Механіка гіроскопічних систем

Експериментальне дослідження та числовий розрахунок шуму пропелера

2025-07-01T07:56:23+03:00

У даній роботі виконано експериментальний та розрахунковий аналіз шуму пропелера P17×5.8 для 2500 об/хв і 7000 об/хв. Експеримент показав, що при 7000 об/хв максимальний рівень шуму становив 79,2 dB під пропелером і згасав до 75,3 dB на відстані чотирьох діаметрів пропелера. У спектрі гармонік переважають низькочастотні тональні компоненти на частоті проходження лопатей та її гармоніках. Чисельне моделювання в ANSYS підтвердило подібний розподіл у частотному спектрі, але показало дещо вищі рівні шуму, що пояснюється відмінностями у геометрії та ідеалізованими розрахунковими моделями. Отримані результати збігаються з експериментальними та числовими даними інших досліджень, що підтверджує ефективність запропонованої експериментальної установки, яку у подальшому планується використати для вивчення шуму оптимальної за формою лопаті.

Математична модель гіроскопу із напівсферичним кварцовим резонатором

2025-07-01T08:10:23+03:00

Проведено моделювання руху чутливого елементу твердотільного хвильового гіроскопу із напівсферичним кварцовим резонатором. Для моделювання використано скорочені рівняння руху резонатора гіроскопу. Зазначені рівняння враховують технологічні похибки виготовлення резонатора. Математичну модель гіроскопу доповнено моделлю електростатичної сили із суттєвою нелінійністю для підтримання вільних коливань резонатору. Побудовано імітаційну модель для підбору конструктивних та електричних параметрів гіроскопу. Результати розрахунків підтверджують можливість побудови твердотільного хвильового гіроскопу із напівсферичним резонатором в режимі датчика кута із електростатичною системою генерації коливань.

Зменшення впливу швидкого обертання літального апарату на діапазон вимірювання і точність датчиків інерціальної навігаційної системи

2025-07-01T08:22:05+03:00

Розглянуто спосіб зменшення впливу швидкого обертання літального апарату на діапазон вимірювання і точність датчиків інерціальної навігаційної системи.

Запропоновано використання поворотної платформи, яка має властивості фізичного маятнику та може вільно обертатись навколо осі, що співпадає з віссю обертання літального апарату по крену. На цій платформі передбачається розміщення інерціального вимірювального модуля (ІВМ), який буде вимірювати інерціальні параметри руху платформи в середині літального апарату. Для визначення інерціальних параметрів руху літального апарату додатково використовується датчик кутового положення корпусу літального апарату відносно платформи, параметри руху якої в інерційному просторі визначені за допомогою IВM. Суттєва різниця кутових швидкостей обертання платформи та літального апарату дозволяє зменшити діапазон вимірювання й підвищити точність датчиків інерціальної навігаційної системи.

Моделювання для різних типів літальних апаратів підтвердило можливість зменшення кутової швидкості обертання платформи не менше ніж у 10 разів по відношенню до кутової швидкості обертання літальних апаратів по крену. Це дозволяє у відповідну кількість разів зменшити діапазон вимірювання датчика кутової швидкості за креном та його мультиплікативну похибку. Додатково це зменшує похибки від перехресної чутливості двох інших датчиків кутової швидкості.

Ефективність методу підтверджена для широкого кола літальних апаратів, які здійснюють обертання по крену з великою швидкістю.

Коливання механічних систем з гістерезисною дисипацією енергії

2025-07-01T08:39:09+03:00

У роботі, під час розгляду завдань про коливання механічних систем із урахуванням дисипації енергії в матеріалі, передбачається, що у механічній коливальній системі є гістерезисні втрати, які обумовлені пружними недосконалостями матеріалу. У реально існуючої у всіх матеріалах залежності між напруженням та деформацією спостерігається деяке відхилення від лінійного закону. При цьому пружна недосконалість проявляється у вигляді петлі гістерезиса, площа якої характеризує здатність матеріалу поглинати енергію при механічних коливаннях. У статті проаналізовано вплив гістерезисного тертя механічних систем поблизу резонансу. Особливо важливим є узагальнення даного підходу на реальні конструкції з більшим ступенем вільності. У роботі отримані аналітичні залежності, що зв'язують напруження та деформації з урахуванням гістерезисного розсіювання енергії. Для визначення динамічних характеристик механічних систем використовувався підхід із застосуванням варіаційно-сіткових методів побудови функціоналів типу Релея з подальшою їх мінімізацією методами нелінійного програмування.

Аналіз впливу маси датчиків на модальні характеристики надлегкого крила за допомогою метода скінчених елементів

2025-07-01T08:47:52+03:00

Сучасні тенденції розвитку авіації спрямовані на мінімізацію маси конструкцій з метою збільшення корисного навантаження. Ця тенденція, особливо помітна в легкій авіації та сфері БПЛА, ускладнює проведення наземних частотних випробувань через низьку масу конструкції об’єктів, що досліджуються. Ці труднощі пов’язані з необхідністю розміщення додаткової маси на поверхні ЛА для отримання його модальної моделі. Дана маса призводить до зниження точності математичної моделі у випадку її неврахування. Метою роботи є дослідження впливу маси датчиків на модальні характеристики конструкції (частота та форма коливань) під час наземних частотних випробувань. У статті було проведено розрахунок за допомогою методу скінчених елементів на моделі надлегкого крила. Дослідження проводились для 5 різних випадків. Було проведено порівняння отриманих результатів, що наведено у таблиці 1 та 2. Аналіз показав тенденцію до зменшення власних частот конструкції та зміщенню форм коливань зі збільшенням маси. Отримані результати вказують на значний вплив додаткової маси на модальні характеристики. Це у свою чергу вказує на необхідність проведення експериментальних досліджень та розробки методики проведення наземних частотних випробувань на легких конструкціях для отримання реальних модальних характеристик конструкції.

Аналіз алгоритмів машинного навчання для прогнозування ресурсу авіаційних конструкцій в умовах невизначеності властивостей матеріалів

2025-07-01T08:56:37+03:00

Розглянуто актуальну інженерну задачу визначення параметрів матеріалів для розрахунків втомної міцності та прогнозування росту тріщини у силових елементах літаків транспортної категорії. Особливої значущості вона набуває в умовах невизначеності властивостей матеріалів, що характерно для процесів післяринкової експлуатації, модифікації та конверсії повітряних суден, які потребують додаткової сертифікації. У роботі проведено класифікацію та порівняльний аналіз алгоритмів штучного інтелекту (ШІ), придатних для розв'язання цієї задачі. Оцінено їхні переваги та недоліки з точки зору точності, вимог до даних та обчислювальної складності. Обґрунтовано, що методи ШІ здатні виявляти складні, неочевидні для людини залежності між великою кількістю відомих параметрів матеріалів.

Застосування ШІ дозволить отримувати надійні вхідні дані для розрахунків довговічності без проведення коштовних стендових випробувань, прискорюючи аналіз та сертифікацію авіаційної техніки.

Моделювання обтікання крила орнітоптера

2025-07-01T09:06:42+03:00

Складено систему рівнянь для опису руху крила орнітоптера в нестисному середовищі як частковий випадок розв’язання рівнянь Нав’є-Стокса. Систему рівнянь представлено в дискретному вигляді для розв’язання методом ітерацій Якобі. Верифікацію моделі проведено для двомірного масиву комірок. Для проведення обчислень складено програму універсальною мовою програмування С++. Візуалізацію результатів розрахунку виконано в реальному часі. До обчислень залучено засоби керування ресурсами відеокарти. Візуалізація поля швидкостей показала неперервність розв’язку в часі та просторі, і можливість використання розробленої моделі та ресурсів сучасних персональних комп’ютерів для аналізу руху динамічно змінюваних поверхонь літальних апаратів, зокрема, крила орнітоптера. Запропонований метод надає можливість моделювання роботи орнітоптера в реальному часі, із подальшою заміною окремих ланок моделі реальними об’єктами, прогнозуванням траєкторії руху орнітоптера та подачею керуючих команд на приводи крила для забезпечення заданого руху.

Сучасні технології моніторингу напружено-деформованого стану конструкцій

2025-07-01T09:12:42+03:00

Автоматизовані системи моніторингу технічного стану конструкцій набули поширення в галузях, де забезпечення експлуатаційної надійності є критично важливим. Контроль напружено-деформованого стану (НДС) дозволяє своєчасно виявляти відхилення у роботі конструктивних елементів та прогнозувати їх подальший стан. Проблематика полягає у складності розробки та впровадження таких систем у навчальному процесі й прикладних дослідженнях унаслідок високих вимог до технічного рівня компонентів і методів обробки даних. Метою роботи є узагальнення сучасних підходів до побудови автоматизованих систем моніторингу НДС, що ґрунтуються на тензометричних і оптичних принципах вимірювання. У межах огляду проаналізовано типові архітектури систем моніторингу, наведено класифікацію, охарактеризовано сенсорні елементи, засоби збору й обробки сигналів, а також способи реєстрації та інтерпретації результатів вимірювання. У результаті визначено загальні риси сучасних підходів, окреслено можливості їх адаптації до навчальних та дослідницьких задач, а також сформовано основу для подальших прикладних розробок у сфері діагностики технічного стану конструкцій.

Алгоритм структуруваня координованого руху групи транспортних засобів

2025-07-01T06:06:43+03:00

Запропонований аналітичний алгоритм формування структури групи рухомих роботизованих транспортних засобів рівня зграї та рою для забезпечення координованого руху в просторі в горизонтальній площині. Розглядається довільна за формою лінія контуру групи та алгоритм визначення і забезпечення положення на ньому агентів групи при русі з лідером та без нього. Визначається та застосовується необхідна для реалізації структурованого координованого руху навігаційна інформація та аналітичне забезпечення. Запропонована узагальнена структура системи керування лідером для можливості дистанційного керування та автономного руху по заданій траєкторії. Розроблені моделі руху та отримані залежності для визначення взаємного положення лідера і агентів та забезпечення координованого руху зграї. Запропонована система автономного керування координованим рухом агентів по заданій траєкторії постійним курсом та при зміні курсу руху.

Метод вимірювання відстані та орієнтації рухомого об’єкту на орієнтир системою технічного зору

2025-07-01T06:37:05+03:00

Важливою задачею організації структурованого руху групи роботизованих транспортних засобів є визначення взаємної відстані між агентами групи та їх взаємної орієнтації. В роботі розглянуто метод вирішення цієї задачі застосуванням системи технічного зору з використанням фідуціарних маркерів та експериментально визначені обмеження його роботи по дальності. Проведені експерименти підтверджують можливість досягнення високої точності вимірювань правильним вибором параметрів камер та алгоритмів ідентифікації на відстанях понад 100 м. Показано, що висока точність зберігається навіть за умови часткового перекриття орієнтирів та несприятливих зовнішніх факторах. Отримані результати вказують на перспективність використання фідуціарних маркерів у системах автономного керування транспортними засобами.

Підвищення точності супроводження орієнтира оптичною системою безпілотного літального апарата

2025-07-01T06:24:50+03:00

Способи навігації бпла у складних умовах зовнішнього середовища

2025-07-01T06:50:23+03:00

У роботі розглянуті сучасні підходи до навігації БПЛА в умовах відсутності GPS-сигналу, зосереджуючись на чотирьох ключових технологіях: інтеграції GNSS-IMU, навігації на основі LIDAR, геомагнітній навігації та системах навігації на основі комп'ютерного зору. В огляді аналізуються принципи, методології та обмеження кожного підходу. Інтеграція GNSS-IMU розглядається через призму різних архітектур комплексування з акцентом на їх вразливості до перешкод та спуфінгу. Навігація на основі LIDAR досліджується з наголосом на обробці хмар точок та її обмеженнях у різних умовах середовища. Огляд висвітлює останні розробки в галузі геомагнітної навігації, включаючи військові застосування та інтеграцію машинного навчання, визнаючи проблеми калібрування та роздільної здатності даних. Навігація на основі компʼютерного зору аналізується через еволюцію методів SLAM та візуальної одометрії, з особливою увагою до застосування глибокого навчання та візуальної навігації відносно місцевості. Огляд підсумовує, що кожна технологія має свої переваги та обмеження, що свідчить про необхідність багатосенсорного підходу до комплексування даних, адаптованого до конкретних умов використання.

Візуально-рельєфометричний навігаційний алгоритм літального апарату

2025-07-01T07:01:01+03:00

У статті запропоновано новий алгоритм візуально-рельєфного позиціювання безпілотного літального апарата. Він використовує порівняння еталонних геофізичних даних місцевості з поточними даними від висотоміру та оптичної камери, а також інформацію вимірювачів кута шляху та швидкості польоту. Наведені формули для визначення роздільної здатності еталонних карт в залежності від точності вимірювачів. Для перевірки працездатності та переваг алгоритму виконано імітаційне моделювання його роботи в програмному середовищі MATLAB. Наведені графіки похибок визначення координат літального апарату для різних розмірів еталонних карт. Обчислювальна ефективність алгоритму зумовлена використанням лише елементарних математичних операції побітового зсуву, суми та різниці, а також операції згортки для поверхневих даних.

Побудова маршруту для автономних наземних платформ

2025-07-01T07:12:08+03:00

У статті розглянуто складову навігаційного забезпечення керування мультиагентною системою, що стосується побудови індивідуальних маршрутів наземними автономними платформами до цілей. Запропоновано розширення алгоритму А*, яке враховує енергетичні витрати, тип покриття дороги на маршруті, складність рельєфу та обмеження руху по швидкості. Моделювання роботи алгоритму виконано у віртуальному середовищі з умовною мапою.

За результатами дослідження сформульовано алгоритмічне рішення для побудови маршруту наземного агента до цілі.

Синтез і аналіз регулятора параметрів поздовжнього руху безпілотного літака на етапі зльоту

2025-07-01T07:23:19+03:00

У статті розроблений робастний регулятор параметрів повздовжнього руху легкого безпілотного літака для автоматичного керування повітряною частиною зльоту. Синтез регулятора виконувався, використовуючи метод лінійних матричних нерівностей H_∞-теорії в трьох точках траєкторії. Порівнюються властивості системи, яка містить регулятори з трьома наборами коефіцієнтів та системи, що використовує один стаціонарний регулятор. Розглянуті перехідні характеристики керування кутом нахилу траєкторії. Аналізується поведінка при неточно заданих аеродинамічних характеристиках. Показана працездатність динамічного стаціонарного робастного регулятора, отриманого в одній точці траєкторії, впродовж всього польоту з моменту відриву від злітно-посадкової смуги до висоти переходу.