Просмотр сведений о научной статье
Обложка номера
Заголовок
Математическое моделирование и оптимизация магнитной характеристики инициирующего устройства космического аппаратаАвторы
1,2П.Н. Максимов, 1Ф.К. Синьковский, 1,2В.Н. МаксимовОрганизации
1АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва»г. Железногорск, Красноярский край, Российская Федерация
2Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнёва
г. Красноярск, Российская Федерация
Аннотация
В данной работе рассматривается актуальная проблема разработки современных инициирующих устройств для космической техники, обеспечивающих высокую надежность при минимальном ударном воздействии. Исследование направлено на создание электромагнитного инициирующего устройства, способного заменить традиционные пиротехнические системы, обладающие рядом существенных недостатков, таких как высокие ударные нагрузки, одноразовость применения и сложность наземной отработки. Основной целью работы является разработка конструкции электромагнитного инициирующего устройства с оптимальными массогабаритными характеристиками, обеспечивающего высокую скорость срабатывания при минимальном ударном воздействии. В статье подробно рассматривается принцип работы устройства, основанный на взаимодействии соленоида с токопроводящей оболочкой сердечника, где тормозящий эффект достигается за счет генерации вихревых токов. Этот принцип позволяет существенно снизить ударные нагрузки по сравнению с традиционными решениями. Особое внимание в исследовании уделено методике параметрического анализа и оптимизации конструкции. Применение метода конечных элементов в программном комплексе ANSYS Maxwell позволило выявить ключевые конструктивные параметры, оказывающие наибольшее влияние на рабочие характеристики устройства. Для построения точной математической модели использован алгоритм машинного обучения на основе полиномиальной регрессии с регуляризацией, обеспечивший высокую точность прогнозирования. Важной частью исследования стала многоцелевая оптимизация конструкции с использованием алгоритма теории игр. Этот подход позволил эффективно решить задачу одновременного увеличения полезной работы исполнительного элемента при минимальном увеличении массы устройства. Результаты оптимизации подтверждены комплексным моделированием динамики работы устройства в среде MATLAB Simulink. Проведенные расчеты и симуляции продемонстрировали приемлемые эксплуатационные характеристики разработанного устройства. Полученные результаты имеют практическое значение для космической отрасли, открывая возможности замены традиционных пиротехнических систем на более надежные и безопасные электромагнитные аналоги.Ключевые слова
аппроксимация, оптимизация, математическое моделирование, инициирующее устройство, спусковое устройство, космическая техникаСписок литературы
[1] Кузнецов А. Д., Волков М. В., Юдина З. А. Механизм удержания элементов конструкции космического аппарата с пониженным ударным воздействием // Международная молодежная научная конференция «XIV Королевские чтения». 2017. Т. 1. С. 30–34.
[2] Honghao Yue, Yifei Yang, Yifan Lu, Fei Yang, Jun Wu, Qi Ruan, Zongquan Deng. Research progress of space non-pyrotechnic low-shock connection and separation technology +(SNLT): A reviews // Chinese Journal of Aeronautics. 2022. vol. 35. pp. 113–154. doi: 10.1016/j.cja.2021.07.001.
[3] Герус А. А. Способ обеспечения электрических характеристик инициирующих устройств // Международная научно-практическая конференция «Решетневские чтения». 2017. Т. 1. С. 108–110.
[4] Волков М. В. Модернизация электромеханического спускового устройства: описание конструкции и отработка // Космические аппараты и технологии. 2021. Т. 5. № 3. С. 137–145. doi: 10.26732/j.st.2021.3.02.
[5] Volkov M. V., Pushko S. V., Rozhko A. A., Nadein I. O., Rozhko O. F. Research on Partial Reduction of Non-Essential Capabilities of Initiating Devices for Complex Mechanical Equipment Systems // Global Journal of Researches in Engineering: A Mechanical and Mechanics Engineering. 2023. vol. 23. pp. 27–35. doi: 10.34257/GJREAVOL23IS4PG27.
[6] Zhang H. Y., Chen Z. Q., Hua X. G., Huang Z. W., Niu H. W. Design and dynamic characterization of a large-scale eddy current damper with enhanced performance for vibration control // Mechanical System and Signal Processing. 2020. vol. 145, 24 p. doi: 10.1016/j.ymssp.2020.106879.
[7] Ran Zhang, Xu Wang andSabuJohn. A Comprehensive Review of the Techniques on Regenerative Shock Absorber Systems // Energies. 2018. vol. 11. no. 5. doi: 10.3390/en11051167.
[8] Jamolov U., Maizza G. Integral Methodology for the Multiphysics Design of An Automotive Eddy Current Damper // Energies. 2022. vol. 15. no. 3. doi: 10.3390/en15031147.
[9] Xie X., Sun Q., and Yang G. Design and dynamic characteristics of a double-layer permanent magnet buffer under intensive impact load // Journal of Sound and Vibration. 2021. vol. 506. doi: 10.1016/j.jsv.2021.116158.
[10] Waloyo H. T., Ubaidillah, Tjahjana D. D. D. P., Nizam M., Koga T. Mini review on the design of axial type eddy current braking technology // International Journal of Power Electronics and Drive System (IJPEDS). 2019. vol. 10. pp. 2198–2205. doi: 10.11591/ijpeds.v10.i4.2198–2205.
[11] Шарифуллин И. А., Носко А. Л., Сафронов Е. В. Cравнительный анализ расчетных и экспериментальных исследований скорости движения паллеты по тормозному ролику магнитного типа // Вестник СибАДИ. 2021. Т. 18. № 2. С. 148–159. doi: 10.26518/2071–7296–2021–18–2–148–159.
[12] Широков А. А., Дежин Д. С., Здорова М. В. Разработка электромагнитного тормоза для стабилизации частоты вращения аварийной авиационной ветроэлектрической установки // Электричество. 2020. № 8. С. 37–43. doi: 10.24160/00135380202083743.
[13] Wang J. F., Periaux J. Multi-point optimization using GAs and Nash/Stackelberg games for high lift multi-airfoil design in aerodynamics // In 2001 Congress on Evolutionary Computation. 2023. vol. 1. doi: 10.1109/cec.2001.934440.
[14] Wang J. et al. Single/two-objective aerodynamic shape optimization by a Stackelberg/adjoint method // Engineering Optimization. 2020. vol. 52. no. 5. pp. 753–776. doi: 10.1080/0305215X.2019.1618287.
[15] Yumeng Fan, Guolai Yang, Quanzhao Sun. Analytical modelling of cylindrical eddy current brakes and multi-objective optimization based on game theory // Journal of Vibroengineering. 2024. vol. 26. pp. 1263–1283.
[16] Дорошев А. С., Шеломанов Д. А. Методика подбора гиперпараметров нейросетевой модели в задачах оптической навигации // Труды МАИ. 2025. № 142. URL: https://trudymai.ru/published.php? ID=185106.
[17] Акалу Й. А., Ван Ч., Еленев Д. В., Лу Х. Применение нейронных сетей для анализа движения космической тросовой системы // Труды МАИ. 2025. № 142. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=185113
[18] Тонких А. Н. Применение нейросетевых технологий для распознавания распределенных объектов на радиолокационных изображениях // Труды МАИ. 2025. № 141. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=184504
[19] Митькин М. А., Гаврилов К. Ю. Применение искусственных нейронных сетей для восстановления объектов на радиолокационных изображениях // Труды МАИ. 2025. № 141. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=184505.
[20] Ассад А., Сериков С. А. Применение рекуррентных нейронных сетей для повышения точности навигационных систем подвижных объектов // Труды МАИ. 2025. № 141. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=184508.
[21] Kayri M. Predictive abilities of Bayesian regularization and levenberg-marquardt algorithms in artificial neural networks: a comparative empirical study on social data // Math Comput Appl, 2016, 21. URL: https://doi.org/10.3390/mca21020020.
[22] Troiano M., Nobile E., Mangini F. et al. A Comparative Analysis of the Bayesian Regularization and Levenberg–Marquardt Training Algorithms in Neural Networks for Small Datasets: A Metrics Prediction of Neolithic Laminar Artefacts // Information. 2024. vol. 15. no. 5. pp. 1–25. doi: 10.3390/info15050270.
Цитирование данной статьи
Максимов П.Н., Синьковский Ф.К., Максимов В.Н. Математическое моделирование и оптимизация магнитной характеристики инициирующего устройства космического аппарата // Космические аппараты и технологии. 2025. Т. 9. № 4. С. 189-203. doi: 10.26732/j.st.2025.4.01
Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.