-

жение возд ó ха задается постоянным значениемсê орости на бесê онечности (точнее, на доста-точно большом ó далении от исслед ó емоãо объ-еê та). Сам снаряд по отношению ê набеãающем ó возд ó шном ó потоêó может быть либо неподви-

жен, либо может совершать неê оторое óã ловое

движение. При этом одна точê а снаряда (ê аê правило, центр масс) всеã да остается непо-

движной относительно потоê а.

Таê им образом, пол ó ченные аэродинамиче-

сê ие силы и моменты всеã да относятся ê опреде- ленной точê е снаряда и соответств ó ют однород-ном ó, равномерно движ ó щем ó ся потоêó возд ó ха,рассматриваемом ó относительно этой точê и.

В полете снаряд совершает сложное, неравно-мерное пост ó пательно-óã ловое движение, точê ивнешней поверхности снаряда имеют различные

сê орости относительно Земли. Возд ó шные массы,сê возь ê оторые пролетает снаряд, таê же моãó т пе-ремещаться относительно Земли (ветер). В связи с

этим возниê ают несê ольê о вопросов: "Каê разде- лить движение снаряда на пост ó пательн ó ю и óã ло-в ó ю составляющие? Каê выделить набеãающий

возд ó шный потоê? Что вообще в этом сл ó чае по-

нимать под "набеãающим возд ó шным потоê ом"?Обычно пост ó пают след ó ющим образом.

1. Движение возд ó шных масс (ветер) рассмат-ривают отдельно, предполаãая, что известна сê о-рость ветра относительно Земли. То есть известны

проеê ции веê тора сê орости ветра для любой точ-ê и пространства и произвольноãо момента време-ни относительно земной системы ê оординат.

2. Движение снаряда разбивают на две со-ставляющие — пост ó пательное движение цент-

ра масс снаряда и óã ловое движение снаряда от-носительно центра масс.

3. И пост ó пательное, и óã ловое движения сна-ряда рассматривают относительно Земли и отно-сительно возд ó ха. Анализ движения относитель-но Земли необходим для расчета траеê тории сна-ряда и еãо теêó щеãо óã ловоãо положения. Анализ

движения относительно возд ó ха необходим для

расчета теêó щих значений всех ê омпонент пол-ной аэродинамичесê ой силы и полноãо аэроди-

намичесê оãо момента, действ ó ющих на снаряд вê аждой точê е траеê тории.

В данной статье рассмотрены особенности

формирования одной из ê омпонент полноãо

аэродинамичесê оãо момента, а именно демп-фир ó ющеãо момента.

Представление демпфирующего момента в уравнениях движения снарядов

Демпфир ó ющий момент представляет со-

бой момент сил сопротивления, действ ó ющих на снаряд со стороны частиц возд ó шной среды

при наличии óã ловоãо движения снаряда от-носительно этой среды. Обычно этот момент

представляют с ó ммой трех веê торов, ê аждый из

ê оторых хараê териз ó ет óã ловое торможение

снаряда при еãо повороте воê р óã соответств ó ю-щей оси связанной системы ê оординат:

M дем = M x 1, дем + M ó1, дем + M z 1, дем. (1)

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


47

2–3. 2016

Здесь

(2)

ã де m x 1, дем, m y1, дем, m z 1, дем — ê оэффициенты

демпфир ó ющих моментов; , , — базис-

ные веê торы связанной системы ê оординат; ρ —плотность возд ó ха в точê е нахождения снаряда;V , S , L — соответственно сê орость, хараê терные

площадь и длина снаряда.

При определении демпфир ó ющих моментов ваэродинамичесê ой тр ó бе потоê имеет постоянное

направление (óã ловая сê орость потоê а относи-тельно Земли равна н ó лю), соответственно, óã ло-вое движение снаряда относительно набеãающе-ãо возд ó шноãо потоê а совпадает с óã ловым дви-

жением снаряда относительно Земли. Поэтом ó ê оэффициенты демпфир ó ющих моментов в пер-вом приближении можно принять пропорцио-нальными проеê циям веê тора сê орости óã ловоãо

движения снаряда относительно Земли [1]:

(3)

ã де , , — безразмерные проеê ции

веê тора сê орости Ω óã ловоãо движения снаряда

относительно Земли; , , — ê оэф-

фициенты пропорциональности, в литерат ó ре

их часто называют частными производными ê о-эффициентов демпфирования.

Для тоãо чтобы рассчитать аэродинамиче-сê ие силы и моменты, действ ó ющие на снаряд впроцессе еãо движения в атмосфере, произво-

дят обращения пост ó пательноãо движения сна-ряда. То есть рассматривают движение не снаряда

относительно неподвижноãо возд ó ха, а встречное

движение возд ó шной среды относительно непо- движноãо (в смысле пост ó пательноãо движения)снаряда, имитир ó я таê им образом сит ó ацию в

аэродинамичесê ой тр ó бе.

Посê ольêó при движении по траеê ториивеê тор возд ó шной сê орости снаряда V меняет

свое направление, то и направление набеãаю-щеãо на снаряд возд ó шноãо потоê а б ó дет непре-

рывно изменяться. Это изменение направления

потоê а вносит дополнительный вê лад в демп-фирование, ó силивая или ослабляя еãо.

В настоящее время ó чет изменения направ- ления потоê а производится п ó тем введения по-правоê, пропорциональных óã ловым сê оростям

и [1]:

(4)

ã де = L/V , = L/V — безразмерные óã ло-

вые сê орости вращения снаряда по óã л ó атаê и α

и óã л ó сê ольжения β; , ..., — соответст-

в ó ющие ê оэффициенты пропорциональности.

Таê ой подход является слишê ом формальным

(использ ó ется разложение в ряд Тейлора), в ê ото-ром ниê аê не ó читывается физиê а явления. Необ-ходимо помнить, что веê торы óã ловых сê оростей

и направлены вдоль осей разных систем ê оор- динат: веê тор — вдоль оси Z 1 связанной СК ,а веê тор — вдоль оси Y a сê оростной СК (рис. 1).Поэтом ó таê же, ê аê и в сл ó чае с óã ловым движе-нием снаряда относительно Земли, след ó ет рас-

сматривать проеê ции веê тора сê орости óã ловоãо движения снаряда относительно потоê а.

Кроме тоãо, по сравнению с сит ó ацией в аэро- динамичесê ой тр ó бе новым фаê тором является

не óã ловое движение снаряда относительно пото-ê а, а появление óã ловоãо движения потоê а отно-сительно Земли. Соответственно, и добавê и в

демпфирование должны быть пропорциональны

проеê циям веê тора сê орости óã ловоãо движения

потоê а относительно Земли. То есть форм ó лы (4)

M x 1, дем = M x 1, дем = m x 1, дем(ρV 2/2)SL ;

M y1, дем = M y1, дем = m y1, дем(ρV 2

/2)SL ;

M z 1, дем = M z 1, дем = m z 1, дем(ρV 2/2)SL ,

x 10 x 1

0

y 10

y 10

z 10 z 1

0

x 10 y 1

0 z 10

m x 1, дем = – ; = Ω x 1L/V ;

m y1, дем = – ; = Ω y1L/V ;

m z 1, дем = – ; = Ω z 1L/V ,

m x 1Ω x 1 Ω x 1 Ω x 1

m y1

Ω y1 Ω y1 Ω y1

m z 1

Ω z 1 Ω z 1 Ω z 1

Ω x 1 Ω y1 Ω z 1

m x 1

Ω x 1m

y1

Ω y1m

z 1

Ω z 1

α· β·

m x 1, дем = – – – ;

m y1, дем = – – – ;

m z 1, дем = – – – ,

m x 1

Ω x 1 Ω x 1 m x 1α·

α· m x 1β·

β·

m y1

Ω y1 Ω y1 m y1α·

α· m y1β·

β·

m z 1

Ω z 1 Ω z 1 m z 1α·

α· m z 1β·

β·

α· α· β· β·

m x 1

α·m

z 1

β·

α· β·

α·

β·

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


48

для ê оэффициентов демпфир ó ющих моментов

должны иметь вид

(5)

Здесь , , — безразмерные проеê-ции веê тора сê орости ω óã ловоãо движения по-тоê а относительно Земли; k x , k y, k z — соответст-в ó ющие ê оэффициенты пропорциональности.

Посê ольêó веê торы Ω и ω связаны соотно-шением

Ω = ω + ΔΩ, (6)

ã де ΔΩ — веê тор сê орости óã ловоãо движения

снаряда относительно потоê а, то форм ó лы (5)можно записать в виде

(7)

При отс ó тствии вращения снаряда относи-тельно Земли (Ω = ) пол ó чим

m x 1, дем = –k x Δ ; m y1, дем = –k yΔ ;

m z 1, дем = –k z Δ . (8)

Следовательно, по аналоãии с величинами

, , можно сê азать, что парамет-

ры k x , k y, k z таê же представляют собой соответ-

ств ó ющие частные производные:

k x = ; k y = ; k z = . (9)

Таê им образом, форм ó лы для ê оэффициен-

тов демпфир ó ющих моментов б ó д ó т иметь вид

(10)

Каê видно, форм ó лы (10) отличаются от об-щепринятых форм ó л (4), использ ó емых в на-стоящее время в ó равнениях движения различ-

ных снарядов. Для примера рассмотрим три хараê терных

сл ó чая движения снаряда в возд ó шной среде.1. Направление потоê а относительно Земли

не изменяется, снаряд совершает óã ловое дви- жение относительно потоê а. Пример таê оãо

движения поê азан на рис. 2, а. В этом сл ó чае

ω = ; ΔΩ = Ω. (11)

С ó четом соотношения (6) форм ó лы (10)прим ó т ê лассичесê ий вид, соответств ó ющий

обтеê анию снаряда в аэродинамичесê ой тр ó бе:

(12)

2. У ã ловое положение снаряда относительно

Земли не изменяется, потоê совершает óã ловое

Y 1

Y V Y a

Z 1

Z V

Z a

X 1

X a X V

β.→

χ.→

α.→

→V

βχ

χα

α

β

O

Рис. 1. Взаимное положение связанной СК снарядаOX 1Y 1 Z 1, сê оростной СК OX aY a Z a и поточной СК OX V Y V Z V

m x 1, дем = – + k x ; = ω x 1L/V ;

m y1, дем = – + k y ; = ω y1L/V ;

m z 1, дем = – + k z ; = ω z 1L/V .

m x 1

Ω x 1 Ω x 1 ω x 1 ω x 1

m y1

Ω y1 Ω y1 ω y1 ω y1

m z 1

Ω z 1 Ω z 1

ω z 1

ω z 1

ω x 1 ω y1 ω z 1

m x 1, дем = –( – k x ) – k x Δ ;

Δ = ΔΩ x 1L/V ;

m y1, дем = –( – k y) – k yΔ ;

Δ = ΔΩ y1L/V ;

m z 1, дем = –( – k z ) – k z Δ ;

Δ = ΔΩ z 1L/V .

m x 1

Ω x 1 Ω x 1 Ω x 1

Ω x 1

m y1

Ω y1 Ω y1 Ω y1

Ω y1

m z 1

Ω z 1 Ω z 1 Ω z 1

Ω 1

0:

Ω x 1 Ω y1

Ω z 1

m x 1

Ω x 1m y1

Ω y1m z 1

Ω z 1

m x 1

ΔΩ x 1m y1

ΔΩ y1m z 1

ΔΩ z 1

m x 1, дем=–( – ) –

Δ ;

m y1, дем = –( – ) – Δ ;

m x 1

Ω x 1m x 1

ΔΩ x 1 Ω x 1

m x 1

ΔΩ x 1 Ω x 1

m y1

Ω y1m x 1

ΔΩ y1 Ω y1 m y1

ΔΩ y1 Ω y1

0:

m x 1, дем = – ;

m y1, дем = – ;

m z 1, дем = – .

m x 1

Ω x 1 Ω x 1

m y1

Ω y1 Ω y1

m z 1

Ω z 1 Ω z 1

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


49

2–3. 2016

движение относительно Земли (рис. 2, б ). В этом

сл ó чае

Ω = ; ΔΩ = –ω. (13)

Форм ó лы (10) прим ó т вид

(14)

Заметим, что данный сл ó чай движения снаря- да в неê отором смысле противоположен первом ó.

3. Снаряд вместе с потоê ом совершает одина-ê овое óã ловое движение относительно Земли,

óã ловое положение снаряда относительно пото-ê а не изменяется (рис. 2, в). В этом сл ó чае

Ω = ω; ΔΩ = 0. (15)

Форм ó лы (10) прим ó т вид

(16)

Сит ó ация аналоãична первом ó сл ó чаю. Отли-чие состоит лишь в меньшем значении ê оэффи-циента демпфирования.

Определение вектора скорости углового движения снаряда относительно

набегающего воздушного потока

Каê было отмечено выше, при расчете аэро-

динамичесê их сил и моментов производят обра-щение пост ó пательноãо движения — вместо

движения снаряда относительно возд ó ха рас-сматривают движение возд ó шноãо потоê а отно-сительно снаряда. Однаê о в современных моде- лях динамиê и полета различных снарядов вы- деление набеãающеãо возд ó шноãо потоê апроводят методичесê и не совсем верно, таê ê аê задают тольê о направление движения потоê а ине анализир ó ют еãо вращение.

Проблема состоит в том, что при постро-

ении сê оростной системы ê оординат использ ó юттольê о два óã ла поворота — óãол атаê и α и óãол

сê ольжения β. Дв ó х óã лов достаточно для зада-ния направления любоãо веê тора, в том числе ивеê тора возд ó шной сê орости V снаряда. Однаê оесли после дв ó х поворотов на óã лы α и β пол ó-ченн ó ю сê оростн ó ю СК дополнительно повер-н ó ть на произвольный óãол χ воê р óã веê тора

возд ó шной сê орости V , то эта новая СК таê же

б ó дет определять направление веê тора возд ó ш-

0:

ω = 0, ΔΩ = Ω

Y g

X g

→

а)O

→ →→

Ω = 0, ΔΩ = –ω→ →→ →

ΔΩ = 0, Ω = ω→ →→ →

O

O

Y g

X g

X g

Y g

б )

в )

Рис. 2. Неê оторые хараê терные слó чаи óãловоãо движенияснаряда и набеãающеãо воздó шноãо потоê а:а — направление потоê а неизменно, снаряд совершает ê оле-бания относительно потоê а;б — снаряд сохраняет óã ловое положение, потоê меняет на-правление;в — снаряд отслеживает направление потоê а, потоê вместесо снарядом меняет направление

m x 1, дем = – Δ ;

m y1, дем = – Δ ;

m z 1, дем = – Δ .

m x 1

ΔΩ x 1 Ω x 1

m y1

ΔΩ y1 Ω y1

m z 1

ΔΩ z 1 Ω z 1

m x 1, дем = –( – ) ;

m y1, дем = –( – ) ;

m z 1, дем = –( – ) .

m x 1

Ω x 1m x 1

ΔΩ x 1 Ω x 1

m y1

Ω y1m y1

ΔΩ y1 Ω y1

m z 1

Ω z 1 m z 1

ΔΩ z 1 Ω z 1

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


50

ной сê орости с помощью тех же óã лов α и β, но

при этом б ó дет иметь др óãое вращение воê р óãвеê тора возд ó шной сê орости V (можно назвать

это вращение "вращением по ê рен ó").

В рез ó льтате относительно поверн ó той сê о-ростной СК аэродинамичесê ие силы и момен-ты, зависящие тольê о от óã лов α и β, б ó д ó т иметь

те же самые значения, а аэродинамичесê ие си- лы и моменты, ê оторые определяются óã ловы-ми сê оростями вращения снаряда относитель-но возд ó шноãо потоê а (в перв ó ю очередь демп-фир ó ющие моменты), прим ó т др óãие значения.

Посê ольêó óãол χ может быть выбран произ-вольно, то таê их поверн ó тых сê оростных СК

можно построить бесê онечно мноãо. Возниê ает

сит ó ация, ê оã да математичесê ая модель и пол ó-чаемое по ней решение становятся зависимыми

от действий исследователя — ê аê ой вариант

поверн ó той сê оростной системы ê оординат он

выберет, таê ое решение и пол ó чит. А это недо-п ó стимо.

В настоящее время во всех математичесê их

моделях движения различных снарядов использ ó-ют вариант сê оростной СК с н ó левым значением

óã ла χ. Н ó левой óãол пол ó чается их -за тоãо, что

этот óãол вообще не анализир ó ют. Однаê о все ос-тальные варианты поверн ó той сê оростной СК ни-чем не х ó же и не л ó чше варианта χ = 0.

Возниê ает естественный вопрос: "Каê пра-вильно выбрать óãол χ?" По мнению автора, сê о-ростная СК вообще не должна иметь вращения

относительно веê тора возд ó шной сê орости V ,таê ê аê при определении аэродинамичесê их

сил и моментов в аэродинамичесê их тр ó бах или

расчетными методами вращение потоê а отс ó т-ств ó ет. Следовательно, н ó жно таê выбрать óãол

поворота χ, чтобы добавленное от этоãо óã ла до-полнительное вращение воê р óã веê тора V ê ом-пенсировало имеющееся вращение сê оростной

СК воê р óã этоãо веê тора.

Рассмотрим, ê аê ê онê ретно это сделать.

Поточная система ê оординат. Выделение

возд ó шноãо потоê а проведем с помощью по-верн ó той по ê рен ó сê оростной системы ê оор-

динат. Назовем эт ó СК поточной системой êоор-

динат OX V Y V Z V . Положение связанной СК от-

носительно поточной СК б ó дет определяться спомощью трех óã лов поворота воê р óã ê оорди-натных осей (см. рис. 1):

óã ла ê рена χ сê оростной СК ;

óã ла сê ольжения β; óã ла атаê и α.Базисные веê торы связанной и поточной

систем ê оординат б ó д ó т связаны межд ó собой

соотношениями

= ; = , (17)

ã де матрица есть матрица перехода от связан-

ноãо базиса ê поточном ó базис ó:

=

. (18)

Алãоритм выбора óã ла χ б ó дет подробно рас-смотрен далее.

Поточная и сê оростная системы ê оординатимеют общ ó ю перв ó ю ê оординатн ó ю ось, направ- ленн ó ю по веê тор ó возд ó шной сê орости V сна-ряда. Отличаются они разворотом на óãол χ во-ê р óã этоãо веê тора V . При χ = 0 обе системы ê о-ординат сливаются в одн ó СК .

Таê им образом, сê оростная СК является ча-стным сл ó чаем поточной СК , соответств ó ющим

значению óã ла χ = 0.Веê тор сê орости ΔΩ óã ловоãо движения сна-

ряда относительно потоê а хараê териз ó ет óã ло-

вое движение связанной СК относительно по-точной СК . Этот веê тор является с ó ммой трех

веê торов óã ловых сê оростей поворотов воê р óãê оординатных осей, изображенных на рис. 1:

ΔΩ = + + , (19)

ã де

= ; = ; = . (20)

x 10

y 10

z 10

⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

P ̂

x V 0

y V 0

z V 0

⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞ x V

0

y V 0

z V 0

⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

P T ^

x 10

y 10

z 10

⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

P ̂

P ̂cosαcosβ sinαcosχ cosαsinβsinχ+ sinαsinχ cosαsinβcosχ–

sinαcosβ– cosαcosχ sinαsinβsinχ– cosαsinχ sinαsinβcosχ+

sinβ cosβsinχ– cosβcosχ⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

χ·: β·: α·:

χ·: χ· x V 0

β·: β· y a0

α·: α· z 10

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


51

2–3. 2016

Веê тор ΔΩ можно разложить по базисам

связанной и поточной СК :

ΔΩ = ΔΩ x 1 + ΔΩ y1 + ΔΩ z 1 ; (21)

ΔΩ = ΔΩ xV + ΔΩ yV + ΔΩ zV . (22)

Проеê ции ΔΩ x 1, ΔΩ y1, ΔΩ z 1 и ΔΩ xV , ΔΩ yV ,ΔΩ zV б ó д ó т иметь след ó ющие выражения через

óã ловые сê орости , , :

(23)

Определение необходимой дополнительной угловой скорости вращения скоростной

системы координат относительно вектора воздушной скорости снаряда

Рассмотрим веê тор ω óã ловой сê орости вра-щения поточной СК относительно земной СК .П ó сть этот веê тор имеет след ó ющее разложение

по базис ó поточной СК :

ω = ω xV + ω yV + ω zV . (24)

С ó четом соотношения (6) для проеê ций

ω xV , ω yV , ω zV справедливы равенства

(25)

ã де проеê ции ΔΩ xV , ΔΩ yV , ΔΩ zV определяются

второй ãр ó ппой форм ó л (23), а проеê ции Ω xV , Ω yV ,

Ω zV рассчитываются через Ω x 1, Ω y1, Ω z 1 с по-

мощью транспонированной матрицы :

= . (26)

Посê ольêó предполаãаем, что поточная СК

не вращается относительно веê тора возд ó шной

сê орости V (в отличие от сê оростной СК , ê ото-рая, ê аê было поê азано выше, имеет неê онтро-

лир ó емое вращение по ê рен ó), то проеê ция ω xV

должна быть н ó левой:

ω xV ≡ 0. (27)

Таê им образом, из всех величин ω xV , ω yV , ω zV

для дальнейшеãо анализа б ó дет н ó жна проеê ция

ω xV . Поэтом ó из матричноãо соотношения (26)берем тольê о перв ó ю строêó:

Ω xV = P 11Ω x 1 + P 21Ω y1 + P 31Ω z 1. (28)

Воспользовавшись для элементов P 11, P 21, P 31их выражениями из матрицы (18), пол ó чим для

проеê ции Ω xV форм ó л ó

Ω xV = cosαcosβΩ x 1 – sinαcosβΩ y1 + sinβΩ z 1.(29)

Для проеê ции ΔΩ xV из второй ãр ó ппы фор-м ó л (23) имеем:

ΔΩ xV = + sinβ. (30)

Подставив выражения (29) и (30) в перв ó юстроêó из (25), пол ó чим:

ω xV = cosαcosβΩ x 1 – sinαcosβΩ y1 + sinβΩ z 1 –

– – sinβ. (31)

Приравняв эт ó проеê цию н ó лю (в соответст-вии с ó словием (27)), найдем форм ó л ó для рас-чета óã ловой сê орости , ê оторая необходима

для ê омпенсации вращения сê оростной СК от-носительно веê тора V возд ó шной сê орости:

= (Ω x 1cosα – Ω y1sinα)cosβ + (Ω z 1 – )sinβ.(32)

Соотношение (32) представляет собой таê же

дифференциальное ó равнение для óã ла χ. При

расчете ê омпонент демпфир ó ющеãо момента

óãол χ не использ ó ется (н ó жна óã ловая сê о-рость ). Однаê о óãол χ необходим для пересчета

проеê ций различных веê торов при переходе из

поточной системы ê оординат в связанн ó ю и об-ратно — элементы матрицы перехода опреде-

ляются тремя óã лами α, β, χ (см. форм ó л ó (18)).Поэтом ó соотношение (32) необходимо вê лю-чить в систем ó дифференциальных ó равнений

движения снаряда и интеãрировать вместе со

всеми ó равнениями.

x 10 y 1

0 z 10

x V 0 y V

0 z V 0

χ· β· α·

ΔΩ x 1 = sinα + cosβcosα;

ΔΩ xV = + sinβ;

ΔΩ y1 = cosα – cosβsinα;

ΔΩ yV = cosχ – cosβsinχ;ΔΩ z 1 = + sinβ;ΔΩ zV = sinχ + cosβcosχ.

β· χ·

χ· α·

β· χ·

β

·

α·

α· χ· β· α·

x V 0 y V

0 z V 0

ω xV = Ω xV – ΔΩ xV ;

ω yV = Ω yV – ΔΩ yV ;

ω zV = Ω zV – ΔΩ zV ,

P т^

Ω xV

Ω yV

Ω zV ⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

P т^

Ω x 1

Ω y1

Ω z 1⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

χ· α·

χ· α·

χ·

χ· α·

χ·

P ^

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


52

Определение проекций вектора скорости углового движения снаряда относительно

набегающего воздушного потока

Каê было поê азано выше (см. форм ó лы (10)), для расчета ê оэффициентов демпфир ó ющих мо-ментов необходимо знать проеê ции веêтора сêо-

рости ΔΩ óã ловоãо движения связанной СК отно-

сительно поточной СК . Исходными соотноше-ниями являются форм ó лы из первой ãр ó ппы

(23). Подставив в них выражение (32) для вели-чины , пол ó чим:

(33)

Часто в ó равнениях движения снарядов ис-польз ó ют не óã лы α, β и óã ловые сê орости , ,а рассматривают проеê ции веê тора возд ó шной

сê орости V x 1, V y1, V z 1 и их производные ,, . Эти ãр ó ппы переменных связаны

межд ó собой форм ó лами

V x 1 =V cosαcosβ; V y1 = –V sinαcosβ; V z 1 =V sinβ.(34)

Отсюда находим форм ó лы для триãономет-ричесê их ф ó нê ций óã лов α и β:

sinα = – ;

cosα = ; tgα = – ; (35)

sinβ = ;

cosβ = ; tgβ = . (36)

Продифференцировав форм ó лы для танãен-сов, после соответств ó ющих преобразований по-

л ó чим форм ó лы для óã ловых сê оростей и :

= ; (37)

= .(38)

Далее вместо триãонометричесê их ф ó нê ций

óã лов α, β и óã ловых сê оростей , подставля-ем в форм ó лы (33) их выражения через проеê ции

веê тора возд ó шной сê орости (35)—(38). После

соответств ó ющих преобразований пол ó чим:

(39)

Или в матричном виде:

= (ΔΩ x 1, ΔΩ y1, ΔΩ z 1) –

– , (40)

ã де V 2 = + + .

χ·

ΔΩ x 1 = sinα + [(Ω x 1cosα – Ω y1sinα)cosβ +

+ (Ω z 1 – )sinβ]cosβcosα;

ΔΩ y1 = cosα – [(Ω x 1cosα – Ω y1sinα)cosβ +

+ (Ω z 1 – )sinβ]cosβsinα;

ΔΩ z 1 = + [(Ω x 1cosα – Ω y1sinα)cosβ +

+ (Ω z 1 – )sinβ]sinβ.

β·

α·

β·α·

α·

α·

α· β·

V · x 1

V · y1 V

· z 1

V y1

V x 12

V y12

+

---------------------

V x 1

V x 12 V y1

2+

---------------------V y1

V x 1

------

V z 1

V x 12

V y12

V z 12

+ +

--------------------------------

V x 12

V y12

+

V x 12

V y12

V z 12

+ +

--------------------------------V z 1

V x 12

V y12

+

---------------------

α· β·

α· V

·

x 1V y1 V x 1V

·

y1–

V x 12

V y12

+

-------------------------------

β·V · z 1

V x 12

V y12

+( ) V z 1

V x 1

V · x 1 V

y1V · y1+( )–

V x 12

V y12

V z 12

+ +( ) V x 12

V y12

+

--------------------------------------------------------------------------

α· β·

ΔΩ x 1 = – +

+ ;

ΔΩ y1 = – +

+ ;

ΔΩ z 1 = – +

+ .

V · y1

V ------

V z 1

V ------

V · z 1

V ------

V y1

V ------

Ω x 1

V x 1

V ------ Ω y1

V y1

V ------ Ω z 1

V z 1

V ------+ +

V x 1

V ------

V · z 1

V ------

V x 1

V ------

V · x 1

V ------

V z 1

V ------

Ω x 1

V x 1

V

------ Ω y1

V y1

V

------ Ω z 1

V z 1

V

------+ +V y1

V

------

V · x 1

V ------

V y1

V ------

V · y1

V ------

V x 1

V ------

Ω x 1

V x 1

V ------ Ω y1

V y1

V ------ Ω z 1

V z 1

V ------+ +

V z 1

V ------

ΔΩ x 1

ΔΩ y1

ΔΩ z 1⎝ ⎠⎜ ⎟

⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

1

V 2

----

V x 1

V y1

V z 1⎝ ⎠⎜ ⎟

⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞ V x 1

V y1

V z 1⎝ ⎠⎜ ⎟

⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

1

V 2

----

0 V · z 1 V

· y1–

V · z 1– 0 V

· x 1

V · y1 V

· x 1– 0⎝ ⎠

⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞ V x 1

V y1

V z 1⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

V x 12

V y12

V z 12

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


53

2–3. 2016

Отметим, что после перехода от óã ловых пе-ременных α, β ê проеê циям веê тора возд ó шной

сê орости V x 1, V y1, V z 1 форм ó лы для проеê ций

ΔΩ x 1, ΔΩ y1, ΔΩ z 1 веê тора сê орости óã ловоãо

движения снаряда относительно потоê а сталииметь одинаê ов ó ю (однородн ó ю) стр óê т ó р ó.

Выводы

1. Расчет ê оэффициентов демпфир ó ющих

моментов след ó ет проводить по форм ó лам (10),в ê оторых использ ó ются проеê ции ΔΩ x 1, ΔΩ y1,ΔΩ z 1 веê тора сê орости óã ловоãо движения сна-ряда относительно потоê а, а не óã ловые сê орос-ти , , ê аê это делается сейчас в матема-

тичесê их моделях динамиê и полета различных снарядов.2. Посê ольêó при составлении ó равнений

движения снаряда использ ó ют демпфир ó ющие

ê оэффициенты, определенные относительно

пост ó пательно движ ó щеãося возд ó шноãо потоê а(пол ó ченные при прод ó вê ах в аэродинамиче-сê их тр ó бах или в рез ó льтате решения ó равне-ний ãазовой динамиê и), то в ê ачестве проеê ций

ΔΩ x 1, ΔΩ y1, ΔΩ z 1 след ó ет использовать проеê-ции, определяющие óã ловое движение снаряда

относительно стабилизированноãо по ê рен ó

возд ó шноãо потоê а. Эти проеê ции рассчитыва-ются либо через óã ловые сê орости , по фор-м ó лам (33), либо через проеê ции V x 1, V y1, V z 1веê тора возд ó шной сê орости по форм ó лам (39).

3. В отличие от сê оростной системы ê оорди-нат положение поточной СК относительно свя-занной определяется не дв ó мя óã лами (α, β),а тремя (α, β, χ). Соответственно, и матрица

перехода (18) зависит от трех óã лов. Поэтом ó в

систем ó дифференциальных ó равнений, опи-сывающих движения снаряда в возд ó хе, необхо-

димо добавить дополнительное ó равнение для

óã ла χ.

Автор выражает блаãодарность за обс ó ждение

и ê онстр óê тивн ó ю ê ритиêó материалов данной

статьи доê тор ó техн. на óê профессор ó А .И. Же- ланниê ов ó (ЦАГИ), доê тор ó техн. на óê профес-сор ó Ф.П. Миропольсê ом ó (3 ЦНИИ МО РФ) и

доê тор ó техн. на óê старшем ó на ó чном ó сотр ó д-ниêó В.В. Орлов ó (ГосНИИАС).


1. Липницê ий Ю.М., Красильниê ов А .В., Поê ров-

сê ий А .Н., Шманенê ов В.Н. Нестационарная аэроди-намиê а баллистичесê оãо полета. М.: ФИЗМАТЛИТ,

2003. 176 с.

α· β·

α· β·

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


54

УДК 004.9:629.7

ÕÓÙÏÍÁÚÍ√ÛÍ˛ ÏÓÔÒ CALS-Ú¯‰˝ÓÔÓ˘Êı

Ë Ï¯Ì¯˝

ÊÊ ÙÍ д

Í¸ ÍËÊÍ˚

ÊÓ˝˝

Óı

Ê ÏÍˆ¯Ú˝Óı ÎÏÓ˙˜ÌÔ¯˝˝ÓÁÚÊ

K.fi. ∆Ó˙ÌÚ¯ı˝


Становление и развитие CALS-технологий

ысоê ая динамиê а развития вычислительной техниê и, технолоãий

проãраммирования, системотехничесê их основ моделирования раз- личных реальных процессов обозначили оãромный прорыв США в

сфере разработê и моделей и имитационных систем в различных областях ,ê ê оторым относятся оборонная промышленность, авиастроение, раê ето-строение, ê ораблестроение, машиностроение, атомная промышленность,энерãетиê а.

Началом этоãо прорыва можно считать создание в военно-промыш- ленном ê омплеê се США в середине 1980-х ãã. С ALS-технолоãий. Они

должны были решить вопросы по созданию Стратеãичесê ой оборонной

инициативы — СОИ, а таê же проблемы повышения эффеê тивности ó п-равления и соê ращения затрат в процессе заê аза, поставоê и эê спл ó атации

средств воор ó жения и военной техниê и [1, 2].

Прослеживается развитие CALS-технолоãий в нашей стране и за р óбежом приме-нительно ê оборонной промышленности, авиастроению, раêетостроению, êорабле-

строению, машиностроению, атомной промышленности, энерãетиêе в обстановêе по-

стоянноãо и интенсивноãо поисêа новых методов и подходов ê óпрочению положения на

рынêе на óêоемêих изделий и повышению êонêó рентоспособности, основанных на ши- роêом использовании информационных технолоãий.

Ключевые слова: математичесêое моделирование; имитационное моделирование;

информационная поддержêа; лоãистичесêая поддержêа; жизненный циê л изделия; ин-теã рированные информационные системы; êонцепт óальное проеêтирование; модель-ный êомплеêс; полная элеêтронная модель.

K.G. Bomshtein. The Increasing The Part Of CALS-Technologies In AttackingProblems Of Aviation And Missile Industry

In the article the development of CALS-technologies in this nation and abroad is traced back as applied to the defense industry, the aircraft engineering, the rocketry, the naval architecture,

the machine manufacturing, the atomic industry and the power. This analysis is carried out based on the tireless and intense search for new methods and approaches to the consolidation of the position in the scientific product market and to the competitive recovery, built upon a broad usage of information technologies.

Keywords:mathematical modeling; simulation modeling; data support; logistic support; product life cycle; integrated information systems; conceptual design; model complex; perfect electron model.

В

БОМШТЕЙНКалман Гриãорьевич —

старший на ó чныйсотр ó дниê Мосê овсê оãо авиационноãо инстит ó та

(национальноãоисследовательсê оãо

ó ниверситета),ê андидат техн. на óê

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


55

2–3. 2016

В дальнейшем идеолоãию CALS (Continuous Acquisition and Life Cycle Support — непрерывная

информационная поддерж ê а жизненноãо циê ла

прод óê ции) приняли все наиболее развитые

страны мира: Велиê обритания, Германия,Швеция, Норвеãия, Канада, Япония, Австра-

лия и др. Специальная орãанизация по CALSсоздана в НАТО.

При разработê е и серийном производстве

на óê оемê их изделий, в том числе авиаê осмиче-сê ой и раê етной техниê и, при значительной

поддерж ê е ãос ó дарства более 30 лет над внедре-нием CALS работают таê ие вед ó щие ê орпора-ции, ê аê Boeing , Airbus, Dassault Aviation, EADS ,Pratt Whitney, Rolls Royse, Snecma, Rockwell -Col-

lins и др. [3].Непрерывная информационная поддерж ê а

жизненноãо циê ла прод óê ции обязательно

пред ó сматривает таêó ю орãанизацию разработ-ê и образцов техниê и, ê оторая обеспечивала бы

сопровождение изделия от замысла ê онстр óê-тора, на ó чной разработê и идеи до реальноãо об-разца, находящеãося в эê спл ó атации, т.е. на

всем жизненном циê ле изделия. Одной из ос-новных задач в этом процессе является совмес-тимость проãраммноãо обеспечения, исполь-з ó емоãо при разработê е. Таê ая совместимость

проãраммноãо обеспечения достиãается с по-мощью CALS-технолоãий.

Становление С ALS-технолоãий шло в об-становê е интенсивноãо поисê а новых методов

и подходов ê ó прочению положения на рынê ена óê оемê их изделий и повышению ê онêó ренто-способности, основанных на широê ом исполь-зовании информационных технолоãий (ИТ),ê оторые обеспечивают ó сê орение процессов

проеê тирования за счет автоматизации и интеã-рации, т.е. соê ращения сроê ов разработê и и

выхода прод óê ции на рыноê [2].

Термин CALS появился в недрах министер-ства обороны США , а в ãраждансê ой сфере про-изводства распространение пол ó чил др óãой тер-мин — PLM (Product Life Management — ó прав-

ление жизненным циê лом изделия), ê оторый,по с ó ществ ó, имеет тот же смысл, что и CALS.В отечественной литерат ó ре аналоãом CALS яв-

ляется термин ИПИ (информационная поддержêа

жизненноãо циê ла изделий).

Разработê а ê онцепции CALS была ответом на

возниê новение потребности в совершенствова-

нии средств оперативноãо обмена даннымимежд ó заê азчиê ом, производителем и потреби-телем систем воор ó жения, а таê же в повышении

ó правляемости, соê ращении б ó мажноãо доêó-ментооборота и связанных с этим затрат.

Предполаãалось, что реализация ê онцепции

CALS позволит соê ратить затраты на орãаниза-цию информационноãо взаимодействия ãос ó-

дарственных ó чреждений с частными фирмами

в процессах формализации требований, заê а-зов, поставоê и эê спл ó атации военной техниê и.Блаãодаря ó спешном ó использованию рассмат-риваемой ê онцепции в производстве военной

техниê и она стала аê тивно применяться в са-мых различных отраслях эê ономиê и.

Повышение эффеê тивности создания и ис-пользования сложной техниê и на основе

CALS-технолоãий достиãается решением сле- д ó ющих задач:

ó л ó чшение ê ачества изделий за счет более

полноãо ó чета имеющейся информации при

проеê тировании и принятии ó правленчесê их решений с использованием ê омпьютерноãо мо-

делирования;

соê ращение материальных и временных за-трат по проеê тированию и изãотовлению изделий;

значительное снижение затрат на эê спл ó-атацию блаãодаря реализации ф ó нê ций интеã-рированной лоãистичесê ой поддерж ê и.

Несмотря на наличие потерь, связанных с

несовершенством информационноãо взаимо- действия с поставщиê ами в различных отраслях

промышленности США , поê азатели эффеê тив-ности внедрения CALS-технолоãий в промыш-

ленность США в целом составляют[3]:

прямое ó меньшение затрат на проеê тирова-ние на 10...30 %;

соê ращение времени разработê и изделий в

1,5...2 раза;

соê ращение времени выхода новых изделий

на рыноê на 25...75 %;

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


56

ó меньшение доли браê а и объема ê онстр óê-тивных изменений на 23...73 %;

соê ращение затрат на подãотовêó техниче-сê ой доêó ментации до 40 %;

соê ращение затрат на разработêó эê спл ó ата-ционной доêó ментации до 30 %.

Важнейшими средствами, с помощью ê ото-рых реализ ó ются CALS-технолоãии, являются

межд ó народные стандарты, интеãрированные

информационные системы (ИИС), а таê же сред-ства проãраммно-математичесê оãо обеспечения.

К числ ó широê о использ ó емых ИИС, по

большей части в ê омбинированной форме, от-носятся ADAMS, ANSYS, ANSYS Mechanical, ANSYS Fluent, Autodesk, CADAM, CAPRI, CASE,

CATIA, CEASION, COMPAS, CREATE-AV,CPACS, EDGE CFD, EUCLID, FlowVision,HOPSAN, Kestrel Solver, LOGOS, LS-DYNA,Mathematica, Matlab, MEDINA, Modelica,NASTRAN, Pro/ENGINEER, RANS, RAPID,SID, SimSac, Simulink, Smalltalk, Solidworks,SZL, Tango, TECPLOT, TFlexCAD, Tornado,TROPOS, UNIGRAPHICS.

Средства проãраммно-математичесê оãо обес-печения CALS-технолоãий должны выполнять

те ф ó нê ции, ê оторые обеспечивают создание и

поддерж êó интеãрир ó ющей информационнойсреды для промышленных автоматизирован-ных систем и производимых изделий.

Моделирование зарубежной военной авиационной и ракетной техники

в рамках CALS-технологий

Методы математичесê оãо моделирования и

вирт ó альноãо вычислительноãо эê сперимента

(имитационноãо моделирования) являются вы-соê оэффеê тивным средством и важным инст-

р ó ментарием разработê и новых изделий авиа-ционной техниê и. Кроме тоãо, возрастает роль

вычислительноãо эê сперимента ê аê инстр ó-мента, позволяющеãо оценивать эффеê тив-ность ê ачества интеãрации подсистем в новом

изделии и ос ó ществлять проверêó их работос-пособности [1].

Анализ ряда исследований, основанных на

вирт ó альном моделировании военной авиаци-онной и раê етной техниê и в рамê ах С ALS-тех -

нолоãий с использованием широê оãо спеê тра

применяемых ИИС, óê азанных выше, выявил

след ó ющие направления:

моделирование систем военноãо самолета на

стадии ê онцепт ó альноãо проеê тирования [4, 5]; моделирование истребителей различноãо на-

значения [6, 7];

моделирование военных самолетов малой за-метности [8, 9];

моделирование раê етных систем [10—12];

моделирование динамиê и деформир ó емоãо

твердоãо тела с использованием метода ê онеч-ных элементов, а таê же механиê и жидê оãо

тела и ãазов с использованием метода ê онеч-ных объемов [13].Расê рытие содержания óê азанных выше со-

ответств ó ющих источниê ов дает возможность

понять значимость ИИС для ê аждоãо из пере-численных направлений.

В [4] рассмотрены проблемы моделирования,представленные совоêó пностью аспеê тов, вê лю-чающих широê ое применение ИИС:

роль моделирования системы в целом на

стадии предварительноãо проеê тирования;

ê онцепт ó альное проеê тирование самолета

с использованием ИИС: Matlab в сочетании с

Tornado (при аэродинамичесê ом моделирова-нии), с Tango (при определении ãеометричесê их

размеров); CATIA, RAPID, CPACS, HOPSAN(при моделировании самолета в целом);

эволюция методов моделирования в форме

ИИС;

моделирование ã лавных динамичесê их сис-тем самолета, охватывающих целый ряд авиа-ционно-техничесê их областей и тенденции их

развития;

недостатê и современных подходов ê реше-нию задач моделирования;

проблемы в области моделирования проеê-тирования систем и их эê спл ó атации;

вопросы эффеê тивности самоãо моделиро-вания;

разработê а методов моделирования приме-нительно ê системам с запаздыванием, напри-мер ê приводам;

содержание паê ета ИИС HOPSAN;

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


57

2–3. 2016

стр óê т ó ра распределенной модели;параллельное моделирование систем в ре-

альном масштабе времени применительно ê ãидравличесê им силовым системам;

построение исполнительных моделей с ис-пользованием совместноãо преобразования

подсистем (не прибеãая ê численном ó интеãри-рованию);

математичесê ий ãенератор составляющих

модели;формирование математичесê оãо ãенератора

составляющих модели на примере моделирова-ния элеê тромеханичесê оãо привода;

ИИС HOPSAN след ó ющеãо поê оления;модели самолета и еãо систем;

моделирование аэродинамичесê их наãр ó зоê;анализ рез ó льтатов моделирования;сжатие масштаба времени ê аê альтернатива

применения переменноãо шаãа по времени;п ó ти моделирования всеãо циê ла эê спл ó ата-

ции самолета на стадии проеê тирования;исследование самолета и еãо систем при ши-

роê ом применении ИИС;из ó чение влияния на технолоãичесê ие поê а-

затели ч ó вствительности системы с помощью

моделирования;

из ó чение ч ó вствительности сис-темы ê влиянию фаê тора неопреде-

ленности с помощью моделиро-вания;

требования ê системе модели-рования применительно ê оптими-зации в ê онтеê сте совместимости

составляющих системы;оптимизация на базе моделиро-

вания;заê лючительные реê омендации

по выбор ó стр óê т ó ры ИИС с ó четомих ф ó нê циональноãо назначения.

При этом роль ê омплеê сноãо

моделирования системы проиллю-стрирована на рис. 1.

В [5] проанализирована ИИС

CEASIOM применительно ê этап ó ê онцепт ó альноãо проеê тирования

модели стабилизации и ó правля-емости самолета с использованием

CAD CFD/CSC с ó четом аэро ó пр óãости и тех -ничесê их хараê теристиê самолета. Концепция

процесса проеê тирования поê азана на рис. 1.Мод ó льная стр óê т ó ра процесса проеê тиро-

вания имеет след ó ющий вид:мод ó ль построения ãеометричесê их ê он-

фиãó раций, в основе ê отороãо лежит система

CAD в сочетании с системой проãраммноãо

интерфейса, сформированноãо исходя из

ê омпьютерноãо анализа (CAPRI — Computa-tional Analysis Programming Interface);мод ó ль аэродинамичесê оãо моделирования, в

ê отором использ ó ется механизм доверительной

адаптации ê внешним ó словиям в сочетании с ме-тодами численной аэродинамиê и в трех модифи-

ê ациях : применительно ê аэродинамиê е малых сê оростей и аэро ó пр óãим свойствам ê онстр óê ций

самолета (Tornado), применительно ê аэродина-миê е больших сê оростей и аэро ó пр óãим свойст-вам ê онстр óê ций самолета (Edge CFD — числен-ные методы ê раевой аэродинамиê и при н ó левой

вязêости) и применительно ê моделированию

эê стремальных аэродинамичесê их ó словий с вы-соê ой степенью доверительности (RANS — Rey-nolds Averaged Navier-Stokes);

Конструктивныетребования

На ëи÷иетехно ëоãии

Эскизныйпроект

Первоеприб ëижение

Новая конöепöияпроекта

На÷а ëüный ана ëиз Уто÷ненный ана ëиз Аэро äинаìика

Массовые

характеристикиСи ëовая установка

Аэро äинаìикаМассовые

характеристикиУстой÷ивостü

и управ ë яеìостüСи ëовая установка

Стоиìостü

Оптиìизаöиятехни÷еских

характеристик

Окон÷ате ëüнаяоптиìизаöиятехни÷еских

характеристик

Пре äварите ëüный проект

Исхо äный ìакет Уто÷ненный ìакет

Увязка требований

Рис. 1. Концепция процесса проеê тирования

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


58

мод ó ль статичесê ой и динамичесê ой ó стой-чивости и ó правляемости;

мод ó ль решения задач аэро ó пр óãости ê онст-р óê ций самолета;

мод ó ль проеê тирования системы ó правленияполетом;

мод ó ль системы обоснованноãо принятия

решений, вê лючающий анализ надежности и

форм потери нес ó щей способности.

Центральное место в материалах SimEnter-prise Benefits: Aerospace Use Cases.VI-grade Msc-software.ru> document/conf/Moscow conf/aeroday занимает иллюстрация решения вопросов мо-

делирования авиационных систем военноãо са-молета, вê лючая моделирование шасси, работы

системы ó правления полетом, отделения внеш-ней подвесê и полезной наãр ó зê и с использова-нием математичесê оãо обеспечения, основан-ноãо на технолоãии моделирования с помощью

ИИС MSC.ADAMS/AIRCRAFT.

Реализ ó емый при этом системный подход

сводится ê трем этапам: анализ систем, анализ

подсистем, анализ составных частей подсистем.Таê ой подход иллюстрир ó ется подробной схе-мой исследования военноãо самолета, предназ-наченной для моделирования еãо систем.

В частности, моделирование отделения

внешней подвесê и полезной наãр ó зê и проводи- лось с помощью проãраммы VI-AIRCRAFT при-менительно ê системе непосредственной атаê ицели JDAM ó правляемой авиационной бомбой

GBU-32 с борта истребителя-шт ó рмовиê а JSF.Решались три задачи:

определение размеров элементов ãидравли-чесê их и механичесê их систем;

исследование ãеометричесê их параметров,

треб ó емых для ó спешноãо отделения полезнойнаãр ó зê и;

определение наãр ó зоê на самолет при отде- лении полезной наãр ó зê и и реаê ций ЛА на дей-ствие этих наãр ó зоê.

Авторы [6] ставили своей целью проведение

оценê и развития и эффеê тивности высоê опро-изводительноãо CFD-решателя Kestrel (CFD —вычислительная аэро- или ãидродинамиê а —метод, основанный на использовании ê онечных

объемов), основанноãо на применении числен-ных методов аэродинамиê и, для высоê оточноãо

моделирования маневров истребителей F-16Cи F-22 (на основе их твердотельных моделей

с соблюдением требований ê ó стойчивости и ó правляемости и при ó словии минимизации за-трат машинноãо времени).

Компьютерная реализация нелинейных

аэродинамичесê их моделей истребителей ВВС

США (с полезной наãр ó зê ой и после поражения

ею цели) ос ó ществлялась с помощью вычисли-тельной проãраммы, пол ó чившей наименова-ние Система идентифиê ации (System Identifica-tion (SID)), на высоê опроизводительных вы-

числительных системах минобороны США .Интеãрация новой полезной наãр ó зê и (вê лю-чая бортовое воор ó жение, раê етные п ó сê овые

ê онтейнеры, подвесное обор ó дование, системы

противодействия) с действ ó ющей авиационной

техниê ой приводит ê возниê новению проблем

совместимости ê онстр óê ции эê спл ó атир ó емоãо

самолета с нештатной для данной модели само- лета полезной наãр ó зê ой.

Эти проблемы, в свою очередь, треб ó ют ре-шения широê оãо ê р óãа задач, охватывающих раз-

личные на ó чно-техничесê ие дисциплины, вê лю-чая динамиêó полета, аэродинамиêó и систем ó ó правления. В связи с этим на основе методов

численной аэродинамиê и было проведено моде- лирование F-16C при стационарных и статиче-сê их ó словиях еãо эê спл ó атации. Рассматрива-

лись ê онфиãó рации истребителя ê аê без элемен-тов полезной наãр ó зê и, таê их ê аê п ó сê овые

раê етные ê онтейнеры, системы подвесê и, таê и

в таê ой ê онфиãó рации, ê оторая треб ó ется для

выполнения боевой ó дарной операции "воз- д ó х —возд ó х ". Рез ó льтаты ê омпьютерноãо моде- лирования сравнивались с данными аэродина-мичесê их испытаний и данными испытатель-ноãо центра ê омпании Lockheed Martin.

Метод формирования модели истребителя,соответств ó ющеãо требованиям ê таê тиê о-тех -ничесê им хараê теристиê ам при заданных ó ров-нях ó стойчивости и ó правления, ос ó ществлялся

в несê ольê о этапов, вê лючавших след ó ющие:

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


59

2–3. 2016

ãеометричесê ое представление о самолете вцелом и особенностях еãо элементов, с ó щест-венно влияющих на аэродинамиêó ЛА ;

моделирование вирт ó альных ê омпьютерных

маневров, ê оторые позволят проанализироватьмеханизмы реализации фаê тичесê их операций

ê рена, танãажа и рысê ания;формирование преобразованной модели с по-

мощью проãраммы SID;ê омпьютерное испытание модели с помо-

щью методов численной аэродинамиê и на со-ответствие ó словиям реальноãо полета;

совоêó пное представление поведения фаê-тичесê оãо истребителя.

В [7] рассматривается авиационный ê омп-

леê с ê аê сложная система, состоящая из чело-веê а, машины и интерфейса человеê/машина.По мнению автора, проеê тирование таê оãо бое-воãо авиационноãо ê омплеê са и оценê а еãо эф-феê тивности должны проводиться на основе

математичесê оãо моделирования и имитацион-ноãо моделирования с ó четом роли летчиê а в

системе " летчиê — самолет".Математичесê ое моделирование изложено

в [7] в сжатой форме п ó тем представления мате-матичесê их моделей, ф ó нê циональных схем,

а таê же численных методов, применяемых приимитационном моделировании.

Имитационное моделирование изложено в [7]с позиции формирования боевых навыê ов лет-чиê а по эффеê тивном ó приме-нению авиационноãо воор ó же-ния с ó четом широê оãо спеê тра

реальных боевых ó словий и

быстроменяющейся во време-ни рабочей наãр ó зê и на летчи-ê а. Исследование этих аспеê тов

и разработê а соответств ó ющих довери тель ных методолоãиче-сê их подходов проводились с

использованием тренажерных

ó становоê ADA (Aeronautical De- velopment Agency — На ó чно-ис-следовательсê ий центр) в Бан-ãалоре.

Широê им спеê тром реаль-ных боевых ó словий охвачено

применение п ó шечноãо, раê етноãо и бомбовоãо

воор ó жения при выполнении боевых операций

"возд ó х —возд ó х " и "возд ó х —поверхность". Изло- жение имитационноãо моделирования сопровож -

дается иллюстрацией методиê и вычисления с ó м-марной системной ошибê и, об ó словленной не-точностью работы таê их систем, ê аê датчиê и,системы виз ó ализации, система стрельбы, систе-ма п ó сê а раê еты и система бомбометания, а таê же

вычислительных бортовых систем.Наê онец, в работе [7] представлены особен-

ности имитационноãо моделирования, связанные

с ó словиями работы летчиê а в ê абине боевоãо

самолета (рис. 2), ê оторые влияют на эффеê-тивность применения бортовоãо воор ó жения.

Коллеê тивом авторов [8] предложены различ-ные модели перспеê тивных военных самолетов

для ê орреê тноãо и обоснованноãо выбора ãеомет-рии, проведения пространственноãо проеê тиро-вания, аэродинамичесê оãо исследования и сис-темноãо моделирования в целях разработê и мето-

диê и ê онцепт ó альноãо проеê тирования. По

мнению авторов [8], для оценê и перспеê тив раз-вития авиационной техниê и можно принять

2030 ã. Это связано с возможностью достаточно

обоснованноãо ó чета с ó ществ ó ющих тенденций в

этой области. Исходя из этоãо соображения, в [8]рассмотрены ê онцепции проеê тирования моде-

лей самолетов малой заметности, обладающих

сверхзв óê овой сê оростью, высоê ой маневренно-

Систеìа управ ëениявооружениеì

безопасностüварианты приìенения

Систеìы вооружения

пу øки (арти ëëерийские)

Пи ëот

неуправ ë яеìые ракеты

(снаря äы) управ ë яеìые ракетыбоìбы ( управ ë яеìыеи неуправ ë яеìые)

Выбор вооруженияв зависиìости от за äа÷и

«Воз ä ух —воз ä ух »:воз ä у øный бой,

Дат÷ики

ра äар ëазерный äа ëüноìеринерöиа ëüная навиãа-

ра äиовысотоìер äат÷ик инфрaкрасноãо

öионная систеìа

из ë у ÷ения

Це ëüСистеìы отображения

инфорìаöии

ìноãофунк öиона ëüный äисп ëейнаøëеìный визир

ЛА

приìенение УР äа ëüнеãора äиуса äействия, УРб ëижнеãо ра äиуса

äействия, арти ëëерийс-кое оружие«Воз ä ух —поверхностü»:

боìбы, арти ëëерийскоеоружие, НУР, УР

«Воз ä ух —ìоре»:УР

Рис. 2. Блоê-схема системы воорó жения фронтовоãо самолета

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


60

стью и воор ó женных эффеê тивным неядерным

ор ó жием.

Концепциями проеê тирования перспеê тив-ноãо самолета пред ó смотрено применение вы-числительноãо ê омплеê са, основанноãо на ИИС

Tango, RAPID, Tornado, Matlab и HOPSAN. ИИС

Tango использ ó ется на начальном этапе проеê-тирования формы и размеров (рис. 3), ИИС

RAPID — ê аê инстр ó мент CAD/CAE CATIA — для ó точнения ãеометрии ЛА (рис. 4).

ИИС Tornado использ ó ется для начальнойоценê и аэродинамичесê их хараê теристиê. Да-

лее моделирование ЛА с ó четом еãо подсистем

ос ó ществляется в среде HOPSAN, ã де ос ó-ществляется в том числе и начальное исследо-вание системы ó правления и оценивается при-ãодность выбранной ê онцепции с точê и зрения

динамиê и полета.В [9] представлена методиê а ê онцепт ó аль-

ноãо проеê тирования истребителя малой замет-ности аэродинамичесê ой схемы "ó тê а", осно-

ванная на моделировании еãо хараê теристиê,формир ó ющих радиолоê ационный попереч-ниê, и соответств ó ющих аэродинамичесê их ха-раê теристиê.

Основ ó ê онцепт ó альноãо подхода, изложен-ноãо в работе [9], составляют алãоритм вычисле-ния величины радиолоê ационноãо поперечниê а иреализация моделей т ó рб ó лентноãо обтеê аю-щеãо потоê а, основанных на численных мето-

дах аэродинамиê и. При этом в работе ó делено

серьезное внимание ó чет ó ê онстр óê тивных осо-

бенностей истребителя, связанных ê аê с двиãа-тельной ó становê ой, аэродинамичесê ими эле-ментами ó правления, таê и с системами борто-воãо воор ó жения и с ó щественно влияющих на

точность моделирования хараê теристиê объеê та.В ê ачестве примера применяемоãо в моде-

лир ó емом истребителе бортовоãо воор ó жения

представлены след ó ющие раê еты:

Tango

RAPID

Focus OFF

Focus OFF

Рис. 3. Оценê а ãеометрии ê онцепции ЛА Х -36 в различныхсистемах моделирования

Рис. 4. Оценê а ãеометрии ê онцепции FX-5 в среде RAPID

раê еты "возд ó х —возд ó х ", ê ото-рые хранятся во вн ó треннем ор ó-

жейном отсеê е, для выполнения

малозаметных боевых операций;одна противоê орабельная ра-

ê ета большой дальности (рис. 5),ê оторая таê же хранится во вн ó т-реннем ор ó жейном отсеê е, для вы-полнения малозаметной атаê и на

ê орабль противниê а.

Данные, пол ó ченные в рез ó ль-тате предложенноãо в [9] подхода, ó довлетворяют основным требова-

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


61

2–3. 2016

ниям, предъявляемым ê эê спл ó атационным ха-

раê теристиê ам истребителя, связанным с малойзаметностью и аэродинамиê ой ê аê в возд ó шном

бою, таê и при атаê е наземных целей. Они де-монстрир ó ют возможность обеспечения малой

заметности и ó довлетворительных аэродинами-чесê их хараê теристиê на трансзв óê овом режи-ме полета на весьма малых высотах . Кроме тоãо,эти данные поê азывают, что истребитель, вы-полненный по схеме "ó тê а", обладает хорошей

перспеê тивой обеспечения низê ой возможности

еãо обнар ó жения, и óê азывают на полное соот-

ветствие распределения давления и сê оростейаэродинамичесê им требованиям ê полю обте-ê ающеãо истребитель потоê а.

Целью исследования [10] является ó чет вза-имноãо влияния аэродинамичесê оãо потоê а и

ó пр óãих деформаций раê еты. Для реализации

решения этой задачи использ ó ются две ИИС: ANSYS Mechanical — для численноãо решения

задачи деформирования ê онстр óê ции раê еты;FLUENT — для решения аэродинамичесê ой

задачи п ó тем моделирования потоê а ê онечны-

ми объемами в соответствии с процед ó рами не-стр óê т ó рированноãо формирования простран-ственной сетê и.

Взаимодействие ê онечно-элементной сетча-той пространственной модели ê онстр óê ции ра-ê еты и пространственной сетчатой модели аэро-

динамичесê оãо обтеê ающеãо потоê а ос ó ществ- ляется с помощью применения эффеê тивноãо

метода ê омплеê сной пространственной интер-поляции, использ ó емоãо для проãнозирования

взаимодействия произвольных областей на ос-нове ИИС TECPLOT.

Проãраммное обеспечение дает инженерам

и ó ченым, работающим в ИТ с применением

вычислительной ãидродинамиê и (CFD), возмож -ности обнар ó жить, проанализировать и понять

информацию сложных стр óê т ó рных систем.

С 1988 ã. TECPLOT является эталонным ин-стр ó ментом виз ó ализации для десятê ов тысяч

инженеров и ó ченых по всем ó мир ó. Виз ó ализа-ция дает представление и понимание исходных

данных . TECPLOT Horus объединяет CFDпост-обработê и, мощные аналитичесê ие инст-р ó менты и ó правление данными.

В [11], исходя из требования повышения ó с-тойчивости заданноãо режима полета ê рылатой

раê еты, с помощью применения ИИС Matlab и

Simulink предложено ê онстр óê тивное ó л ó чше-ние дв ó х ê онт ó рноãо автопилота. Поê азано, что

ó стойчивая реаê ция автопилота с низê им дина-мичесê им потенциалом, сформированноãо с

помощью метода аппроê симации, проводимой

в три этапа, совпадает с реаê цией исходноãо авто-пилота. При этом статичесê ая системная ошиб-ê а ó страняется с помощью реãó лятора иденти-

фиê ации положения (PI-controller), вводимоãов модель автопилота с низê им динамичесê им по-тенциалом. Тем самым выполняется задача созда-ния системы ó правления, обеспечивающей авто-матичесêó ю стабилизацию и ó правление раê еты вцелях сохранения заданноãо режима полета и

обладающей большей эффеê тивностью, исходя

из эê ономичесê их соображений и соображений

автоматичесê оãо проеê тирования.

В [12] поê азано, что проблемы моделирова-ния раê етных направляющих ó с óãó бляются тр ó д-ностями ê орреê тноãо описания ãраничных ó с-

ловий, соответств ó ющих реальным динамиче-сê им ó словиям их эê спл ó атации. Преодолеть эти

тр ó дности автор стремится п ó тем сочетания

дв ó х технолоãий моделирования:

ИИС ADAMS (моделирование процессов

динамиê и механичесê ой системы);

ИИС ANSYS (проведение ê онечно-элемент-ноãо прочностноãо и частотноãо анализа).

Рис. 5. Противоê орабельная раê ета, моделирó емая с по-мощью твердотельной модели (ИИС CATIA)

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


62

При построении алãоритма численноãо ре-шения динамичесê ой задачи системы автор [12]исходил из линейноãо хараê тера ó пр óãих де-формаций и малости вн ó тренних деформаций

(при построении сетê и и разбиении на ê онеч-ные элементы), а при составлении ê инетиче-сê оãо ó равнения движения твердоãо тела — из

ó равнения Лаãранжа динамиê и твердоãо тела.Представлена процед ó ра реализации алãоритма

численноãо решения динамичесê ой задачи, в

ê оторой ос ó ществляется ó чет свойств ê аê твер- дых , таê и ó пр óãих составляющих системы, бла-ãодаря вирт ó альном ó взаимодействию ИИС

ADAMS и ANSYS. При постановê е ãраничных

ó словий, соответств ó ющих напряженно- де-

формированном ó состоянию салазоê, наãр ó зê и летных испытаний имитир ó ются ветровыми

наãр ó зê ами [12].

В [13] предложена ИИС LS-DYNA R , осно-ванная на Проãрамме LS-DYNA, предназна-ченной для решения трехмерных динамичесê их

нелинейных задач механиê и деформир ó емоãо

твердоãо тела, механиê и жидê ости и ãаза, тепло-переноса, а таê же связанных задач. LS-DYNA нашла широê ое применение в военно-промыш-

ленном ê омплеê се (моделирование взрывов бое-припасов и их воздействие на оê р ó жающ ó юсред ó), авиа- и раê етостроении (проеê тирова-ние реаê тивных двиãателей и сопел), автомоби-

лестроении (имитация аварии машины) и т. д.

В LS-DYNA реализованы явный и неявный

методы êонечных элементов с возможностью по-строения лаãранжевой, эйлеровой и ãибридной

сетоê, использования мноãоê омпонентной ãид-родинамиê и, бессеточноãо метода сã лаженных

частиц, бессеточноãо метода, основанноãо на

методе Галерêина. Проãрамма имеет встроенныепроцед ó ры автоматичесê ой перестройê и и сã ла-

живания ê онечно-элементных сетоê при вырож - дении элементов, высоê оэффеê тивные алãорит-мы решения ê онтаê тных задач, широê ий набор

моделей материалов, возможности пользова-тельсê оãо проãраммирования.

С 1996 ã. решатель LS-DYNA встроен в па-ê ет проãрамм ANSYS, ã де использ ó ется для ре-шения задач динамичесê оãо анализа. В 2006 ã.

решатель LS-DYNA вошел в состав паê ета про-ãрамм MD NASTRAN, он таê же поддерживает-ся проãраммой MEDINA.

В [13] проиллюстрированы области приме-

нения частотноãо и временноãо анализов в рам-ê ах ИИС. Частотным анализом охвачены ãар-моничесê ий анализ, исследование резонанса,анализ линейной динамиê и, ó сталостные испы-тания, анализ сл ó чайноãо наãр ó жения, а времен-ным — анализ процесса прониê ания, анализ

ó дара (моделирование разр ó шения при столê-новении), анализ больших деформаций, анализ

нелинейных ê онтаê тов.

Среди областей применения частотноãо ана- лиза óê азаны виброаêó стичесê ие испытания

самолетов, раê ет и КЛА . В связи с этим пред-ставляют интерес различные подходы ê дисê ре-тизации исслед ó емой ê онстр óê ции: точные ме-тоды — методы ãраничных элементов (им соот-ветств ó ет быстрый решатель) и приближенные

методы (им соответств ó ет очень быстрый реша-тель). К точным методам относятся непрямой

вариационный метод ãраничных элементов,метод ê оллоê аций ãраничных элементов, а ê при-ближенным — метод Рэйли и метод Кирх ãофа.

Внедрение CALS/ИПИ-технологий в России

Предпосылê ой ó спешноãо внедрения

CALS/ИПИ-технолоãий в нашей стране в на-стоящее время является тот фаê т, что основные

принципы этих технолоãий были разработаны иреализованы в СССР в виде интеãрированных ИТ

создания теплозащиты ê осмичесê оãо ê орабля

"Б ó ран" еще 40 лет назад. Тоã да отечественное

авиастроение в области CALS-технолоãий не

ó ст ó пало вед ó щим мировым ê орпорациям, да и

МАП СССР был, по с ó ществ ó, самой ê р ó пнойавиационной ê орпорацией мира [3]. Если ê этом ó

добавить втор ó ю ê р ó пнейш ó ю ê орпорацию —МОМ СССР, — то провал "театральноãо романа"президента Рейãана с америê ансê ими воен-но-промышленными ê орпорациями по поста-новê е спеê таê ля под названием "Звездные войны"вполне объясним.

В дальнейшем в российсê ом авиастроении

работы в области создания, развития, примене-

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


63

2–3. 2016

ния информационных технолоãий прежде всеãо

в проеê тировании авиационной техниê и, под-ãотовê е производства, изãотовлении, поставê е,послепродажном обсл ó живании, т.е. на протя-

жении всеãо жизненноãо циê ла, ос ó ществлялинаиболее передовые орãанизации авиастроения —ОКБ С ó хоãо, ОКБ им. А .С. Яê овлева, НПЦ

"ММПП "Салют", ê орпорация " Авиадвиãа-тель", ê орпорация "Т ó полев", несмотря на вн ó т-ренние эê ономичесê ие тр ó дности и нестабиль-н ó ю внешнеполитичесêó ю обстановêó.

Однаê о объеê тивная потребность интеãрации

нашей страны в мировое эê ономичесê ое сооб-щество, с одной стороны, и обострение вн ó трен-них проблем, связанных с выбором способов

хозяйствования, — с др óãой, привели за послед-ние 15—20 лет ê заметным и во мноãих сл ó чаях не-однозначным последствиям ê аê в производствен-ной, таê и в информационной сферах . Это созда-вало óãроз ó ó траты традиционно сильных позиций

нашей страны на важнейших направлениях ф ó н- даментальной и приê ладной на óê и. Возниê ла ост-рая необходимость ос ó ществления целенаправ-

ленной ãос ó дарственной политиê и, ê оторая по-зволяла бы целев ó ю ê онцентрацию имеющеãося

на ó чно-техничесê оãо потенциала и создание оте-чественной инновационной системы, а таê же

вê лючение российсê их партнеров в межд ó народ-ные орãанизации, ê оординир ó ющие применение

CALS/ИПИ-технолоãий в производстве.

Для выполнения таê оãо замысла в 2011 ã. был

разработан Проеêт реализации технолоãичесêой

платформы " моделирование и технолоãии эêс-

пл óатации высоêотехнолоãичных систем". Еãо

ê оординатором было ОАО "Оборонсервис", а со-ê оординатором — Госê орпорация "Росатом" [2].

Этот проеê т, по с ó ществ ó, является проãрам-мно-целевым доêó ментом, охватывающим ос-воение и внедрение CALS/ИПИ-технолоãий

при планировании рез ó льтатов решения сле- д ó ющих основных задач до 2020 ã.:

формирование единой, последовательной и

эê ономичесê и обоснованной техничесê ой по- литиê и при создании и развитии технолоãий

моделирования жизненных циê лов изделий,в том числе технолоãий эê спл ó атации высо-

ê отехнолоãичных систем с использованием

2D-, 3D-моделей и 6D-технолоãий;

ê онсолидация представителей на ó чно-обра-зовательноãо и бизнес-сообщества и их ре-

с ó рсов для реализации целевых ведомствен-ных , ãос ó дарственных и иных проãрамм, на-правленных на развитие моделирования и

технолоãий эê спл ó атации высоê отехноло-ãичных систем в Российсê ой Федерации;

ê оординация на национальном ó ровне работ

в области моделирования и технолоãий эê с-пл ó атации высоê отехнолоãичных систем и

предоставления ó сл óã в данной области на ó ч-ным, образовательным и инновационным

орãанизациям Российсê ой Федерации;

модернизация ê лючевых отраслей промыш- ленности, в том числе оборонной, аэроê ос-мичесê ой, атомной и нефтеãазовой;

аê тивное и полноправное ó частие в межд ó на-родных проеê тах и инициативах , ê асающихся

моделирования и технолоãий эê спл ó атации

высоê отехнолоãичных систем;

внедрение межд ó народных стандартов в сис-тем ó подãотовê и высоê оê валифицирован-ных ê адров в области моделирования и тех -нолоãий эê спл ó атации высоê отехнолоãичных

систем для промышленности, пользователей

и образования в Российсê ой Федерации.

В разделе этоãо доêó мента, посвященном про-еê тированию объеê тов, выделены четыре направ- ления, определяющих эффеê тивность реализа-ции предложенноãо проеê та:

вирт ó альное моделирование и тестирование

всех элементов проеê тир ó емоãо изделия;

ó правление совместной работой поставщи-ê ов, проеê тировщиê ов и партнеров;

централизованный мониторинã всех этаповсоздания изделия;

ê онтроль и повышение эффеê тивности ин-вестиций в проеê тирование.

В данном проеê те ИПИ-технолоãиями

пред ó сматривается сê оординированная деятель-ность заê азчиê ов и промышленности в области

разработê и, орãанизации заêó пê и и эê спл ó ата-ции высоê отехнолоãичесê их систем, ê оторой

реã ламентир ó ется:

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


64

рассмотрение этапа проеê тирования и про-изводства высоê отехнолоãичных систем ê аê важ -нейшеãо этапа обеспечения эê спл ó атационных

свойств техниê и, минимизации затрат на их

жизненный циê л, принятие своевременных мерпо совершенствованию эê спл ó атации техниê ина этапах проеê тирования и производства;

разработê а в ê ачестве обязательноãо ê исполь-зованию системно-аналитичесê оãо инстр ó мен-тария, известноãо под наименованием анализа

лоãистичесê ой поддерж ê и;

непрерывный анализ эффеê тивности орãани-зационно- деловых , технолоãичесê их и админист-ративных процессов в системе техничесê оãо обес-печения на основе разработанных для ê аждоãо

процесса ê оличественных оценоê эффеê та и за-трат, выявление ê лючевых фаê торов рисê ов и за-трат, совершенствование процесса, повторная

оценê а эффеê тивности процесса и т. д., т.е. реали-зация идеолоãии реинжиниринãа ê аê методолоãи-чесê ой основы непрерывной оценê и и повыше-ния ê ачества изделий, процессов и мероприятий.

Одна из важнейших составляющих деятель-ности в этом направлении — орãанизация пред-ставления в цифровой форме всей совоêó пности

ê онстр

óê торс

ê ой

,техноло

ãичес

ê ой

, ê оммерче

-сê ой, административной информации об изде- лиях , силах и средствах техничесê оãо обеспече-ния, т.е. формирование соответств ó ющих мо-

дельных êомплеêсов. Правила представления

информации в цифровой форме должны реã ла-ментироваться системой стандартов.

Важнейшим этапом представления данных

о высоê отехнолоãичной системе в цифровой

форме является формирование полной элеê-

тронной модели изделия в процессе проеê тиро-

вания и подãотовê и производства.Полная элеê тронная модель изделия — мощ-

ный и наиболее современный инстр ó мент ê он-стр óê тора, технолоãа, заê азчиê а, позволяющий

значительно повысить эффеê тивность проеê ти-рования, производства и сопровождения изделия

в процессе эê спл ó атации. Использ ó емые сейчас

системы ãеометричесê оãо трeхмерноãо модели-рования основаны на построении математиче-сê их моделей внешних и вн ó тренних поверхно-

стей изделия, ê аждой еãо системы, подсистемы

и отдельноãо элемента.

В настоящее время полное элеê тронное мо- делирование изделий аê тивно осваивается отече-

ственными авиастроительными и ê ораблестрои-тельными предприятиями. Задачи разработê иполных и частичных элеê тронных моделей ре-шаются предприятиями ТАНТК имени Г.М. Бе-риева в рамê ах разработê и самолeтов Бе-200, АНТК имени А .Н. Т ó полева при разработê еТ ó-324, АВПК "С ó хой" в рамê ах эê спортных

поставоê С ó-30МК , АО "РСК МиГ" в рамê ах

поставоê МиГ-29, ФГУП "Северное ПКБ" и

ОАО "Балтийсê ий завод" в рамê ах эê спортноãо

проеê та фреãата 11356, АО " Адмиралтейсê ие

верфи" и АО "ЦКБ МТ "Р ó бин" в рамê ах проеê-та подводной лодê и " Ам ó р" и др.

Специальные приê ладные проãраммы позво- ляют моделировать не тольê о ãеометричесê ие, но

и физичесê ие, эê спл ó атационные свойства изде- лия. Наибольший эффеê т от применения элеê-тронной модели изделия достиãается при отработ-ê е вн ó тренней ê омпоновê и изделия, исследова-нии и совершенствовании еãо эê спл ó атационной

и ремонтной технолоãичности, отработê е ó словий

сборê и-разборê и аãреãатов, моделировании эê с-пл ó атационных наãр ó зоê, последствий отê азов, ó словий применения, обсл ó живания и восстанов- ления изделия в эê спл ó атации.

С ó щественн ó ю роль для обеспечения про- движения отечественных прод óê тов информа-ционных технолоãий на предприятия оборон-ной промышленности иãрают ежеãодные ê он-ференции "Информационные технолоãии на

сл ó жбе оборонно-промышленноãо ê омплеê са",проводимые под эãидой Военно-промышленной

ê омиссии при Правительстве РФ [Конференция"Информационные технолоãии на сл ó жбе обо-ронно-промышленноãо ê омплеê са".

CONNECT |№ 6, 2012; № 6, 2014. URL: www.ИТОПК .РФ;globus-telecom.com›upload/iblock…29.07.2014.pdf].

На 1-й ê онференции (2012 ã.) было подчерê-н ó то, что импортозамещение само по себе про-блемы не решает, таê ê аê в основе праê тичесê ивсех отечественных прод óê тов проãраммноãо

обеспечения (ПО) лежит западная разработê а

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


65

2–3. 2016

и, если в "импортном" ПО есть "заê ладê а", н ó жно

ó меть блоê ировать ее работ ó.

На 3-й ежеãодной ê онференции ее ó частни-ê ам напомнили о решении Бюро промышлен-

ности и безопасности министерства торãовлиСША от 1 марта 2014 ã. о приостановлении рас-смотрения выдачи лицензий на продаж ó в Рос-сию математичесê их проãрамм двойноãо назна-чения, что придало особ ó ю важность развитию

российсê ой отрасли разработê и проãраммноãо

обеспечения в целом, стим ó лир ó я импортозаме-щение в области информационно-ê омм ó ниê а-ционных технолоãий. Отсюда след ó ет острая

необходимость прорыва в сфере информацион-ных технолоãий для российсê ой оборонной

промышленности на базе отечественных ин-формационных прод óê тов.

На одной из сеê ций 3-й ê онференции, посвя-щенной имитационном ó с ó перê омпьютерном ó моделированию, были представлены рез ó льта-ты работы Проеê тно-исследовательсê оãо на ó ч-ноãо центра по на óê е и инновационным техно-

лоãиям филиала АО "Компания "С ó хой". На этом

предприятии в ê ачестве основноãо прод óê та

рассматривается паê ет проãраммноãо обеспе-чения ЛОГОС отечественной разработê и для

инженерноãо анализа и 3D-моделирования тех -ничесê и сложных объеê тов.

Перспеê тивные летательные аппараты отли-чаются высоê ой степенью интеãрации систем,сложностью и высоê ой точностью их настрой-ê и. Сложность ê омпоновоê и необходимость их

оптимизации треб ó ют эê спериментальных работ.Замена в авиастроении нат ó рных эê сперимен-тов вирт ó альными эê спериментами на базе с ó-перê омпьютерных технолоãий обеспечит с ó ще-

ственн ó ю эê ономию денеã и времени при созда-нии новых образцов авиатехниê и.

На предприятии была создана ê омпьютерная

модель проеê тирования самолета на с ó перЭВМ.Модель позволила подтвердить надежность и

безопасность самолета Superjet-100 в соответст-вии с требованиями Сертифиê ационноãо базиса.

Компания "С ó хой" подтвердила способность

ПО ЛОГОС предсê азывать хараê теристиê и про- д óê та с достаточно высоê ой точностью. Однаê о

чтобы использовать еãо для создания вирт ó альной

стендовой базы, необходима дополнительная ра-бота по повышению точности расчетов.


1. Резяпов Н., Чеснаê ов С., Инюхин М. Имитаци-онная система моделирования боевых действийJWARS ВС США // Зар ó бежное военное обозрение.2008. № 11. С. 27—32.

2. Информационная поддерж ê а жизненноãо циê лаизделий машиностроения. Принципы, системы и техно-

лоãии CALS/ИПИ. М.: ИЦ " А ê адемия", 2007. С. 23.

3. Братó хин А .Г., Давыдов Ю.В., Сó воров В.И.,Братó хин В. А . CALS — необходимое ó словие высоê оãоê ачества ê онêó рентоспособной техниê и // КачествоИПИ (CALS)-технолоãий. 2004. № 2. С. 25—32.

4. Krus P. Whole Aircraft Simulation for System Designand Optimization in Preliminary Design. 2012. LinkopingUniversity, Concept Realisation Laboratory. 2012. Sweden.URL: modprod.liu.se>…2012/1…Airraft-Simulation.pdf.

5. Kaenel R., Rizzi A., Oppelstrup T., Goetzendorf-Grabowski J., Ghoreyshi M., Cavagna L., Berard A. Ceasiom:Simulating Stability & Control With CFD/CSM In AircraftConceptual Design // Proceedings of 26th InternationalCongress Of The Aeronautical Sciences. ICAS 2008. P. 1—14.

6. Dean J.P., Clifton J.D., Bodkin D.J., Ratcliff C.J.High Resolution CFD Simulations of Maneuvering AircraftUsing the CREATE-AV // Kestrel Solver. AIAA 2011-1109.

7. Subramanyam P.S. Simulation of Fighter Aircraft

Weapon SysteMs for Design & Performance Evaluation //Defence Science Journal. Vol. 147. No 3. July 1997. P. 317—326.

8. Munjulury R.C., Staack I., Abdalla A., Melin T.,Jouannet C., Krus. P. Knowledge-Based Design For FutureCombat Aircraft Concepts // Proceedings of 29th Congressof the ICAS. September 7—12, 2014. St. Petersburg, Russia.

9. Kuizhi Y., ShiChun C., Wenlin L., Dazhao Y. Simu-lation of Conceptual Designs of a Three-Surface StealthStrike Fighter // International Journal of Aeronautical andSpace Sciences. V. 15. N 4. 2014. P. 366—373.

10. Akgul M. Static Aeroelastic Analysis Of a GenericSlender Missile Using a Loosely Coupled Fluid StructureInteraction Method. URL: etd.lib.metu.edu.tr>upload/

12614139/index.pdf.11. Chowdhury A., Das S. Analysis and Design of MissileTwo Loop Autopilot // Advance in Electronic and ElectricEngineering. Vol. 3. No. 8. 2013. P. 959—964.

12. Zhang J. Dynamic coupling analysis of rocket pro-pelled sled using multibody-finite element method // Com-puter Modelling & New Technologies. 2014. Vol. 18. No. 4.P. 25—30.

13. Huang Y., Cui Z. Frequency Domain Analysis inLS-DYNA R // Livermore Software Technology Corpora-tion. UK, Solihul, 2013. URL: oasys-software.com›dyna…Frequency Domain Analysis…

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


66

УДК 621.452

fl¯ÚÓ д ÊˆÍ ÂÓÏ˙ÊÏÓËÍ˝Ê˛ Ú¯‰˝Ê¸¯ÁˆÓ˘Ó

Ó¬ÔÊˆÍ Ê Ó˚

¯˝

ˆÊ ùÂÂ¯ˆÚÊË˝

ÓÁÚÊÁÊÔÓËÓı ÈÁÚÍ˝ÓËˆÊ Ë˜ÁÓÚ˝Ó˘Ó¬¯ÁÎÊÔÓÚ˝Ó˘Ó Ô¯ÚÍÚ¯ÔÒ˝Ó˘Ó ÍÎÎÍÏÍÚÍ

».Õ. ŸÊ˝¯˝ˆÓË, œ.Õ. ‘ÈˆÓË˝ÊˆÓË, fl.∆. ÃÔÊ˝ˆÓ

E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]

роцесс развития современных беспилотных летательных аппаратов

(БЛА ) в мире начался в начале 90-х ãã. прошлоãо веê а. Наиболее аê-тивно тоã да вели разработê и США и Израиль, поэтом ó их ê омплеê сы

с БЛА сейчас являются л ó чшими на мировой арене.В России зад ó мались над современными беспилотниê ами лишь в нача-

ле 2000-х ãã., хотя опыт создания разведывательных БЛА в СССР имелся,в частности, в ОКБ им. Т ó полева (Т ó-143 "Рейс"), ОКБ им. Яê овлева

("Пчела-1Т") и др.Первые попытê и создания отечественных БЛА новоãо поê оления были

не совсем ó дачными, и Минобороны России приняло решение о заêó пê еиностранных БЛА (впоследствии все же отê азались от этой идеи в польз ó отечественных разработоê).

Сейчас сит ó ация резê о изменилась в сторон ó аê тивноãо развития оте-чественных БЛА . В настоящий момент отечественными фирмами при

поддерж ê е ãос ó дарства ó же создан ряд БЛА , причем неê оторые из них не

Описывается методиêа формирования техничесêоãо облиêа т ó рбореаêтивноãодвиãателя новоãо поêоления для силовой óстановêи высотноãо беспилотноãо летатель-

ноãо аппарата с большой продолжительностью полета.Эта методиêа позволяет фор-

мировать оптимальный техничесêий облиê т ó рбореаêтивноãо двиãателя, обеспечи-

вающеãо треб óемые хараêтеристиêи по тяãе и óдельном ó расход ó топлива на хараê-

терных режимах полета высотноãо беспилотноãо летательноãо аппарата, а таêже

приемлемые ãабаритные и массовые параметры.

Ключевые слова: техничесêий облиê; т ó рбореаêтивный двиãатель; тяãово- эêономиче-

сêие хараêтеристиêи; параметричесêие исследования; оптимизационные исследования.

Yu.V. Zinenkov, A.V. Lukovnikov, M.B. Slinko. Technical Shape Formation And OfEstimation Of Effectiveness Of Power Plant Of High-Altitude Unmanned Aerial Vehicle

A technique of forming shape of a new generation of turbojet propulsion system for high-al-titude unmanned aerial vehicle with a long flight. This technique allows you to create an optimal technical configuration of the turbojet engine, which provides the required characteristics for the

thrust and specific fuel consumption for specific flight conditions of high-altitude unmanned aerial vehicle, acceptable overall and mass parameters.

Keywords: technical form; turbojet engine; trailer and economic characteristics; parametric studies; optimization studies.

П

ЗИНЕНКОВЮрий Владимирович —

преподаватель ВУНЦ ВВС "ВВА имени проф. Н.Е. Ж óê овсê оãо

и Ю. А . Гаãарина"

ЛУКОВНИКОВ Алеê сандр Валерьевич —

начальниê отделения ФГУП "ЦИАМ

им. П.И. Баранова", доê тор техн. на óê

СЛИНКОМихаил Борисович —

старший на ó чныйсотр ó дниê

ФГУП "ЦИАМим. П.И. Баранова"

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


67

2–3. 2016

ó ст ó пают иностранным образцам. Правда, это ê а-сается небольших беспилотниê ов с взлетной мас-сой до 500 êã. В направлении развития БЛА со

средней и большой взлетной массой ( до 20 т) сей-

час вед ó тся аê тивные работы на этапе НИОКР.В таê ой сит ó ации задача по созданию совре-

менноãо БЛА с ê рейсерсê ой высотой полета более

20 ê м, способноãо ê онêó рировать с л ó чшими

иностранными образцами, является перспеê тив-ной и поê а не до ê онца определенной по различ-ным вопросам. В связи с этим возниê ает широê ий

ряд аê т ó альных проблем, треб ó ющих исследо-ваний и поисê а на ó чно-техничесê их решений.Проблема создания силовой ó становê и (СУ )

для таê оãо БЛА становится одной из основных .

Соã ласно общепринятой методолоãии созда-ния авиационных двиãателей летательных аппа-ратов ( ЛА ) на этапе ê онцепт ó альноãо проеê тиро-вания СУ необходимо определить тип двиãателя,еãо схем ó, размерность (тяãó на взлетном режи-ме), эê ономичность, инфраê расн ó ю и радиолоê а-ционн ó ю заметность, ó ровень ш ó ма и т. д., чтобы

ó довлетворить противоречивым, ê аê правило,требованиям ê проеê тир ó емом ó БЛА .

Цена ошибê и, доп ó щенной при разработê е двиãателя на начальном этапе, может в даль-

нейшем стать ê ритичесê ой, способной поста-вить под óãроз ó создание всеãо проеê та по при-

чине невозможности реализации тех или иных

неверно принятых решений. Поэтом ó процесс ó формирования предварительноãо техничесê оãо

облиê а СУ должно ó деляться достаточно серь-

езное внимание.Постановê а задачи исследования — сформи-

ровать предварительный техничесê ий облиê СУ

высотноãо БЛА большой продолжительности

полета с взлетной массой оê оло 12 т. Методиче-сê и выполнение этой задачи можно свести ê ря-

д ó этапов, ê оторые далее б ó д ó т описаны более

подробно.

На первом этапе работы выполнен анализ

летно-техничесê их хараê теристиê ( ЛТХ ) с ó щест-в ó ющих высотных пилотир ó емых ЛА и БЛА

(табл. 1). Это позволило сформировать предва-рительн ó ю ê онцепцию исслед ó емоãо объеê та,а именно: с ó четом взлетной массы, треб ó емой

ê рейсерсê ой высоты и сê орости полета, соот-ветств ó ющей числ ó Маха набеãающеãо потоê аМн = 0,5...0,7, наиболее целесообразно исполь-зовать в составе СУ одноê онт ó рный (ТРД) или

дв ó х ê онт ó рный (ТРДД) т ó рбореаê тивные дви-ãатели, обеспечивающие взлетн ó ю тяãовоор ó-

женность БЛА на ó ровне μ0 = 0,25...0,35.

Далее выполнен анализ зар ó бежных и отече-

ственных серийных ТРД и ТРДД (табл. 2), в томчисле с подпорными ст ó пенями за вентилятором

Таблица 1Основные хараê теристиê и высотных ЛА

ЛА AQM-34N YQM-98A M-55 U-2S RQ-4A Predator C

Страна США США СССР США США США

Год разработê и 1967 1974 1988 1994 1998 2009

Двиãатель J69-T-41A YF104-GA-100 Д30-10В GE F-118-101 AE3007H PW545B

Схема двиãателя ТРД ТРД ТРДД ТРДД ТРДДпс ТРДДпс

m0, êã 1800 6500 24500 18600 11600 8200

μ0 0,501 0,277 0,769 0,471 0,325 0,291

Lпол, ê м 3860 15000 1315 9600 23000 14600

t пол, ч 7 28 2,4 12 38 20

Мн.max 0,64 0,62 0,69 0,75 0,61 0,69

Н пол, ê м 21,3 17,0 21,4 21,3 19,8 18,3

mПН, êã — 315 1500 1400 900 1300

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


68

(схема ТРДДпс), имеющих взлетн ó ю тяãó на

расчетном режиме Р р = 30...40 ê Н (высота Н = 0,число Мн = 0, режим работы "Маê симал"), что

обеспечивает óê азанные выше значения μ0 для

БЛА с взлетной массой m0 = 10...12 т.В рез ó льтате пол ó чена статистиê а по парамет-

рам рабочеãо процесса двиãателей, ê оторые смо-ãó т ó довлетворить таê тиê о-техничесê им требова-ниям, предъявляемым ê СУ исслед ó емоãо БЛА .

Из отечественных двиãателей по потребной

тяãе подходит тольê о дв ó хвальный ТРД 3-ãо по-ê оления Р-195, но он не отвечает современным

требованиям по ó дельном ó расход ó топлива С ó д.Наиболее близê ими по треб ó емым хараê терис-тиê ам и параметрам рабочеãо процесса являют-ся ТРДД ряда зар ó бежных авиадвиãателестро-ительных фирм, например двиãатель AE3007H(см. табл. 2).

Основные требования ê высотномó БЛА и еãо

силовой ó становê е. Основными требованиями ê высотном ó БЛА большой продолжительности

полета (high-altitude long-endurance — HALE) и

еãо СУ являются [1, 2]:маê симальная ê рейсерсê ая высота полета Н п

(высота барражирования) не менее 18...20 ê м;маê симальное время барражирования на

ê рейсерсê ой высоте полета БЛА не менее 36 ч;высоê ие эê спл ó атационные и рес ó рсные ха-

раê теристиê и;

треб ó емый отбор мощности от двиãателя на

бортовые н ó жды БЛА ;

низê ие затраты на серийное производство иэê спл ó атацию;

взлет и посадê а высотноãо БЛА должны ос ó-ществляться по-самолетном ó.

В США более 15 лет назад по заê аз ó ВВС фир-

мой Нортроп—Гр ó мман был создан разведыва-тельный стратеãичесê ий высотный БЛА RQ-4"Global Hawk" (рис. 1) большой продолжительно-сти полета (первый полет совершил 28 февраля

1998 ã.).

Таблица 2Основные данные серийных малоразмерных ТРД и ТРДД

Двиãатель Р-195 CF34-3 А AE3007H AS977 PW-308 А АИ-222-25

Страна СССР США Анã лия США Канада У ê раинаГод разработê и 1986 1986 1990 1999 1999 2008

ЛА С ó-25 CRJ 100 RQ-4A Avro BJ Hawker 4000 Яê-130

Схема ТРД2 ТРДД ТРДДпс ТРДД ТРДД ТРДД

Р р, ê Н 42,2 41,0 37,0 31,5 30,1 24,5

С ó д, êã/(Н•ч), (Мн/Н , ê м) 0,089 (0/0) — 0,064 (0,6/11) 0,065 (0,7/11) — 0,086 (0,6/10)

mр 0 6,2 5,1 4,2 4,0 1,19

G в, êã/с 66 — 120 — — 50,2

, К 1190 — 1600 — — 1480

9 21 24 21 — 15,9

T ã.р*

πê Σ.р*

Рис. 1.Высотный разведывательный БЛА RQ-4A "Global Hawk"

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


69

2–3. 2016

Учитывая, что взлетная масса Global Hawk с использ ó емым целевым обор ó дованием состав-

ляет 10...12 т, а аэродинамичесê ое ê ачество са-молета на режиме высотноãо барражирования —

не менее 30 [3], то в высотных ó словиях потребнаятяãа однодвиãательной СУ составляет ∼2...3 ê Н,а взлетная тяãа находится в диапазоне 35...55 ê Н,т.е. соответств ó ет ó ровню тяãи двиãателей для

бизнес- джетов и небольших реãиональных пас-сажирсê их самолетов.

Таê ой вывод подтверждается тем, что на

БЛА Global Hawk применяется ТРДД АЕ3007Н

разработê и анã лийсê ой фирмы Allison (в 1995 ã.вошла в состав фирмы Rolls-Royce), модифиê а-ции ê отороãо широê о применяются на самоле-

тах типа Cessna Citation X (AE3007C), Embraer ERJ 145 (AE3007A с тяãой 30,6...34,35 ê Н) и др.Предварительная оценê а рациональных па-

раметров двиãателя для БЛА рассматриваемоãо

типа поê азала след ó ющее: для обеспечения большой продолжительности

полета самолета степень дв ó х ê онт ó рности дви-ãателя mр должна находиться в диапазоне 4...7.

Дальнейшее ó величение mр приводит ê с ó щест-венном ó ó меньшению размерности ãазоãенера-тора и, соответственно, ê неãативном ó влиянию

числа Рейнольдса на хараê теристиê и ó злов и

эффеê тивность двиãателя в целом;с ó ммарная степень повышения давления в

ê омпрессоре должна быть не более 25...30из-за оãраничения минимальной высоты лопа-тоê ê омпрессора и т ó рбины;

ó ровень температ ó ры ãаза перед т ó рбиной выбирается из ó словия обеспечения работоспо-собности двиãателя в течение продолжительно-ãо высотноãо полета и заданноãо рес ó рса дета-

лей "ãорячей" части ТРДД.Отметим неê оторые особенности двиãателя

АЕ3007Н, ó станавливаемоãо на БЛА RQ-4. Элеê-тронная система автоматичесê оãо ó правления

типа FADEC и др óãие системы (маслосистема,система зап ó сê а и др.) и ó злы двиãателя спроеê-тированы таê им образом, чтобы обеспечивать

еãо ó стойчив ó ю работ ó на высотах до 21 ê м [4]. Лопатê и одност ó пенчатоãо ê омпрессора низ-

ê оãо давления (КНД) (или вентилятора) двиãа-теля изãотовлены из титана, лопатê и 14-ст ó пен-чатоãо осевоãо ê омпрессора высоê оãо давления

(КВД) — стальные. Первые пять ст ó пеней КВД —реãó лир ó емые поворотом направляющих аппа-ратов. Т ó рбина высоê оãо давления (ТВД) — дв ó х -ст ó пенчатая, с возд ó шным охлаждением моно-

ê ристалличесê их лопатоê. Т ó рбина низê оãо давления (ТНД) — трехст ó пенчатая, с неохлаж - даемыми лопатê ами.

Двиãатель АЕ3007Н разработан на базе ãазо-ãенератора т ó рбовальноãо ãазот ó рбинноãо дви-ãателя (ТВГТД) Т406 фирмы Allison.

Инстрó ментарий исследования. Решение за- дачи по формированию предварительноãо техни-чесê оãо облиê а ê аê оãо- либо объеê та или систе-мы в современных ó словиях выполняется на

ЭВМ с использованием методов математиче-

сê оãо моделирования с необходимой детализа-цией вн ó тренних процессов, происходящих в

исслед ó емом объеê те. При этом можно исполь-зовать ãотовые, хорошо зареê омендовавшие себя

математичесê ие модели (ММ), что позволит со-ê ратить время исследования на первых этапах .Однаê о в дальнейшем это приведет ê том ó, что

ó исследователя не б ó дет возможности, во-пер-вых , ê онтролировать процесс расчета "изн ó т-ри", во-вторых , внести изменения в алãоритм иисходный ê од ММ в сл ó чае необходимости ее

доработê и. Поэтом ó авторами разработанаê омплеê сная ММ (КММ) для проведения рас-четных исследований системы ЛА —СУ при-менительно ê высотном ó БЛА с СУ на базе ТРД

или ТРДД.

На начальном этапе создания новой ММ

важно определиться с ãраницами исследования,чтобы не "переãр ó жать" ММ нен ó жными ф ó нê-циями, посê ольêó от этоãо б ó дет зависеть время

и стабильность расчетов. В то же время нельзя

ó п ó сê ать важные моменты для описания и алãо-

ритмичесê ой реализации необходимых процес-сов применительно ê решению теêó щей задачи

и по возможности надо заê ладывать те ф ó нê ции,ê оторые моãó т быть реализованы в б ó д ó щем,п ó тем внесения доработоê в исходный ê од ММ.

В разработанной КММ системы БЛА —СУ

реализованы широê ие возможности для прове- дения исследований в области формирования

предварительноãо техничесê оãо облиê а СУ на

базе т ó рбореаê тивных двиãателей различных

πê Σ*

T ã*

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


70

схем для БЛА различноãо назначения. Схема

предлаãаемой КММ представлена на рис. 2.В основе этой схемы лежат две расчетные

ММ, ê оторые последовательно взаимодейств ó-ют межд ó собой:

ММ СУ , в ê оторой производится расчет тя-ãово-эê ономичесê их (ТЭХ ) и ãабаритно-массо-вых хараê теристиê СУ ;

ММ БЛА , ã де ос ó ществляется расчет аэро- динамичесê их хараê теристиê ( АХ ), массовоãо

баланса, параметров движения и летно-техниче-сê их хараê теристиê БЛА .

В перв ó ю очередь авторами создана ММ СУ ,ê оторая подробно описана в [5]. Каê видно из

рис. 3, ММ состоит из блоê ов "завязê и" двиãа-теля и расчета еãо параметров и хараê теристиê на нерасчетных режимах работы. Разработан-ная ММ СУ является достаточно детализирован-ной моделью, подробно описывающей рабочий

процесс т ó рбореаê тивноãо двиãателя в рамê ах

общепринятой теории возд ó ш-но-реаê тивных двиãателей [6].

С помощью ММ СУ можно ос ó-ществлять инженерные исследова-

ния т ó рбореаê тивных двиãателейразличных схем. Дополнительно

ММ СУ содержит мод ó ль расчета

ãабаритно-массовых хараê терис-тиê, что является обязательным для

ê орреê тной оценê и эффеê тивнос-ти СУ в системе БЛА .

При математичесê ом модели-ровании рабочеãо процесса т ó рбо-реаê тивноãо двиãателя (особенно

малоразмерноãо) для СУ БЛА с вы-

сотой полета 10...12 ê м и более воз-ниê ает необходимость обязательно-ãо ó чета влияния числа Re на ТЭХ

двиãателя, таê ê аê при ó меньшении

плотности рабочеãо процесса (воз- д ó ха и прод óê тов сãорания) проис-ходит ó меньшение отношения сил

инерции ê силам вязê ости и числа

Рейнольдса становятся меньше свое-ãо ê ритичесê оãо значения Reê р [7].

В рез ó льтате ó величиваются

ãидравличесê ие потери в проточ-ной части двиãателя и снижаются

КПД еãо элементов (в перв ó ю очередь ê асê адов

ê омпрессора и т ó рбины), а следовательно, воз-растает ó дельный расход топлива С ó д.

Особенно наã лядно это видно на высотной

хараê теристиê е ТРДД, поê азанной на рис. 4,ê оã да при высоте полета Н > 11 ê м (ã де темпера-т ó ра атмосферноãо возд ó ха Т н ≈ const) значение

С ó д остается праê тичесê и постоянным без ó чета

влияния числа Re на параметры рабочеãо процес-са двиãателя при еãо математичесê ом модели-

ровании (сплошная линия).В сл ó чае ó чета влияния числа Re на КПД

ê асê адов ê омпрессора и т ó рбины (особенно т ó р-бины низê оãо давления) ó дельный расход топлива

при ó величении высоты полета возрастает (см.рис. 4), т.е. эê ономичность двиãателя ó х ó дшается,что и происходит на праê тиê е в реальных ГТД.

Таê же на больших высотах и при сê оростях

полета Мн m 0,6 ó х ó дшаются процессы рас-пыления и ãорения топлива в ê амере сãорания.

На÷а ëо

Корректировка

исхо äных äанных

Корректировка


Вво ä


Нет

Рас÷ет СУ Рас÷ет cистеìы БЛА —СУ

Нет

Конеö

Ана ëизрезу ëüтатов

Форìированиерезу ëüтатов

Форìированиерезу ëüтатов

ММ СУ

Нет

Да

ММ БЛА

ММ рас÷ета

ЛТХ ЛА К о ì п ë е к с н а я ì а т е ì а т и ÷ е с к а я ì о ä е ë ü

ММрас÷ета

АХ ЛА

ММ СУ

За äа÷ареøена?

Да

За äа÷ареøена?

Исхо äные äанные верны?

За äа÷аисс ëе äования

Да

ДаНетЗа äа÷а реøена?

П а к е т ì н о ã о п а р а ì е т р и ÷ е с к о й о п т и ì и з а ö и и I O S O

Рис. 2. Схема разработанной КММ системы БЛА — СУ

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


71

2–3. 2016

Это может привести ê дополнительном ó сниже-нию эê ономичности двиãателя. Одновременно

возможно ó х ó дшение работы системы охлажде-ния элементов "ãорячей части" двиãателя, а сле-

довательно, повышение температ ó ры лопатоê и дисê ов т ó рбины и их переãрев.

Сложность реальноãо процесса, происходя-щеãо в лопаточных ó злах двиãателя, при ó мень-шении чисел Re < Reê р треб ó ет проведения до-полнительных расчетных исследований с помо-

щью ó точненных хараê теристиê ê омпрессора ит ó рбины и эê спериментальноãо подтверждения

их на высотных стендах (в термобароê амере).Поэтом ó здесь в расчетных исследованиях ó чи-тывается влияние числа Re на хараê теристиê иэлементов двиãателя через поправочные ê оэф-фициенты, определенные по эê сперименталь-ным обобщениям.

Разработанная авторами ММ СУ прошла

тщательн ó ю проверêó на предмет адеê ватности

и достоверности пол ó чаемых с ее помощью ре-з ó льтатов. Ранее было поê азано [5, 8], что с ис-пользованием данной ММ СУ можно прово-

дить различноãо рода инженерные исследова-ния в области формирования предварительноãо

техничесê оãо облиê а авиационных двиãателей.

Оценê а эффеê тивности авиационной СУ в

системе БЛА в данной статье проводилась п ó тем

оптимизации параметров СУ по поê азателям эф-феê тивности и ЛТХ БЛА . Следовательно, тре-бовалось ос ó ществить расчет ЛТХ БЛА , в связи

с чем и была разработана ММ БЛА , стр óê т ó раê оторой поê азана на рис. 5. Видно, что основ ó ММ БЛА составляют четыре ê лючевых блоê а.

Вво ä исхо äных äанных

«Завязка» äвиãате ë я

Стен äовый рас÷ет äвиãате ë я(Mн = 0; H = 0)

Рас÷ет характеристик э ëеìентов

Рас÷ет у äе ëüно-ìассовых характеристик

В с п о ì

о ã а т е ë ü н ы е

б ë о к и М М

Опре äе ëение параìетров СУ на нерас÷етных режиìах

Опре äе ëение ус ëовий устой÷ивостиработы коìпрессора СУ

Форìирование СНАУ

Форìирование проãраììы управ ëения СУ

В

с п о ì о ã а т е ë ü н ы е

б ë о к и М М

Реøение СНАУ

Терìо äинаìи÷еский рас÷ет äвиãате ë я(Mн ≠ 0; H ≠ 0)

Рас÷ет эксп ë уатаöионных характеристик

СНАУ реøена

Стоп

Нет

Да

Форìирование фай ëов с резу ëüтатаìи рас÷етов

В ММ БЛА

Рис. 3. Стрóê тó ра разработанной ММ СУ

0 10 20 H , к ì

С у ÷етоì в ëияния Re

Без у ÷етa в ëияния Re

С у ä,

0,08

0,07

0,06

Мн = 0,8

к ã

Н•÷

Рис. 4. Влияние числа Рейнольдса на ó дельный расход топ-лива ТРДД при ó величении высоты полета

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


72

В первом блоê е ос ó ществляется

расчет или задание аэродинамиче-сê их хараê теристиê через след ó ю-щие зависимости аэродинамиче-

сê их ê оэффициентов: производнойê оэффициента подъемной силы

= f (Мн), ê оэффициента сопро-тивления с x = f (Мн) и ê оэффициента

отвала поляры A = f (Мн) либо через

поляр ó ЛА . Причем это реализова-но для различных вариантов ãео-метрии БЛА — взлетной, ê рейсер-сê ой (полетной) и посадочной

ê онфиãó раций.Во втором блоê е ММ (см. рис. 5)

выполняется расчет диапазона вы-сот и сê оростей прямолинейноãо

ãоризонтальноãо полета (ПГП).Здесь происходит наложение оãра-ничений на область применения

БЛА , состоящ ó ю из минимально имаê симально доп ó стимых сê орос-тей (чисел Мн) полета для ПГП, а

таê же маê симальных высот полета

БЛА (статичесê их и динамичесê их

потолê ов). Данная методиê а под-робно описана в [7].

В третьем блоê е ММ (см. рис. 5) ос ó ществ- ляется ó прощенный расчет массовоãо баланса

БЛА в целях определения массы топлива. Здесь

óê р ó пненно взлетная масса ЛА представляет

собой с ó мм ó след ó ющих составляющих :

m0 = mсн + mт + mПН + mСУ , (1)

ã де mсн — масса снаряженноãо ЛА (ó словно за

вычетом массы СУ ); mт — масса запаса топлива на

борт ó ЛА ; mПН — масса полезной наãр ó зê и (ПН);mСУ — масса СУ .

В ходе расчетных исследований системыБЛА —СУ , рез ó льтаты ê оторых представлены

далее, значения m0, mсн и mПН принимались по-стоянными, а масса топлива на борт ó БЛА ,выраженная из (1), определялась по форм ó ле

mт = m0 – mсн – mПН – mСУ , (2)

ã де масса СУ рассчитывалась в ММ СУ и зави-села от параметров рабочеãо процесса (степени

повышения давления в ê асê адах ê омпрессора,

степени дв ó х ê онт ó рности, маê симальной тем-перат ó ры ãаза перед т ó рбиной и др.) и размер-ности двиãателя.

В четвертом блоê е ММ (см. рис. 5) выполня-ется расчет ЛТХ БЛА , а именно дальности и

продолжительности полета и теêó щих траеê тор-ных параметров, в рез ó льтате решения прямой

задачи динамиê и полета. При этом расчет ЛТХ

выполняется по ó частê ам соã ласно заданной

проãрамме полета п ó тем интеãрирования систе-мы из пяти дифференциальных ó равнений пер-

воãо порядê а, ê оторая описывает движениецентра масс БЛА (при рассмотрении БЛА ê аê материальной точê и).

Решение задачи динамиê и полета ЛА ос ó-ществляется в траеê торной системе ê оординат

(ê оордината х соответств ó ет пройденной даль-ности L) при известных высотно-сê оростных и

дроссельных хараê теристиê ах ВСХ и ДХ СУ ,рассчитанных ранее в ММ СУ и хранящихся в

памяти ЭВМ, а таê же при ранее определенных

c yα

Рис. 5. Стрóê тó ра ММ БЛА

Из ММ СУ

Фай ëы характеристик СУ Фай ëы АДX Фай ë исхо äных äанных

Рас÷ет ЛТХ За äание А X

Рас÷ет äиапазона высоти скоростей ПГП

Рас÷ет ìассы топ ëива

Поэтапный рас÷ет траектории

За äание проãраììы по ëета

по ëета

Типы этапов:вз ëет; набор высоты; снижение;

ãоризонта ëüный по ëет; по ëет попото ëкаì; разãон; торìожение;

сброс по ëезной наãрузки;возврат; поса äка

Форìирование фай ëов срезу ëüтатаìи рас÷етов

mт = m0 – mсн – mПН – mСУ ,ãäе m0 = const; mсн = const;mПН = const; mСУ = var

H

L

Lпо ë = ΣLi ; t по ë = ΣLi N этап

i = 1

H

H

L

H

LВзСнГПППВз НВ

M н

M н

с y

с x

M н

M н

с к 0

с y αα A

N этап

i = 1

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


73

2–3. 2016

(заданных ) АХ БЛА выбранной аэродинамиче-сê ой схемы.

Параметричесê ие исследования силовой ó с-тановê и. Коã да инстр ó мент исследования ãотов,

след ó ющим шаãом является непосредственнопроведение параметричесê их и оптимизацион-ных расчетов.

Для формирования ó исследователя поня-тий о сложных взаимосвязях межд ó параметра-ми СУ и поê азателями эффеê тивности БЛА ,а таê же выявления ãраниц с ó ществования сис-темы проведены параметричесê ие исследования.

В перв ó ю очередь выбирался ("завязывался")неê оторый базовый вариант всей системы БЛА —СУ , проеê тные параметры ê отороãо (ê аê по

планер ó, таê и по двиãателю) подбирались порез ó льтатам проведенноãо анализа статистиче-сê их данных .

Затем формировались серии вариантов (об- лиê ов), отличающихся от базовоãо варианта сис-

темы БЛА — СУ значениями ê аê оãо- либо одно-ãо параметра, например степенью дв ó х ê онт ó р-ности mр или с ó ммарной степенью повышения

давления в ê омпрессоре ТРДД , взлетной

тяãовоор ó женностью μ0, ó длинением ê рыла и др.Значения параметра изменялись с постоянным

шаãом в неê отором диапазоне, при этом все ос-тальные расчетные параметры сохранялись не-изменными. Достоверность формир ó емых об-

лиê ов БЛА и СУ ê ачественно оценивалась по

наблюдаемой тенденции изменения основных

хараê теристиê системы при изменении пара-метров базовоãо самолета.

Авторами выполнены параметричесê ие ис-следования по влиянию ê аê расчетных пара-

метров рабочеãо процесса и проãрамм ó правле-ния ГТД, таê и параметра соã ласования БЛА и

СУ (μ0) и режимных параметров проãраммы по- лета на ЛТХ беспилотниê а. Неê оторые рез ó ль-таты этих параметричесê их исследований пред-ставлены в [5]. В итоãе были определены те па-раметры СУ и БЛА , ê оторые в большей степени

влияют на хараê теристиê и СУ и БЛА , а таê же

ãраничные значения этих параметров, при ê о-торых в дальнейшем б ó дет выполняться опти-мизация всей системы БЛА — СУ в целях по-вышения ее эффеê тивности.

На рис. 6 поê азано влияние mр на ряд пара-метров СУ и БЛА . Таê, при ó величении степени

дв ó х ê онт ó рности ТРДД в óê азанном диапазоне

и прочих равных ó словиях из-за ó меньшения по-терь с выходной сê оростью происходит ó вели-чение тяãовоãо КПД двиãателя и, ê аê следствие,снижение ê рейсерсê оãо ó дельноãо расхода топ-

лива С ó д.ê р, что приводит ê ó меньшению ê ило-метровоãо расхода топлива q и ó величению

дальности полета Lп.В то же время известно, что при ó величении

mр происходит снижение ó дельной тяãи Р ó д и ó величение расхода возд ó ха через двиãатель G в(при ó словии постоянства расчетной тяãи дви-ãателя Р р), а таê же еãо ãабаритных размеров.Это приводит ê ó величению ó дельной γ дв и аб-солютной масс двиãателя и массы всей СУ mСУ .

В рез ó льтате ó меньшается запас топлива на

борт ó БЛА mт и снижается дальность полета.Поэтом ó на рис. 6 наблюдается ярê о выражен-ный оптим ó м по степени дв ó х ê онт ó рности, в дан-

Рис. 6. Влияние расчетноãо значения mр на параметры СУ и БЛА

21,4

21,2

21,0

20,8

20,6

0,028

0,026

0,024

0,022

0,058

0,057

0,059

0,060

4,8 5,0 5,2 5,4 5,6 5,8 6,0

28000

27500

27000

26500

0,200

0,195

0,190

0,185

800

850

1000

1050

950

mр

C у ä . к р , к ã / ( Н • ÷ )

m С У , к ã

γ ä в , к ã / Н

q , к ã / ì ì

H

п . ì а к с , к ì

L п , к ì

Lп

H п.ìакс

γ äв

C у ä.кр

q

mСУ

πê Σ.р*

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


74

ном сл ó чае mр.опт ≈ 5,8, при ê отором достиãает-ся маê симальное значение дальности полета

БЛА в рез ó льтате противоположноãо влияния

дв ó х описанных выше фаê торов.

Этот пример поê азывает, сê оль неоднознач-ным может быть влияние тех или иных парамет-ров СУ и БЛА на поê азатели еãо эффеê тивности.Поэтом ó значения параметров рабочеãо про-цесса СУ и еãо проãрамма ó правления не моãó твыбираться изолированно др óã от др óãа и в от-рыве от оценê и ЛТХ ЛА , таê ê аê изменение

ê аждоãо из óê азанных параметров может дать

наибольший положительный эффеê т тольê о в

том сл ó чае, если оно сопровождается соот-ветств ó ющим оптимальным изменением др óãих

параметров. Это может быть ó становлено тольê ов рез ó льтате проведения оптимизационных ис-следований по поисêó наил ó чших параметров

рабочеãо процесса СУ в системе БЛА с ó четом

еãо массовоãо баланса, аэродинамичесê их и

летно-техничесê их хараê теристиê.Оптимизационные исследования. Проведение

оптимизационных исследований треб ó ет исполь-зования эффеê тивноãо метода оптимизации.

Теория поисê а эê стрем ó ма целевой ф ó нê ции

является отдельным на ó чным направлением выс-шей математиê и. Поэтом ó исследователю из

др óãой области дополнительно заниматься раз-

работê ой новоãо метода оптимизации нецеле-сообразно, таê ê аê на это может ó йти мноãо вре-мени.

Таê, авторами использовался хорошо зареê о-

мендовавший себя при решении подобноãо ро- да задач разработанный профессором Н.Е. Еãо-ровым в ê онце 1980-х ãã. в ВВИА имени проф.Н.Е. Ж óê овсê оãо Метод Непрямой статистиче-

сêой оптимизации на основе СамоОрãанизации

(МНСО) [8].Униê альные процед ó ры аппроê симации

ф ó нê ций мноãих переменных , использ ó емые в

данном непрямом методе н ó левоãо порядê а и

основанные на использовании идей метода

ãр ó пповоãо ó чета арãó ментов, позволяют на

ê аждой итерации поисê а эê стрем ó ма опреде- лять не тольê о параметры, но и стр óê т ó р ó ф ó нê-ции аппроê симации, что с ó щественно ó величи-вает эффеê тивность процесса оптимизации.

Метод МНСО стал ядром автоматизирован-ноãо паê ета оптимизации IOSO (Indirect Optimiza-

tion on the base of Self-Organization), разработанноãо

ê омпанией "Сиãма-Технолоãии" и предназна-ченноãо для проведения ó словной и без ó словной

мноãоê ритериальной параметричесê ой оптими-зации. Высоê ая эффеê тивность метода МНСО ипаê ета IOSO подтверждена при решении опти-мизационных задач в различных отраслях на óê и

и техниê и, в том числе и аэроê осми-чесê ой [9].

Описываемая в данной статье

КММ системы БЛА — СУ взаимо- действ ó ет с паê етом оптимизации

IOSO след ó ющим образом (рис. 7)."Оптимизатор" автоматичесê и, ис-ходя из стратеãии поисê а решения,ос ó ществляет независимое измене-ние выбранных варьир ó емых вн ó-

тридвиãательных расчетных пара-метров и параметров соã ласования

СУ и БЛА , имеющихся в сохранен-ном ранее исследователем файле

проеê та, решении для этоãо вариан-та задачи и автоматичесê ом считыва-нии паê етом оптимизации из фай- лов рез ó льтатов óê азанных пользо-вателем ê ритериев эффеê тивности

и оãраничений (при их наличии).

Фай ë резу ëüтата рас÷ета

Критерииэффективности

Фай ë исхо äных äанных Исхо äные äанные

КММ систеìы БЛА —СУ

Р е з у ë ü т а т

В а р ü и р у е ì ы е

п а р а ì е т р ы

Рис. 7. Взаимодействие паê ета IOSO и КММ системы БЛА — СУ

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


75

2–3. 2016

Важным этапом оптимизационных исследо-ваний является выбор ê ритериев эффеê тивности

(КЭ), ê оторые н ó жно ó л ó чшить для исслед ó емой

(оптимизир ó емой) системы и по значению

ê оторых можно дать адеê ватн ó ю оценêó поло- жительной динамиê и ф ó нê ционирования систе-мы в рамê ах решения задачи. КЭ моãó т быть тех -ничесê ие, эê ономичесê ие, таê тичесê ие и др.

В рассматриваемой задаче использованы

техничесê ие КЭ — дальность Lп и продолжи-тельность t п полета, ê оторые хараê териз ó ют эф-феê тивность исслед ó емоãо БЛА исходя из еãо

предназначения.В целях повышения эффеê тивности высотно-

ãо БЛА и еãо СУ п ó тем оптимизации их парамет-ров на основе принятой в авиадвиãателестро-ительной отрасли праê тиê е сформ ó лированы,поставлены и решены след ó ющие три задачи:

№ 1 — определение оптимальных парамет-ров СУ с ТРДД в "изолированной" постановê е

задачи, т.е. ê оã да оптимизация ос ó ществляласьтольê о по вн ó тридвиãательным параметрам

(без ó чета ê ритериев БЛА );№ 2 — определение оптимальных парамет-

ров и проãраммы ó правления (ПУ ) СУ с ТРДД,обеспечивающих наил ó чшие ЛТХ рассматри-ваемоãо БЛА ;

№ 3 — определение оптимальных схем и па-раметров двиãателя для СУ исслед ó емоãо вы-сотноãо БЛА .

В первой задаче за КЭ принят

ó дельный расход топлива в ê рей-серсê ом полете (Мн = 0,6;Н = 20 ê м)

при фиê сированной ê рей-

серсê ой тяãе P ê р = 1,44 ê Н (рис. 8,а).В ê ачестве варьир ó емых перемен-ных , выбранных на основании

проведенных параметричесê их ис-следований, приняты след ó ющие

расчетные параметры рабочеãо

процесса ТРДД :сеêó ндный массовый расход

возд ó ха через двиãатель G в.р;степень дв ó х ê онт ó рности mр;температ ó ра ãаза перед т ó рби-

ной ;степень повышения давления вКНД ;

степень повышения давления в КВД ;приведенная сê орость на выходе из внешнеãо

ê онт ó ра λII.р.Таê же для ê орреê тноãо расчета параметров

ТРДД добавлена зависимая варьир ó емая пере-менная — относительное ê оличество возд ó ха,отбираемое из-за КВД на охлаждение лопатоê

ТВД . Это связано с тем, что при из-

менении в процессе оптимизации должноизменяться треб ó емое ê оличество возд ó ха для

охлаждения лопатоê т ó рбины.За оãраничиваемый сниз ó параметр принята

маê симальная тяãа двиãателя на режиме полета

Н = 20 ê м; Мн = 0,8, т.е. l 1,8 ê Н (рис. 8,б ).Здесь высотно-сê оростные хараê теристиê иприведены без ó чета влияния отборов мощности

на основные параметры двиãателя.Таê им образом, формальная запись одно-

ê ритериальной мноãопараметричесê ой задачи

оптимизации № 1 имеет след ó ющий вид:

=

=arg ( , , , ) ⇒

⇒ СУ opt. (3)

В рез ó льтате решения оптимизационной за- дачи № 1 принятый за КЭ ó дельный расход

топлива ó далось ó меньшить на 12,5 % по

C ó д.ê р20/0,6

П варТРДД

T ã.р*

πКНД.р*

πКВД.р*

g отб.КВД охл

T ã.р*

P м20/0,8

П вар

opt

minП

i opt

C ó д.ê р20/0,8

П i вар

П i зав

П i невар

П i оãр

C ó д.ê р20/0,6

0,061

0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 P и ä, кН

С у ä.кр20/0,6

С у ä.и ä,к ã

Н•÷

0,060

0,059

0,058

2,0

0,5 0,6 0,7 0,8 Мн

1,9

1,8

1,7

P ì20/0,6

P и ä, кН

a) б )

Рис. 8. Дроссельная хараê теристиê а ТРДД на ê рейсерсê ом режиме полетаБЛА при Мн = 0,6; Н = 20 ê м (а) и сê оростная хараê теристиê а ТРДД на маê-

симальном режиме работы при Н = 20 ê м (б )

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


76

сравнению с исходным (неоптимальным) ва-риантом.

Задачи оптимизации № 2 и 3 были решены

ó же в системе БЛА , поэтом ó в ê ачестве КЭ ис-

пользовались параметры, хараê териз ó ющие эф-феê тивность ф ó нê ционирования исслед ó емоãо

БЛА исходя из еãо предназначения, — даль-ность Lп и продолжительность t п полета.

Рез ó льтаты решения задачи № 2 по выбор ó оптимальной проãраммы ó правления дв ó х -вальноãо ТРДД поê азаны на рис. 9 и сведены втабл. 3. При этом параметры рабочеãо процесса

15

10

5000 10000 15000 20000 25000 Lп, к ì

БазовыйH по ë, к ì

На÷а ëо у ÷асткакрейсерскоãо

по ëета

nВД = const

H кр.на÷

5

20

0

вариантВ

nНД = const

π* к Σ = const

T* т = const

Рис. 9. Сравнение профилей полета "базовоãо" и оптималь-ных вариантов с разными проãраммами ó правления двó х-вальноãо ТРДД (задача № 2)

Таблица 3Резó льтаты решения оптимизационной задачи № 2

Параметры Базовый

вариант

Оптимальные варианты ТРДД с различными ПУ

nВД = const nНД = const = const = const

Параметры СУ Р р, ê Н 39,2 34,0 32,4 31,9 33,3

Р ó д, (Н•с)/êã 350 414 343 348 346

G в.р, êã/с 112 84 95 92 96

1) mр 5,0 4,34 5,10 6,53 5,38

2) , К 1600 1799 1603 1799 1621

3) λII.р 0,450 0,4533 0,5310 0,3933 0,4356

4) 1,7 2,06 1,74 1,74 1,74

5) 14,0 15,64 17,08 15,09 13,83

23,8 32,2 29,7 26,2 24,0

0,06 0,1195 0,0608 0,1197 0,0662

m дв, êã 835 715 760 730 710

γ дв, êã/Н 0,0231 0,0222 0,0252 0,0245 0,0230

D дв, м 0,915 0,791 0,841 0,828 0,847

С ó д.ê р, êã/(Н•ч) (Мн = 0,6; Н = 20 ê м) 0,0606 0,0593 0,0563 0,0552 0,0584

Параметры БЛА 6) μ0 0,345 0,305 0,285 0,280 0,293

7) Mê р 0,590 0,608 0,531 0,547 0,543

mт, êã 5295 5430 5384 5420 5435

Н маê с, ê м 21,2 21,2 20,0 20,0 20,0

Lê р, ê м 22600 23900 14500 14800 14100

КЭ Lпол, ê м 27000 29800 28700 29600 28400

ΔLпол, % — 10,4 6,3 9,6 5,2

t пол, ч 43 47 50 51 49

Δt пол, % — 9,3 16,3 18,6 14,0

T ã* πê Σ*

T ã.р*

πКНД.р*

πКВД.р*

πê Σ.р*

g отб.КВД охл

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


77

2–3. 2016

двиãателя таê же оптимизировались (наиболее

подробно об этом б ó дет сê азано при описании

постановê и оптимизационной задачи № 3).Из табл. 3 видно, что наиболее предпочти-

тельной по дальности полета БЛА является ПУ ,обеспечивающая поддержание постоянной

частоты вращения ротора высоê оãо давления

nВД = const. В сл ó чае наст ó пления ê аê их - либо

оãраничений по параметрам двиãателя ПУ пере-ê лючается на проãрамм ó оãраничения тоãо или

иноãо параметра с целью недоп ó щения выхода

за оãраничения, например, по маê симальной

температ ó ре ãаза перед т ó рбиной .И, наê онец, с ó ть решения задачи № 3 за-

ê лючалась в выборе оптимальной схемы двиãа-

теля, обеспечивающей наил ó чшие ЛТХ рас-сматриваемоãо БЛА . Рассмотрены были четыре

схемы т ó рбореаê тивных двиãателей (рис. 10): дв ó хвальный ТРДД со смешением потоê ов

ê онт ó ров; дв ó хвальный ТРДД со смешением потоê ов

ê онт ó ров и с подпорными ст ó пенями (ПС) за

вентилятором (схема ТРДДПС);одновальный ТРД (ТРД1);

дв ó хвальный ТРД (ТРД2). Для ê аждой рассмотренной схемы двиãате-

лей формировался оптимальный облиê системы

БЛА — СУ , и потом они сравнивались межд ó со-бой по ê ритериям эффеê тивности беспилотниê а.

Для решения оптимизационных задач № 3 и 4из анализа параметричесê их исследований по

влиянию параметров СУ на ее хараê теристиê и ихараê теристиê и БЛА сформирова-ны след ó ющие веê торы варьир ó е-

мых переменных СУ :

расчетная степень дв ó х ê онт ó р-ности mр ( для схем ТРДД и

ТРДДПС);расчетная температ ó ра ãаза пе-

ред т ó рбиной ;

расчетная степень повышения

давления в КНД ;

расчетная степень повышения

давления в ПС ( для схемы

ТРДДПС);

расчетная степень повышения давления в

КВД ( для дв ó хвальных схем двиãателей);расчетная приведенная сê орость на выходе

из внешнеãо ê онт ó ра λII.р ( для дв ó х ê онт ó рных

двиãателей);веê тор зависимых переменных СУ ;относительное ê оличество возд ó ха, отби-

раемое от КВД (или от КНД — для схемы ТРД1)

на охлаждение лопатоê т ó рбины ;

веê тор варьир ó емых переменных БЛА ;взлетная тяãовоор ó женность БЛА μ0;ê рейсерсê ое число М полета Мн.ê р,веê тор оãраничиваемых параметров П оãр;маê симальная высота полета Н пол.маê с.Таê им образом, веê тор варьир ó емых (опти-

мизир ó емых ) параметров вê лючает в зависи-мости от схемы двиãателя от трех до шести па-раметров СУ , два параметра БЛА , одно оãрани-чение и один зависимый параметр.

Тоã да при ó словии маê симизации значений

Lп и t п формальная запись дв ó х ê ритериальной

мноãопараметричесê ой оптимизационной за- дачи № 3 имеет след ó ющий вид:

=

= arg Lп, t п( , , , ) ⇒

⇒ БЛА opt. (4)

Рез ó льтатом решения оптимизационной за- дачи № 3 стало поê азанное на рис. 11 множество

T ã.max *

П вар

СУ

T ã.р*

πКНДр*

πПСр*

πКВДр*

П зав

СУ

g охл.КВД

П варБЛА

П вар

opt

max П i

opt П i вар

П i зав

П i невар

П i оãр

а)

в )

б )

г )

Рис. 10. Рассмотренные схемы двиãателей при решении оптимизационной за- дачи № 3:а — ТРДДсм; б — ТРДДПС; в — одновальный ТРД; ã — дв ó хвальный ТРД

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


78

Парето оптимальных решений ê аê совоêó пность

проеê тных точеê в ê оординатах " дальность

полета — продолжительность полета", описы-вающих различные варианты техничесê их об-

лиê ов системы БЛА — СУ . Из них был выбран

ê омпромиссный оптимальный вариант (ОВ),обозначенный точê ой "ОВ3", ã де ó величение Lппо сравнению с базовым вариантом составляет

10,4 %, а t п — 9,3 %.Рез ó льтаты решения оптимизационной задачи

№ 3 для всех четырех схем двиãателей, а таê же

сопоставление их с базовым вариантом системы

БЛА — СУ и вариантом, пол ó ченным в оптими-зационной задаче № 1, сведены в табл. 4.

Анализ пол ó ченных рез ó льтатов поê азал

след ó ющее:1. Решение задачи оптимизации двиãателя

тольê о по вн ó тридвиãательным параметрам, т.е.изолированно от БЛА (столбец № 1), несмотря

на значительное ó меньшение С ó д и среднеãо ê ило-метровоãо расхода топлива qср, в итоãе привело

ê ó х ó дшению ЛТХ БЛА по сравнению с базовымвариантом из-за ó величения массы и, ê аê след-ствие, ó меньшения запаса топлива на борт ó. На

данном примере наã лядно видно, что подход ê оценê е эффеê тивности СУ изолированно от БЛА

без вê лючения в постановêó задачи самолетных

фаê торов может привести ê отрицательном ó ре-з ó льтат ó. В этом сл ó чае необходимо самолетные

фаê торы ó читывать по ê освенным фаê торам,п ó тем наложения разноãо рода оãраничений (по

ãабаритным размерам, массе, тяãе двиãателя

и т. д.). При этом все равно возниê ают всевоз-можные неопределенности по оценê е влияния

параметров двиãателя на хараê теристиê и само-

летноãо ó ровня. Даже если предположить, чтоизолированная постановê а задачи исследова-ния даст положительный рез ó льтат, то это б ó-

дет, вероятнее всеãо, не ã лобальный, а лоê аль-ный эê стрем ó м целевой ф ó нê ции (ê ритерия

эффеê тивности).2. Одновальные и дв ó хвальные схемы ТРД в

составе СУ , несмотря на меньшие масс ó и ãаба-риты, по дальности и продолжительности полета

БЛА значительно ó ст ó пают дв ó х ê онт ó рным двиãа-телям, таê ê аê ó дельные и ê илометровые расхо-

ды топлива ó них значительно выше (см. табл. 4).3. Применение подпорных ст ó пеней в мало-размерном ТРДД нецелесообразно, таê ê аê при

малых приведенных расходах возд ó ха, оê р ó жных

сê оростях и линейных размерах ПС это приве- дет ê ó величению массы двиãателя и ó величе-нию С ó д из-за влияния чисел Рейнольдса ó же свысот полета 6...7 ê м. Применение ПС может

быть оправданно эê ономичесê и в сл ó чае модер-низации или создания новоãо двиãателя на базе

с ó ществ ó ющеãо ãазоãенератора, ê аê, например,это сделано в ТРДД AE3007H. Таê, при проеê-тировании двиãателя AE3007A фирмой Allisonбыл использован ó же ãотовый КВД, и для ó ве-

личения с ó ммарной степени повышения давле-ния была добавлена ПС, при этом двиãа-тель рассчитывался для применения на высотах

полета до 12 ê м. Коã да встал вопрос о выборе

двиãателя для высотноãо БЛА "Глобал Хо óê", то

на базовом ТРДД AE3007A были выполнены

доработê и для обеспечения высотности еãо

систем, в рез ó льтате чеãо появилась модифиê а-ция AE3007Н.

4. Из табл. 4 видно, что самым эффеê тивнымпо дальности и продолжительности полета БЛА

является вариант с СУ на базе дв ó хвальноãо

ТРДД, выиãрывающий ó др óãих рассмотренных

схем двиãателей.В ê ачестве примера на рис. 12 представлены

сê оростные хараê теристиê и всех четырех рас-смотренных вариантов двиãателей при Н = 20 ê мна режиме работы двиãателя "0,8 Маê симал". Из

хараê теристиê, демонстрир ó ющих протеê ание

ОВ1

50

48

46

44

42

40

3826000 27000 28000 29000 30000 Lп, к ì

t п, ÷

Базовыйвариант

ОВ3

ОВ2

+ 13 %

+ 10,4 %

+ 7 %

+

1 8 , 6

%

+

9 , 3

%

+

2 , 3

%

Рис. 11. Множество Парето оптимальных облиê ов системыБЛА — СУ в ê оординатах " дальность полета — продолжи-тельность полета" после решения оптимизационной задачи№ 3 для схемы ТРДД

πê Σ.р*

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


79

2–3. 2016

зависимости ó дельноãо расхода топлива С ó д.эф

от Мн (рис. 12, а), видно, что самым неэê оно-мичным двиãателем является одновальный ТРД,а л ó чш ó ю эê ономичность обеспечивает вариант

ТРДДизолир, пол ó ченный в рез ó льтате решения

задачи оптимизации № 1 изолированно от БЛА .

Для варианта ТРДДизолир с ó величением чис- ла Мн наблюдается более интенсивное ó ве- личение С ó д.эф по сравнению с ТРДД, посê ольêó

ó неãо самая высоê ая степень дв ó х ê онт ó рности

mр, а следовательно, более низê ая ó дельная тяãа.Этот же вариант двиãателя имеет и сам ó ю низ-êó ю тяãó (см. рис. 12, б ), ê оторая таê же ó мень-шается с ó величением числа Мн, таê ê аê паде-ние ó дельной тяãи Р ó д не ê омпенсир ó ется ó ве-

личением расхода возд ó ха G в.

В заê лючение можно сделать след ó ющие

выводы.

Таблица 4Оптимальные варианты двиãателей различных схем для БЛА

Задача оптимизации — № 1 № 3

Описание Базовый вариант

СУ и БЛА "Изолированный"

двиãательОптимальные варианты

системы БЛА -СУ

Схема двиãателя ТРДД ТРДД ТРДД ТРДДпс ТРД1 ТРД2

Число валов 2 2 2 2 1 2

Параметры двиãателя

Р р, ê Н 39,2 50,0 34,0 33,6 27,6 30,1

Р ó д, (Н.с)/êã 350 266 414 332 738 650

G в.р, êã/с 112 188 84 101 37 46

mр 5,0 10,90 4,34 5,03 0 0

, К 1600 1798 1799 1589 1362 1219

1,70 1,45 2,06 1,70 14,1 5,0

— — — 1,30 — —

14,0 21,8 15,64 12,13 — 2,68

23,8 31,7 32,2 26,9 14,1 13,4

m дв, êã 840 1880 720 780 320 460

γ дв, êã/Н 0,0231 0,040 0,0222 0,0248 0,0124 0,0162

D дв, м 0,915 1,570 0,791 0,870 0,683 0,792

С ó д.ê р, êã/(Н•ч)

(при Мн.ê р = 0,6; Н ê р = 20 ê м)0,0606 0,0530 0,0593 0,0641 0,0989 0,0930

ЛТХ БЛА μ0 0,345 0,439 0,305 0,296 0,243 0,265

qср.ê р, êã/ê м 0,194 0,170 0,183 0,222 0,286 0,310

С η.ср.ê р, êã/ч 120,0 101,8 116,3 118,5 190,4 191,2

Н ê р, ê м 21,2 20,0 21,2 20,0 21,3 21,7

Mн.ê р 0,590 0,576 0,608 0,565 0,605 0,663

Lãп, ê м 22600 17600 23900 13700 14100 18250

Lãп.отн, % 84 72 80 68 69 89

КЭ Lпол, ê м 27000 24600 29800 26800 20500 20400

Δ Lпол, % — –8,9 10,4 –0,7 –24,1 –24,4

Т пол, ч 43 41 47 45 30 31

Δ Т пол, % — –4,7 9,3 4,7 –43,3 –27,9

T ã.р*

πКНД.р*

πПС.р *

πКВД.р*

πê Σ.р*

7/25/2019 Journal Polyot 2016.02-03


1. Разработана методиê а форми-рования предварительноãо техни-чесê оãо облиê а и оценê и эффеê-тивности СУ в системе БЛА .

2. Создана КММ системыБЛА —СУ , ê оторая позволяет ре-шать широê ий ê р óã инженерных

задач при расчете хараê теристиê авиационных двиãателей раз-

личных схем с ó четом влияния

числа Рейнольдса на хараê терис-тиê и СУ и ЛТХ ЛА .

3. Разработаны реê омендации

по выбор ó схемы двиãателя и пара-метров рабочеãо процесса СУ рас-

смотренноãо высотноãо БЛА .4. В рез ó льтате решения задачи

по формированию предваритель-ноãо техничесê оãо облиê а СУ для высотноãо

БЛА наил ó чшим вариантом двиãателя стал дв ó-хвальный ТРДД, обеспечивающий полет на

дальность 29 800 ê м продолжительностью 47 ч на

высотах более 21 ê м.


1. Беспилотные летательные аппараты: Справ. / подред. Н.Н. Новичê ова. М.: АРМС-ТАСС, 2013. 456 с.2. Василин Н.Я. Беспилотные летательные аппара-

ты: боевые, разведывательные. Минсê: Поп ó рри, 2003.270 с.

3. Веб-ресó рс интернет-справочниê а " Авиабаза".URL: http:\\airbase.ru\hangar\usa\tpa\RQ1-GLOBAL HAWK.

4. Иностранные авиационные двиãатели / под общ.ред. Л.И. Сорê ина. М.: Изд. Центральноãо инстит ó таавиационноãо моторостроения, 2000. 529 с.

5. Зиненê ов Ю.В., Лóê овниê ов А .В., Черê асов А .Н.Формирование техничесê оãо облиê а силовой ó станов-ê и высотноãо беспилотноãо летательноãо аппарата //Вестниê МАИ. Т. 21. 2014. М.: Изд-во МАИ. C. 86—94.

6. Теория авиационных двиãателей: Учеб. / Ю.Н. Не-чаев, Р.М. Федоров, В.Н. Котовсê ий, А .С. Полев; подред. Ю.Н. Нечаева. Ч. 1. М.: Изд. ВВИА имени проф.Н.Е. Ж óê овсê оãо, 2006. 366 с.

7. Матвиев Г.Я. Свиридов Н. А . Динамиê а полета.Расчет летных хараê теристиê самолета // Р óê оводствопо выполнению êó рсовой работы. М.: Изд. ВВИА име-

ни проф. Н.Е. Ж óê овсê оãо, 2004.8. Еãоров И.Н. Тюленев В.П., Павленê о В.Ф. Ме-тоды непрямой статистичесê ой оптимизации на ос-нове самоорãанизации и их использование в оптими-зационных задачах авиационных ГТД // ВИНИТИ№ 2622-В89. 1989.

9. Еãоров И.Н., Кретинин Г.В., Лещенê о И. А ., К ó п-цов С.В. Проблемы мноãодисциплинарной оптимиза-ции силовых ó становоê перспеê тивных аэроê осмиче-сê их систем // Ф ó ндаментальные и приê ладные про-блемы ê осмонавтиê и. 2000. № 1. C. 25—31.

Рис. 12. Сравнение сê оростных хараê теристиê "базовоãо" и оптимальноãо ва-риантов ТРДД:

а — зависимость С ó д.эф от Мн; б — зависимость Р эф от Мн

0,10

С у ä.эф,к ã

Н•÷

0,08

0,06

0,04

2,4

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Мн

2,0

1,6

1,2

P эф, кН

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Мн

ТРДДпс

Режиì «0,8 Максиìа ë»Н = 20 к ì

Режиì «0,8 Максиìа ë»Н = 20 к ì

ТРДДизо ëир

ТРД1

ТРД2

ТРДДБВ

ТРДД

ТРД2

ТРД1

БВ

ТРДДизо ëир

ТРДДпс

a) б )

Жу pнал за pегист pи pован в Госуда pственном комитете P оссийской

Феде pации по печати. Свидетельство о pегист pации № 017751

от 23.06.98. Уч pедитель: ООО " Машиност pоение—Полет"

Пе pепечатка мате pиалов Обще pоссийского научно-технического

жу pнала " Полет" возможна п pи письменном согласовании с pедакцией

жу pнала. П pи пе pепечатке мате pиалов ссылка на Обще pоссийскийнаучно-технический жу pнал " Полет" обязательна

journal polyot 2016.02-03

Documents