Заболотнов Ю.М., Назарова А.А., Ван Чаци «Анализ динамики и управление при развертывании кольцевой тросовой группировки космических аппаратов» Известия Российской академии наук. Механика твердого тела, № 4, с. 110-124 (2023)

Рассматривается метод формирования вращающейся тросовой группировки малых космических аппаратов в виде правильного многоугольника. Для создания внешнего вращающего момента, действующего на всю систему в целом, используются двигатели малой тяги, причем направления реактивных сил неизменны в связанных с космическими аппаратами системах координат. Выпуск тросов регулируется по измерениям их длины и скорости в соответствии с номинальной программой, в которой предполагается, что механизмы выпуска тросов работают только на их торможение. Номинальная программа строится по упрощенной модели движения системы, построенной с помощью уравнений Лагранжа. Реализуемость программы развертывания проверяется с использованием более полной модели пространственного движения системы, записанной в геоцентрической неподвижной системе координат и учитывающей растяжимость тросов, односторонность соответствующих им механических связей, работу системы регулирования, возмущения, связанные с начальными условиями движения и т.д. В более полной модели движения учитывается движение космических аппаратов относительно своих центров масс как твердых тел конечных размеров, что приводит к возмущениям в направлениях действия реактивных сил. Приводятся численные примеры развертывания кольцевых тросовых группировок малых космических аппаратов в виде многоугольников, имеющих до семи вершин включительно, при действии возмущений. Ключевые слова: космические аппараты, кольцевая тросовая группировка, развертывание, динамика, управление

Васенев Ю.Г. «Опыт применения ультразвукового контроля при эксплуатации авиационной техники, магистральных газопроводов и ремонте подвижного состава» Контроль. Диагностика, 26, № 3, с. 22-32 (2023)

Обобщен накопленный автором практический опыт применения ультразвукового метода неразрушающего контроля при эксплуатации авиационной техники, магистральных газопроводов и ремонте подвижного состава железнодорожного транспорта. Представлены конкретные случаи ошибочного подхода к дефектоскопии ответственных деталей и узлов, даны рекомендации по исключению таких недостатков. Приведены примеры применения метода ультразвукового контроля за 30 лет практической деятельности автора, а также кратко даны основные принципы выбора методов контроля. Указанное рекомендуется учитывать при отработке методик дефектоскопии.

Васильев А.А. «Детонация как горение в сверхзвуковом потоке горючей смеси» Физика горения и взрыва, 58, № 6, с. 75-88 (2022)

Классические модели стационарного распространения волн горения и детонации в горючей смеси описывают возрастание энтропии системы до максимума при дефлаграционном (дозвуковом) сгорании смеси, ведомом медленными процессами теплопроводности и диффузии. Однако при детонационном (сверхзвуковом) режиме, одну из ведущих ролей в распространении которого играет головная ударная волна, модели предсказывают, что горючая система при завершении химической реакции «выбирает» минимальное возрастание энтропии. Это не согласуется с формулировкой химической термодинамики о том, что энтропия системы при завершении самопроизвольной необратимой химической реакции и достижении равновесия достигает своего максимального значения. В работе показано, что вывод классических моделей о минимальности возрастания энтропии при детонации устраняется, если рассматривать детонацию как процесс горения смеси, предварительно подвергнутой необратимому процессу сжатия и нагрева исходной смеси в головной ударной волне (в химпике) с соответствующим увеличением энтропии исходной смеси и последующим энерговыделением смеси в необратимом процессе превращения исходной смеси в продукты при химической реакции.

Земляк В.Л., Козин В.М., Васильев А.С., Чингалаев С.А. «Влияние глубины акватории на характер движения погруженного тела вблизи свободной поверхности жидкости» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 2, с. 48-59 (2023)

Объектом исследования является процесс движения погруженного тела заданной формы вблизи свободной поверхности жидкости в условиях ограниченной глубины акватории. Цель состоит в определении влияния глубины акватории на волновое сопротивление, вертикальную подъемную силу и гидродинамический момент, действующие на тело со стороны жидкости. Материалы и методы. Материалом для проведения исследований является методика моделирования, технологии и результаты модельных экспериментов в опытовом бассейне. Численное моделирование выполнено с помощью программного комплекса ANSYS. Основные результаты. Проведено экспериментально-теоретическое исследование влияния глубины акватории на волнообразование, волновое сопротивление, подъемную силу и гидродинамический момент, возникающие при движении погруженного тела в приповерхностной водной среде. Заключение. Полученные результаты полезны для стабилизации движения погруженного тела в горизонтальной плоскости в зависимости от скорости его движения при различном заглублении в условиях ограниченной глубины акватории.

Легуша Ф.Ф., Васильев Б.П., Олейник М.М., Разрезова К.В. «Электротермические приемники звука» Письма в Журнал технической физики, 49, № 9, с. 40-42 (2023)

Исследование звуковых волн электротермическими источниками звука – термофонами, показал, что термофон является обратимой физической системой. Это позволило определить условия, при которых на активном элементе термофона можно осуществить процесс преобразования акустического сигнала в переменный электрический ток и, следовательно, система будет реагировать на внешнее акустическое поле. Ключевые слова: акустический сигнал, активный элемент, металлическая пленка, электрический ток, электротермический приемник.

Васильев В.В., Лурье С.А. «Дифференциальные уравнения и проблема сингулярности решений в прикладной механике и математике» Прикладная механика и техническая физика, 64, № 1, с. 114-127 (2023)

Предлагается модифицированная форма дифференциальных уравнений, описывающих физические процессы, исследуемые в прикладной математике и механике. Отмечается, что решения классических уравнений в особых точках могут испытывать разрывы первого и второго рода, не имеющие физической природы и не наблюдаемые экспериментально. При выводе новых уравнений, описывающих физические поля и процессы, рассматриваются не бесконечно малые элементы среды, а элементы, обладающие конечными размерами. В результате классические уравнения включают нелокальные функции, осредненные по объему элемента, и дополняются уравнениями Гельмгольца, устанавливающими связь между нелокальными и актуальными физическими переменными, которые являются гладкими функциями, не имеющими особых точек. Рассмотрены сингулярные задачи теории математической физики и теории упругости. Полученные решения сопоставляются с результатами экспериментов. Ключевые слова: прикладная механика, прикладная математика, дифференциальное исчисление, дифференциальные уравнения

Трухачёв Ф.М., Болтнев Р.Е., Алексеевская А.А., Васильев М.М., Петров О.Ф. «Нелинейные пыле-акустические волны в околоидеальной (газоподобной) криогенной пылевой плазме тлеющего разряда» Физика плазмы, 49, № 1, с. 85-91 (2023)

Экспериментально исследована пыле-акустическая неустойчивость в криогенной пылевой плазме тлеющего разряда при температуре буферного газа 83 К. Представлены оценки для основных плазменных параметров. Показано, что пылевая плазма близка к идеальной (Г<<1). Проведено исследование взаимодействия волна–частица, показано, что волна является сильно нелинейной. Выполнена оценка электрического поля волны, которая также указывает на ее сильную нелинейность. Важная особенность описываемого эксперимента: при сильной нелинейности волна слабо возмущала пылевую концентрацию, что, по-видимому, связано с высокой кинетической температурой пылевой фракции и газообразным фазовым состоянием пылевого облака. Ключевые слова: идеальная пылевая плазма, криогенная плазма, пыле-акустические волны, взаимодействие волна–частица

Васнев И.Р., Федорова Н.Н. «Численное моделирование нагрева стенок экспериментальной модели в сверхзвуковых течениях» Прикладная механика и техническая физика, 64, № 2, с. 121-126 (2023)

Представлены результаты расчетов сверхзвуковых турбулентных течений в канале с учетом сопряженного теплообмена между воздушным потоком и медной пластиной, моделирующей чувствительный элемент термопары. Численное моделирование выполнено при числах Маха набегающего потока M_∞=3, 4, 5. Показано, что результаты расчетов согласуются с экспериментальными данными, полученными в импульсной аэродинамической установке. Установлено, что при значениях времени порядка 100 мс сопряженный теплообмен со стальными стенками модели можно не учитывать. Ключевые слова: численное моделирование, сверхзвуковое течение, сопряженный теплообмен

Дьячковский Е.И., Кинжагулов И.Ю., Велеулов З.А. «Разработка лазерно-ультразвукового дефектоскопа» Приборы, № 2, с. 11-15 (2023)

Представлены результаты разработки лазерно-ультразвукового дефектоскопа. Представлены структурная схема устройства, основные составляющие его работы и предпочтительные решения для них. Рассмотрены и выбраны основные комплектующие для ключевых узлов. Поставлены требования к разработке платы сбора данных с учетом схемы подключения, а также к разработке электронного модуля для подключения рабочих узлов устройства.

Верещагин А.Н., Ерохин А.А., Гафаров Е.Р., Александрин А.М., Саломатов Ю.П., Стригова Е.А., Поленга С.В. «Оценка пространственно-поляризационной селекции антенн спутниковой навигации на основе анализа ошибки многолучевого распространения сигналов по двум отраженным сигналам» Письма в Журнал технической физики, 49, № 12, с. 27-30 (2023)

Проведена оценка ошибки, вносимой эффектом многолучевого распространения, в глобальных навигационных спутниковых системах для стационарного потребителя. На основе математической модели радиотрассы прямого и двух отраженных сигналов (многолучевая модель) получены результаты ошибки многолучевости для различных типов антенн высокоточного позиционирования. Ключевые слова: антенна, глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС), многолучевая интерференция, помехи, диаграмма направленности, огибающая ошибки многолучевости

Кириллов А.С., Вернер Р., Гинева В. «Исследование электронной кинетики молекулярного азота в средней атмосфере титана во время высыпания космических лучей» Известия РАН. Серия физическая, 87, № 7, с. 1056-1064 (2023)

Изучена кинетика триплетных состояний A³∑⁺_u, B³∏_g, W³Δ_u, B^'3∑^–_u, C³∏_u молекулярного азота на высотах средней атмосферы Титана во время высыпания в атмосферу космических лучей. В расчетах учтены внутримолекулярный и межмолекулярный перенос энергии электронов при неупругих столкновениях электронно-возбужденного молекулярного азота с молекулами N₂, CH₄ и CO. Исследовано взаимодействие электронно-возбужденных молекул N₂ с молекулами ацетилена С2Н2 и этилена С₂Н₄ в средней атмосфере Титана на высотах 50–250 км. Впервые показано доминирование реакций с метастабильным молекулярным азотом N₂(A³∑⁺_u) в образовании радикалов С₂Н и С₂Н₃ на данных высотах.

Бикмаев И.Ф., Вихлинин А.А., Гильфанов М.Р., Гребенев С.А., Зелёный Л.М., Лутовинов А.А., Петрукович А.А., Постнов К.А., Старобинский А.А., Черепащук А.М., Чуразов Е.М., Шакура Н.И. «Рашид Алиевич Сюняев (к 80-летию со дня рождения)» Успехи физических наук, 193, № 3, с. 343-344 (2023)

DOI: https://doi.org/10.3367/UFNe.2023.02.039331

Булатов В.В., Владимиров И.Ю. «Дальние поля на поверхности раздела бесконечно глубокого океана и ледяного покрова, возбуждаемые локализованным источником» Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 59, № 3, с. 346-351 (2023)

Решена задача о построении асимптотик дальних волновых полей, возникающих на границе раздела льда и бесконечно глубокой однородной жидкости при обтекании локализованного источника возмущений. Получено интегральное представление решения и с помощью метода стационарной фазы построено асимптотическое представление решения для сверхкритических режимов волновой генерации. Проведено сравнение точных и асимптотических результатов, и показано, что асимптотики вдали от источника возмущений позволяют описать амплитудно-фазовую структуру дальних волновых полей. Ключевые слова: ледяной покров, возвышение поверхности раздела, дальние поля, локализованный источник

Булатов В.В., Владимиров И.Ю. «Асимптотики дальних полей внутренних гравитационных волн от импульсного локализованного источника во вращающейся стратифицированной среде» Прикладная математика и механика, 87, № 3, с. 432-441 (2023)

Решена задача о построении асимптотик дальних полей внутренних гравитационных волн, возникающих от импульсного локализованного источника возмущений в стратифицированной вращающейся как целое жидкости конечной глубины. В приближении постоянства частоты плавучести построены равномерные и неравномерные асимптотики решений для описания дальних волновых полей, которые выражаются через функцию Эйри и ее производную. Проведено сравнение точных и асимптотических результатов, и показано, что на временах, больших нескольких периодов плавучести, и на расстояниях порядка толщины слоя жидкости, полученные асимптотики позволяют описать амплитудно-фазовую структуру дальних волновых полей.

Сухотерин М.В., Лалин В.В., Кондратьева Л.Н., Барышников С.О., Войтко И.В. «Свободные колебания прямоугольной пластины с защемленными противоположными краями (CFCF-пластина)» Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки, 16, № 1, с. 51-64 (2023)

Предложен итерационный метод отыскания собственных частот симметричных колебаний для прямоугольной CFCF-пластины с помощью двух гиперболо-тригонометрических рядов по двум координатам. При этом получена разрешающая однородная бесконечная система линейных алгебраических уравнений, которая содержит в качестве параметра искомую собственную частоту. Вместо вывода и решения частотного уравнения предложено использовать метод перебора значений частоты («метод стрельбы») в сочетании с методом последовательных приближений. Численные результаты получены для первых трех симметричных собственных форм. Исследовано влияние на точность результатов количества членов рядов и числа итераций. Проведено сравнение с результатами других авторов и опубликованными экспериментальными данными.

Мансфельд А.Д., Волков Г.П., Беляев Р.В., Санин А.Г., Мороскин Д.В. «Импульсный корреляционный расходомер газа с накладными датчиками» Акустический журнал, 69, № 3, с. 374-385 (2023)

Создан и исследован усовершенствованный импульсный корреляционный расходомер газа с накладными датчиками для измерения течений газа в трубах. Работа подобных устройств основана на измерении скорости движения вихрей в турбулентном потоке. Обсуждаются проблемы выделения слабого полезного сигнала, прошедшего через газ, на фоне помех от сигналов, распространяющихся по стенке трубы. Предложена схема корреляционного расходомера с импульсным зондированием и возможностью автоматического поиска полезного сигнала на фоне помех. Продемонстрирована работа расходомера на фоне вибраций стенки трубы и на фоне капель жидкости, находящихся в потоке. Ключевые слова: течение газа в трубе, ультразвуковое зондирование потоков, взаимная корреляция, измерение расхода газа DOI: 10.31857/S0320791922700034

Быховец А.А., Воробьев А.Н., Лебедев А.В., Лобода Дм.Р., Моргун Д.Ю. «Разработка акустического каверномера для проведения измерений в составе аппаратуры LWD» Каротажник, № 3, с. 95-103 (2023)

Разработаны ультразвуковой акустический излучатель, электрическая схема возбуждения/приема сигнала, а также вычислительный комплекс программно-методического обеспечения. Выполненные разработки были успешно внедрены в состав аппаратуры LWD ООО «НПП Энергия» и протестированы на месторождениях Восточной и Западной Сибири.

Воробьев В.Г., Ягодкина О.И. «Особенности структуры высыпаний дневного полярного каспа при северном межпланетном магнитном поле» Известия РАН. Серия физическая, 86, № 12, с. 1804-1809 (2022)

Рассмотрены уникальные траектории спутников DMSP относительно дневного полярного каспа, позволяющие на временных интервалах 2–3 мин определить характеристики каспенных высыпаний в различных секторах местного геомагнитного времени. Показано, что широтные размеры каспа зависят от местного геомагнитного времени и существенно различаются в предполуденном и послеполуденном секторах. В каспе может наблюдаться как крупномасштабный тренд изменения потоков энергии ионов с изменением местного геомагнитного времени, так и более мелкомасштабные вариации потоков энергии с долготными размерами ∼100–150 км. Широтные размеры каспа определяются, главным образом, динамическим давлением солнечного ветра (Psw). При уровне Psw=17–19 нПа ширина каспа составляет 2.0–2.5° широты, в то время как при Psw∼1.0 нПа – только ∼0.3°.

Воронин С.Т. «О возможности полёта одноступенчатой ракеты к планетам Солнечной системы» Сибирский аэрокосмический журнал, 24, № 1, с. 76-89 (2023)

Предложена новая концепция построения малогабаритного ракетного двигателя, содержащего специальный ионизатор газов в камере сгорания для увеличения его проводимости до оптимального значения при соответствующем улучшении процесса сгорания топлива. Приведён упрощённый расчёт для относительной скорости газов в коническом сопле при подогреве сверхзвукового потока газов плазмой в конусном сопле посредством мощного электромагнитного высокочастотного поля. Рассмотрено влияние некоторых технических параметров на эффективность полёта ракеты. Сделано сравнение высоты полёта ракеты с плазменным подогревом потока газов в коническом сопле с масштабной моделью, соответствующей известной одноступенчатой ракете «Зенит» с одинаковым весом и геометрии с учётом сопротивления воздуха для грузового варианта ракеты с одним малогабаритным двигателем. Получен результат – значительное снижение расхода топлива и увеличение максимальной высоты полёта в 2 раза при увеличении удельного импульса в 2,7 раза при прочих равных параметрах. Установлено, что при определённых концептуальных параметрах возможно быстрое ускорение и полёт одноступенчатой грузовой ракеты со стартовым весом 17,25–20,00 т к планетам Солнечной системы непосредственно с поверхности Земли при использовании связки однотипных двигателей. Применение множества однотипных малогабаритных двигателей позволяет отказаться от сопла Лаваля в пользу простого конического сопла, что уменьшает габариты ракеты в целом. Это обусловлено необходимостью уменьшения диаметра конического сопла для достижения большей удельной мощности подогрева плазмой по сравнению с удельной мощностью сгорающего в камере сгорания топлива. Также предлагается полный отказ от рулевых двигателей, функцию которых будет выполнять часть двигателей, расположенных ближе к диаметру ракеты. В качестве электрогенераторов предлагается использовать перспективные опытные образцы электрогенераторов МЭГ-6НС, МЭГ-15НС и др. компании «НаукаСофт» с хорошими весовыми показателями, которые позволяют в будущем изготовить такой жидкостной ракетный двигатель малых габаритов. Перераспределение части используемого топлива для производства электроэнергии компенсируется значительным ростом удельного импульса жидкостного ракетного двигателя для увеличения скорости и общей эффективности полёта при оптимальном соотношении количества топлива к весу ракеты до заправки.

Воронин С.Т. «Численное моделирование сверхзвукового потока газов в коническом сопле с локальным подогревом плазмой и результаты экспериментов» Сибирский аэрокосмический журнал, 24, № 2, с. 309-324 (2023)

Приводятся результаты основных теоретических расчётов и некоторых экспериментов по локальному подогреву низкотемпературной плазмой сверхзвукового потока газов внешним индуктором при ионизации газов в керамическом коническом сопле, осуществляемой посредством мощного высокочастотного электромагнитного поля. В основе численных расчётов лежат положения электромагнитной теории поля на основе уравнений Максвелла, Навье–Стокса для газодинамики, Саха–Эггерта для ионов и электронов, которые дают возможность рассчитать основные параметры индуктора и необходимую удельную мощность для подогрева низкотемпературной плазмой сверхзвуковых многокомпонентных газовых потоков. Использована модель безвихревого (ламинарного) сверхзвукового стационарного потока газов и проведено математическое моделирование его движения в коническом сопле с целью возможного использования эффекта дополнительного подогрева газового потока низкотемпературной плазмой для увеличения эффективности работы жидкостного ракетного двигателя. Установлено, что, для осуществления эффективного подогрева газового потока низкотемпературной плазмой в расчётном диаметре, требуется проводимость газов не менее σs≥200 1/Ω·м для исходной температуры Та=2528–2674К и частоты f=27,12 МГц, что неосуществимо даже при наличии высокой концентрации примесей на основе щелочных металлов. Поэтому был разработан специальный прибор – ионизатор для камеры сгорания. Использование ионизатора позволяет достигнуть указанной проводимости для давления в камере сгорания 15 МПа. Расчёты показывают на возможность эффективного подогрева низкотемпературной плазмой сверхзвукового потока газов в начальном объёме конического сопла, который прилегает к критическому сечению жидкостного ракетного двигателя. Это позволит в дальнейшем значительно увеличить его удельный импульс и тягу на старте у поверхности Земли вследствие увеличения скорости потока газов в расчётном сечении. Также определено, что пристеночная область конического сопла обладает значительным градиентом температуры в радиальном направлении, тогда как вдоль оси симметрии конического сопла рост температуры имеет линейную зависимость. Результаты численного моделирования качественно согласуются с проведёнными экспериментами в кварцевом реакторе, охлаждаемом водой, что позволяло использовать разнообразные газовые и газо-жидкостные смеси для выбора топлива с оптимальным составом компонентов. Приводятся предварительные данные, полученные на рабочем стенде с тепловой мощностью кварцевого реактора, не превышавшей 4 кВт. Ключевые слова: низкотемпературная плазма, скин-слой, удельная высокочастотная мощность, давление магнитного поля, кварцевый реактор, окислитель нового типа.

Скворцова Н.Н., Степахин В.Д., Борзосеков В.Д., Сорокин А.А., Малахов Д.В., Качмар В.В., Колик Л.В., Кончеков Е.М., Гусейн-заде Н.Г., Ахмадуллина Н.С., Воронова Е.В., Шишилов О.Н. «Микроволновые плазменные имитационные эксперименты по осаждению лунной пыли на пластины металлов» Физика плазмы, 49, № 1, с. 75-84 (2023)

Представлены экспериментальные результаты по осаждению заряженных частиц, имитирующих левитирующую пыль реголита (пылевую плазму) на Луне, на металлические пластины. Эксперимент основан на аналогии физико-химических процессов, развивающихся в реголите при микроволновом разряде, возбуждаемом излучением мощного гиротрона, в лабораторном эксперименте в порошке реголита (лунной пыли) с процессами, которые происходят на Луне при бомбардировке ее поверхности микрометеоритами. Исследуется воздействие левитирующего облака пыли на пластины из молибдена и тантала. Результаты сравниваются с экспериментом по воздействию пыли на пластины из нержавеющей стали. Показано, что на пластины металлов (размер которых составляет 10×40 мм²) осаждаются частицы пыли в виде сфероидов различной величины. Распределение этих частиц по размерам и химический состав покрытия соответствовал лунному реголиту. Установлено, что на равномерность осаждения пыли возможно повлиять, произведя предварительную обработку пластин металлов с помощью низкотемпературной плазмы прямого пьезоразряда. Продемонстрировано, что полученная в лабораторных условиях левитирующая пыль (ансамбли заряженных частиц реголита) может быть использована для имитационных экспериментов для изучения модификации поверхности разных материалов и разработки способов очистки космической техники в условиях лунных экспедиций. Ключевые слова: лунная пыль, лунный реголит, низкотемпературная плазма, микроволновый (СВЧ) разряд, гиротрон, пьезоразряд, цепные плазмохимические процессы, поверхность, тантал, молибден, модификация поверхности

Попов А.В., Легконогих Д.С., Востриков М.Е. «Способ виброакустической диагностики подшипниковых опор роторов газотурбинных двигателей на основе фрактального анализа» Контроль. Диагностика, 26, № 1, с. 14-21 (2023)

Предлагается новый способ виброакустической диагностики подшипниковых опор роторов газотурбинных двигателей, основанный на применении фрактального анализа. Создан аппаратно-программный комплекс, позволяющий диагностировать техническое состояние подшипниковых опор роторов газотурбинных двигателей.