Исследовано влияние различных способов подачи струй в воздушный сверхзвуковой поток на перемешивание и торможение потока в канале c учетом дросселирования. Расчет турбулентных течений осуществляется на основе осредненных по Рейнольдсу двумерных уравнений Навье - Стокса. Проведены оценки влияния дросселирования на процесс смешения струи с воздушным потоком в плоском канале. Показано, что можно существенно уменьшить неравномерность потока в канале за счет подвода спутных струй. Подвод пристеночных струй является наиболее эффективным способом перемешивания и выравнивания поля потока.

Отмечено, что для программы полета современных космических ступеней ракет-носителей характерно наличие нескольких кратковременных активных участков движения (с работающим маршевым двигателем) и пассивных участков, на которых ступень стабилизируется двигателями малой тяги относительно программных значений углов ориентации по каналам управления. На пассивном участке полета в условиях микрогравитации инициируются разнообразные колебательные движения компонентов топлива (с частотами от долей Гц и до сотен Гц), которые могут привести к срыву работы маршевого двигателя. Необходимо проводить исследования колебаний компонентов топлива в баках космических ступеней на пассивном участке полета в условиях микрогравитации. Предложен подход к численному моделированию пространственных колебаний жидкого топлива в топливных баках космической ступени ракеты-носителя перед повторными запусками маршевого двигателя ступени, учитывающий взаимодействие жидкости с упругими стенками баков в условиях микрогравитации при малых уровнях заполнения баков и возмущающих ускорениях от работы исполнительных органов систем управления ориентацией и стабилизацией. Подход использует метод конечных элементов и средства компьютерного проектирования и анализа - CAD/CAE-системы. На основе математического моделирования колебаний верхней ступени могут быть определены следующие параметры: частоты, формы и обобщенные массы собственных колебаний компонентов топлива в баках ступени; амплитуды колебаний свободной поверхности компонентов топлива под действием возмущений от управляющих органов системы управления, а также оценено влияние колебаний конструкции ступени на работоспособность внутрибаковых устройств при многократных запусках маршевого двигателя.

Отмечено, что потеря продольной устойчивости жидкостных ракет-носителей (РН) происходит при резонансном взаимодействии низкочастотных процессов в маршевой жидкостной ракетной двигательной установке (ЖРДУ) с упругими продольными колебаниями корпуса РН, которые, как известно, характеризуются слабым демпфированием. Для обеспечения продольной устойчивости обычно принимаются меры, направленные на устранение опасного сближения собственных частот колебаний корпуса РН и ЖРДУ. Цель работы - используя методы математического моделирования, исследовать влияние демпфирования колебаний жидкого топлива в баках и упругих колебаний конструкции корпуса РН на ее продольную устойчивость и оценить возможность обеспечения продольной устойчивости РН путем увеличения демпфирования отдельных динамических звеньев ее корпуса. Эту задачу предложено решать на основе численного исследования математической модели низкочастотной динамики системы "ЖРДУ - корпус РН", в которой корпус схематизирован разветвленной цепочкой осцилляторов с вязким трением. При исследовании используется концепция Ляпунова об устойчивости системы по первому приближению. Анализ устойчивости и определение параметров собственных колебаний динамической системы "ЖРДУ - корпус РН" выполняется на основе решения проблемы собственных значений. Изложены результаты использования предложенного подхода применительно к трехступенчатой жидкостной РН. Определены доминирующие гармоники продольных колебаний РН и основные факторы, влияющие на их затухание. Показано, что при повышенном демпфировании колебаний жидкого топлива в баке окислителя и горючего первой ступени устраняется продольная неустойчивость рассматриваемой РН по отношению ко второму тону колебаний ее корпуса и "смягчается" неустойчивость по отношению к первому тону.

Рассмотрен вопрос уменьшения вычислительных затрат при численном моделировании пространственных турбулентных течений газа в рабочих колесах сверхзвуковых компрессорных ступеней путем рационального выбора параметров расчетных сеток. Цель работы - выбор и обоснование применимости двух расчетных сеток, первая из которых предназначена для использования при прогнозировании энергетических характеристик рабочих колес, а вторая - при аэродинамической оптимизации геометрических параметров колес на основе численного моделирования течений газа. Для достижения этой цели выполнены многопараметрические расчеты пространственного течения в рабочем колесе Rotor-37 на основе методики численного моделирования, разработанной в Институте технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины. При проведении вычислений использованы три расчетные сетки, существенно отличающиеся по числу узлов. С привлечением имеющихся экспериментальных данных проанализировано влияние числа узлов выбранных расчетных сеток на точность определения энергетических характеристик исследуемого рабочего колеса и на изменение данных характеристик при варьировании геометрических параметров колеса. В результате выбраны две расчетные сетки. Применение первой (подробной) расчетной сетки при численном моделировании позволяет обеспечить удовлетворительную точность определения энергетических характеристик рабочего колеса. Вторая (более грубая) расчетная сетка ориентирована на применение при аэродинамической оптимизации колеса, ее использование позволяет с достаточной точностью учесть изменение энергетических характеристик колеса при варьировании его геометрических параметров. Полученные результаты можно использовать при аэродинамической оптимизации геометрических параметров рабочих колес сверхзвуковых компрессорных ступеней.

Рассмотрен вопрос параметрического описания лопаток компрессорных венцов авиационных газотурбинных двигателей. Цель работы - разработка методик математического описания формы поверхностей лопаток при аэродинамическом совершенствовании компрессорных венцов газотурбинных двигателей. Выполнен анализ литературных источников, посвященных задаче математического описания поверхностей межлопаточных каналов компрессорных ступеней газотурбинных двигателей. Рассмотрены основные способы построения данных поверхностей. Разработана методика математического описания лопаток компрессорных венцов с учетом возможности варьирования их формы. Данная методика позволяет параметрически описывать и варьировать лопатку компрессорного венца путем варьирования формы ее сечений, а также их углов установки и точек привязки в пространстве. Форма сечения лопатки представляется в виде совокупности его средней линии и толщины. Параметрическое описание средней линии выполняется с использованием кривых Безье, а параметрическое описание толщины - с помощью системы выпуклых гладких функций Хикса - Хенне. Выполнена оценка возможности описания лопатки компрессорного венца на примере рабочего колеса компрессора Rotor 37 и в результате подтверждена работоспособность методики. Реализован способ твердотельного представления поверхности лопатки компрессорного венца для обеспечения совместимости результатов параметрического описания, выполняемого с использованием разработанной методики, с существующими на сегодняшний день системами автоматизированного проектирования. Полученные результаты можно использовать при решении обратных задач газодинамики компрессорных венцов, а также задач оптимизации формы межлопаточных каналов компрессорных венцов авиационных газотурбинных двигателей, что позволит сократить сроки их проектирования и повысить их энергетические характеристики.

Неоднородность грузового поезда по массе и виду перевозимого груза приводит к росту продольных усилий, возникающих в межвагонных соединениях в процессе его движения. При этом наличие вагонов-цистерн в составе поезда из-за подвижности транспортируемого в них жидкого груза может оказывать значительное влияние на динамическую нагруженность конструкций экипажей состава. Цель работы - исследование динамических процессов, протекающих в неоднородном грузовом поезде, в состав которого включены вагоны-цистерны, при таких режимах движения, как торможение, пуск в ход и движение "на выбеге" по характерным переломам продольного профиля пути. Дана оценка влияния месторасположения сцепа вагонов-цистерн в составе грузового поезда и уровня недолива жидким грузом котлов цистерн на динамическую нагруженность конструкций вагонов при переходных режимах движения. Показано, что для повышения уровня безопасной транспортировки экологически опасных грузов сцеп из вагонов-цистерн лучше располагать в первой половине состава так, чтобы было прикрытие его сцепом сухогрузных вагонов, расположенным непосредственно за локомотивом. Сцеп вагонов-цистерн, котлы которых порожние, целесообразно располагать в хвостовой части поезда.

Цель работы - разработка способа численного интегрирования стационарных функций, инвариантного по отношению к начальным значениям. Применены аналитический метод исследований, а также численные методы интегрирования и аппроксимации. На основании анализа формул многократного интегрирования отмечено, что результаты интегрирования стационарной функции содержат полиномиальный тренд, коэффициентами которого являются постоянные интегрирования. Разработан способ определения этих постоянных, не зависящий от задаваемых начальных значений искомой функции. Алгоритм численного решения описан для случая двукратного интегрирования и удаления линейного тренда из полученных результатов. На примерах интегрирования гармонической и случайной функций показана приемлемость этого алгоритма для расчетов. Отмечена высокая точность получаемых результатов при интегрировании стационарных функций. Предложенный способ можно использовать при решении многих технических задач, в которых необходимо интегрировать сигналы, полученные в ходе эксперимента. В частности, можно определить скорость и перемещение заданных точек механической системы по результатам измерения их ускорений.

С целью определения механических закономерностей движения свободного твердого тела рассмотрены моменты центробежных ускорений, возникающие при его движении относительно центра масс. Показано, что момент, вызванный вращением главной центральной оси инерции, и момент, связывающий это вращение с вращением вокруг оси инерции, полностью определяют закономерности движения тела. Дана интерпретация причин возникновения этих моментов.

До настоящего времени гидродинамика плазмы изучалась без адекватного учета релаксации температур и скоростей компонент. Цель работы - учет релаксационных процессов путем аналитического рассмотрения на основе кинетического уравнения Ландау и обобщения метода Чепмена - Энскога. Построена гидродинамика полностью ионизированной электрон-ионной плазмы с учетом релаксационных явлений выравнивания температур и скоростей компонент вблизи завершения релаксации. Получены функции распределения компонент плазмы, уравнения гидродинамики и выражения для входящих в них кинетических коэффициентов. Интегральные уравнения теории приближенно решены с помощью метода разложения по полиномам Сонина. Дополнительно учтено, что отношение масс электрона и иона мало.

Дана информация о разработанной авторами методике выбора проектных параметров аэродинамических систем удаления космических объектов с околоземных орбит. Методика учитывает воздействие повреждающих факторов космического пространства на аэродинамическую систему удаления, в том числе атомарного кислорода, сублимации материала в космическом пространстве и фрагментов космического мусора. Разработанная методика позволяет оценивать параметры системы в зависимости от заданного срока удаления объекта с околоземной орбиты.

Отмечено, что с целью построения математических моделей и проведения вычислительных экспериментов предложено использовать кватернионные матрицы. Приведены новые формулы матричного представления сложных векторно-скалярных произведений, формулы кривизны, кручения, ориентации натурального триэдра траектории. Показано применение кватернионных матриц к задаче выбора траектории движения авиационно-космической транспортной системы.

Предложен робастный алгоритм оценивания положения центра масс и массы космического аппарата. Множество возможных значений положения центра масс аппроксимируется трехмерным эллипсоидом. Критерием точности есть минимизация определителя матрицы эллипсоида. Оценка массы дается в виде интервала. С помощью компьютерного моделирования показана работа алгоритма при определении положения центра масс и массы космического аппарата в условиях статистической неопределенности ошибок измерений. Продемонстрирована работа алгоритма при скачкообразном нарушении априорных предположений относительно возможного положения центра масс космического аппарата. Проведен сравнительный анализ с уже известными алгоритмами и показана его более устойчивая работа при нарушении априорных предположений. Это позволяет использовать алгоритм для оценивания параметров объекта в условиях априорной неопределённости.

Цель работы - выбор технологии нанесения наноструктурированных покрытий взамен использующихся в промышленности в настоящее время. Выбор производился на основании аналитического обзора, определения мирового уровня научно-технических разработок и их адаптации к условиям нанесения покрытий на внутренние поверхности пар трения, работающих в условиях абразивного и коррозионного износа. Разработаны новые, запатентованные в Украине, плазменные технологические устройства различных типов для нанесения наноструктурированных покрытий на внутренние и наружные рабочие поверхности пар трения типа "цилиндр-поршень". Получены и испытаны на стенде экспериментальные образцы покрытий. Подтверждена их техническая эффективность. При использовании разработки в промышленности ожидается экологический и социальный эффект.

Приведен обзор основных результатов исследований в области динамики систем жидкостных ракет-носителей, газодинамики лопаточных машин и динамики гидравлических систем с кавитирующими местными гидравлическими сопротивлениями, полученных в Институте технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины в период с 2008 г. по 2013 г.

Приведена информация о разработке конструкций и исследовании характеристик приборов снижения уровня звука выстрела (ПСУЗВ) в Институте технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины в 2008 - 2013 гг. Даны сведения о выполненных научно-исследовательских работах (НИР) и полученных результатах. Описаны работы теоретического характера, особенности разработанных математических моделей, методик и программ определения характеристик ПСУЗВ. Приведена информация о проведенных экспериментальных исследованиях на прозрачных плоских и пространственных моделях ПСУЗВ с визуализацией течения в их полостях. Описаны базовые конструкции ПСУЗВ, созданные в процессе выполнения НИР. Приведены сведения о разработанной технологии изготовления ПСУЗВ из титановых сплавов и дан пример ее реализации. Дана информация о проведенных натурных испытаниях ПСУЗВ с использованием штатного оружия и боеприпасов. Приведены сведения о созданных в процессе выполнения НИР объектах авторского права и права промышленной собственности (изобретениях и полезных моделях).

Приведен обзор результатов исследований потери мощности солнечных батарей космических аппаратов из-за воздействия околоспутниковой среды, проведенных в Институте технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины за последние пять лет. Цель исследований - разработка процедуры прогноза спада мощности солнечных батарей из-за длительного воздействия околоспутниковой среды на круговых орбитах в ионосфере и магнитосфере Земли. Методы исследований - экспериментальные и теоретические, позволили разработать процедуру прогноза деградации электрической мощности кремниевых солнечных батарей космических аппаратов при длительной эксплуатации на круговых орбитах в полярной ионосфере и в магнитосфере Земли. Определены потери мощности солнечных батарей, обусловленные влиянием отдельных факторов околоспутниковой среды - ионизирующего излучения; термоциклирования в вакууме; радиационной электризации; солнечного ультрафиолетового излучения; загрязнения защитных стекол солнечных батарей и плазменных струй электрореактивных двигателей. Показано, что интегральные величины потерь мощности солнечных батарей (с учетом влияния отдельных факторов околоспутниковой среды) согласуются с результатами спутниковых измерений на космических аппаратах серии SPOT в полярной ионосфере, на искусственных спутниках Земли серии IDSCS, ATS, "Intelsat" и др. на геостационарной орбите в магнитосфере Земли, а также на орбите космических аппаратов группировки GPS.

Работа выполнена в Институте технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины. Цель работы - разработка технологии и технологических устройств для нанесения наноструктурированных покрытий, взамен использующихся в промышленности в настоящее время. Проведены экспериментальные исследования, расчеты параметров рабочих процессов и конструкторская разработка плазменных технологических устройств. Использованы стандартные методики исследований и расчетов. Разработаны новые, запатентованные в Украине, плазменные технологические устройства различных типов для нанесения наноструктурированных покрытий на внутренние и наружные рабочие поверхности пар трения типа "цилиндр-поршень". Получены и испытаны образцы покрытий, плазменных технологических устройств и изделий с покрытиями. Подтверждена эффективность принятых технических решений. При использовании разработки в промышленности ожидается экологический и социальный эффект.

В рамках проведенных в Институте технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины исследований предложена математическая модель гибкой осевой линии корпуса (ГЛК) упругодеформирующейся ракеты-носителя (РН), позволяющая учитывать в процессе полёта динамические свойства корпуса РН и действующих на него возмущений в алгоритмах мониторинга текущего состояния конструкции ракеты на активном участке траектории. Обоснована возможность декомпозиции модели ГЛК на две составляющие, которые описывают возмущенное движение РН как твердого тела и текущее положение ГЛК относительно текущего положения корпуса РН как твердого тела. Предложены способы понижения размерности задачи идентификации ГЛК, представленной в виде многозвенной шарнирной цепи - путём квадратичной аппроксимации ГЛК или дискретного представления ГЛК в виде шарнирной связки двух тел с переменным в течение полета положением пластического шарнира в связанной с корпусом системе координат.

Представлены результаты разработок и исследований новых газодинамических систем управления вектором тяги маршевых однокамерных жидкостных ракетных двигателей верхних ступеней ракет-носителей, полученные в течение последних 5 лет в Институте технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины. Отмечены их преимущества перед известными механическими системами.

Приведены наиболее важные разработки и результаты актуальных научных исследований в области транспортного машиностроения, выполненных в Институте технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины за последние 5 лет. Разработаны научно-методическое обеспечение, конечно-элементные и дискретно-массовые математические модели для исследования динамической нагруженности, устойчивости и напряженно-деформированного состояния конструкций железнодорожных экипажей нового поколения при эксплуатационных режимах движения и в аварийных ситуациях. Разработана методика оценки безопасности движения поездов при установившихся и переходных режимах движения по участкам пути произвольного очертания. Выполненные исследования позволяют сократить объем и срок экспериментальной отработки вновь создаваемых конструкций железнодорожных экипажей, поглощающих аппаратов и систем пассивной безопасности, служат основой для разработки практических рекомендаций по выбору рациональных параметров конструкций локомотивов и вагонов нового поколения, повышению безопасности движения поездов и их защите при аварийных столкновениях.