Все выпуски

Обсуждаются вопросы построения допустимых управлений в одной задаче оптимального управления нелинейной динамической системой при наличии ограничений на ее текущее фазовое состояние. Рассматриваемая динамическая система описывает управляемое движение ракеты-носителя от точки старта до момента ее выхода на заданную околоземную эллиптическую орбиту. Задача заключается в построении программного управления, которое обеспечивает выведение ракетой-носителем на орбиту полезной нагрузки максимальной массы и выполнение дополнительных ограничений на текущее фазовое состояние системы. Дополнительные ограничения обусловлены необходимостью учитывать величины скоростного напора, углов атаки и скольжения при движении ракеты в плотных слоях атмосферы и осуществлять падение ее отделяемых частей в заданные районы на земной поверхности. Для ракет-носителей ряда классов такая задача равносильна нелинейной задаче быстродействия с фазовыми ограничениями. Предлагаются и численно исследуются два алгоритма построения в этой задаче допустимых управлений, обеспечивающих выполнение указанных дополнительных фазовых ограничений. Методологическую основу одного алгоритма составляет применение некоторого прогнозирующего управления, которое априори строится в задаче быстродействия без учета в ней дополнительных ограничений, а другого - использование специальных режимов управления. Приводятся результаты численного моделирования.

The questions of constructing admissible controls in a problem of optimal control of a nonlinear dynamic system under constraints on its current phase state are discussed. The dynamic system under consideration describes the controlled motion of a carrier rocket from the launching point to the time when the carrier rocket enters a given elliptic earth orbit. The problem consists in designing a program control for the carrier rocket that provides the maximal value of the payload mass led to the given orbit and the fulfillment of a number of additional restrictions on the current phase state of the dynamic system. The additional restrictions are due to the need to take into account the values of the dynamic velocity pressure, the attack and slip angles when the carrier rocket moves in dense layers of the atmosphere. In addition it is required to provide the fall of detachable parts of the rocket into specified regions on the earth surface. For carrier rockets of some classes, such a problem is equivalent to a nonlinear time-optimal problem with phase constraints. Two algorithms for constructing admissible controls ensuring the fulfillment of additional phase constraints are suggested. The numerical analysis of these algorithms is performed. The methodological basis of one algorithm is the application of some predictive control, which is constructed without taking into account the constraints above. Another algorithm is based on special control modes. The results of numerical modeling are presented.

Изучается вариационный подход к постановке и решению задачи приближения функций квазиполиномами  решениями однородных, автономных линейных разностных или дифференциальных уравнений.

We study the variational approach to setting and solving of the function approximating problem by quasipolynomials which are the solutions of the homogeneous autonomous linear difference or differential equations.

Для динамической системы, подверженной воздействиям управления и помехи и содержащей последействие в управляющих силах, рассматривается задача об управлении с оптимальным гарантированным результатом для показателя качества, представляющего собой евклидову норму совокупности отклонений движения системы в заданные моменты времени от заданных целей. На основе функциональной трактовки, опирающейся на своеобразный прогноз движений, исходная задача сводится к вспомогательной дифференциальной игре для системы без запаздывания и с терминальной платой. Функция цены этой игры вычисляется на базе конструкции выпуклых сверху оболочек вспомогательных функций из метода стохастического программного синтеза, оптимальные стратегии строятся методом экстремального сдвига на сопутствующие точки. Рассматриваются иллюстрирующие примеры, приводятся результаты численных экспериментов.

For a dynamical system under control and disturbances, and with delay in control, the problem of control with the optimal guaranteed result is considered for a quality index which is the Euclidean norm of the set of deviations of a system motion at the given instants from the given targets. On the basis of a functional treatment basing on a proper prediction of the motion the problem is reduced to an auxiliary differential game for a system without delay and with a terminal quality index. The value of this game is calculated from the construction of upper convex hulls of auxiliary functions from the method of stochastic program synthesis, optimal strategies are formed by the method of an extremal shift to the corresponding points. Illustrating examples and results of numerical experiments are presented.

Сформулирована вариационная постановка задачи для обобщенной формы термодинамического функционала, заключающаяся в его минимизации относительно искомой скорости распространения пламени как дополнительной переменной. Для стационарного состояния рассмотренного функционала получено интегральное соотношение для скорости распространения пламени.

The variational statement for the generalized form of thermodynamic functional has been formulated consisting in its minimization relatively to the sought steady flame spread rate treated as additional variable. An integral relationship for the flame spread rate has been achieved for the stationary state of considered functional.

Предложен вариационный принцип, основанный на методах неравновесной термодинамики, с помощью которого исследуется задача о расчете стационарной скорости распространения пламени по перемешанной газовой смеси. Основная цель исследования заключается в формулировке вариационного принципа для минимизации искомого функционала в стационарном состоянии термодинамической системы, которое отождествляется со стационарным режимом распространения пламени. При различных формах представления потенциала рассмотрена возможность получения соотношения для расчета скорости распространения пламени, выступающей в качестве зависимой переменной.

The problem of stationary flame propagation is studied by the variational method based on the non-equilibrium thermodynamic approach. The analysis has been carried out for the case of one-dimensional propagation of premixed gaseous flame. The primary aim of the analysis is formulation of the variational principle for minimization of the functional at the stationary state of the system, which is identified as a steady-state regime of flame propagation. The possibility to obtain a relationship for the prediction of flame propagation velocity as a dependent variable has been investigated through the different representations of potential.

Задачи поиска релевантной информации создают значительные трудности для пользователей из-за огромного объема данных, доступных в интернет. Эти трудности связаны с известной проблемой информационной перегрузки. В этой работе мы предлагаем онлайн-веб-помощник под названием OWNА. Мы разработали полностью интегрированную платформу для выработки рекомендаций в режиме реального времени, основанную на методах анализа журналов использования веб. Наша работа начинается с подготовки исходных данных, а затем извлечения полезной информации, которая помогает построить базу знаний, а также присваивает определенный вес определенным факторам. Эксперименты показывают преимущества предложенной модели по сравнению с альтернативными подходами.

The problem of finding relevant data while searching the internet represents a big challenge for web users due to the enormous amounts of available information on the web. These difficulties are related to the well-known problem of information overload. In this work, we propose an online web assistant called OWNA. We developed a fully integrated framework for making recommendations in real-time based on web usage mining techniques. Our work starts with preparing raw data, then extracting useful information that helps build a knowledge base as well as assigns a specific weight for certain factors. The experiments show the advantages of the proposed model against alternative approaches.

Рассматривается задача о расчете стационарной скорости распространения пламени. Для решения краевой задачи применяется метод конечных элементов с использованием двух подходов к получению системы алгебраических уравнений: метод взвешенных невязок для дифференциального уравнения сохранения и вариационная формулировка в виде локального термодинамического потенциала. Приводятся детали вычислительного алгоритма и результаты исследования устойчивости и сходимости численного решения.

The problem of the prediction of steady flame spread rate has been studied. Finite element method has been applied to the boundary value problem involving two approaches for deriving the system of algebraic equations: weighted residuals method for differential conservation equation and variational formulation in the form local thermodynamic potential. The detailed numerical algorithm and results of solution’s stability and convergence study have been presented.

Численно исследуются газодинамические процессы, протекающие в начальный момент работы сверхзвукового сопла с высокой степенью геометрического расширения. Основное внимание уделяется изучению механизмов потери течением осевой симметрии за счет неустойчивости образующихся в сверхзвуковой части сопла зон отрывного течения. Модель нестационарного течения вязкого теплопроводного сжимаемого газа по соплу основана на системе уравнений сохранения в форме Навье-Стокса. Турбулентность исследуемого течения моделируется методом отсоединенных вихрей DES и его модификацией DDES с привлечением полуэмпирической модели Спаларта-Аллмараса. Выполнено сравнение распределения давления на стенке сопла, проекции годографа вектора тяги, мгновенных и осредненных картин течения с экспериментальными данными и численными результатами других авторов. Показано, что применение вихреразрешающего моделирования DES и DDES позволяет адекватно описать основные особенности течения и воспроизвести феномен возникновения боковой составляющей тяги сверхзвукового сопла при приемлемом уровне вычислительных затрат.

In this paper, we numerically examine the separated flow in an overexpanded nozzle developed during the starting phase of a rocket engine featuring the side-load effect. We use detached eddy simulation (DES), namely, its version referred to as delayed DES, and compare our results with the existing experimental and numerical data. The calculations are based on finite volume approximation of the Navier-Stokes equations for perfect gas and pressure-based formulation with PISO coupling. By investigating the unsteadiness associated with the shock-induced separation, a better insight can be obtained as to how these affect the nozzle start-up. Three-dimensional, transient, turbulent computational fluid dynamics methodology has been demonstrated to capture major side-load physics with supersonic nozzles. The main flow properties (wall pressure levels, shock waves pattern, side load locus) are rather well reproduced. We suggest using a delayed detached eddy simulation for more accurate predictions of the flow separation.

Данная работа посвящена экспериментальной проверке конечномерной модели Андерсена–Песавенто–Ванг, описывающей плоскопараллельное движение тяжелой пластины в сопротивляющейся среде. В качестве основного метода исследования мы используем видеосъемку процесса падения пластины с PIV-измерением скорости окружающих ее потоков жидкости. По результат эксперимента были построены траектории движения пластин, линии тока и оценены частоты колебаний пластины во время движения. Мы провели ряд экспериментов для пластин различных плостностей и размеров. Траектории движения пластин, изготовленных из пластика, качественно походят на траектории, предсказанные по модели Андерсена–Песавенто–Ванг. Однако измеренные и рассчитанные частоты колебаний отличаются существенно. Для пластины, изготовленной из высокоуглеродистой стали, результаты расчетов и измерений не согласуются ни количественно, ни качественно.

The paper is devoted to the experimental verification of the Andersen–Pesavento–Wang model describing the falling of a heavy plate through a resisting medium. As a main research method the authors have used video filming of a falling plate with PIV measurement of the velocity of surrounding fluid flows. The trajectories of plates and streamlines were determined and oscillation frequencies were estimated using experimental results. A number of experiments for plates of various densities and sizes were performed. The trajectories of plates made of plastic are qualitatively similar to the trajectories predicted by the Andersen–Pesavento–Wang model. However, measured and computed frequencies of oscillations differ significantly. For a plate made of high carbon steel the results of experiments are quantitatively and qualitatively in disagreement with computational results.

В работе обсуждаются методы совместного использования информации, полученной методами дистанционного зондирования морской поверхности из космоса и численных решений. На основе разработанных алгоритмов обобщаются результаты численного моделирования и данных спутниковых наблюдений о состоянии вод акватории Азовского моря за период 2013-2014 гг. Трехмерное гидродинамическое моделирование динамики вод и эволюции загрязнений в Азовском море выполнено с использованием модели POM (Princeton Ocean Model) при задании реального атмосферного воздействия SKIRON. Совместный анализ численных решений и данных космического мониторинга Aqua (MODIS) позволяет исследовать особенности пространственно-временной динамики загрязнений. Новые модельные алгоритмы применены для анализа согласованности результатов численных решений, данных спутниковых наблюдений и их сочетания. На основании использования динамико-стохастического метода усвоения спутниковой информации дана оценка качества модельного прогноза в зависимости от интервалов между усвоением спутниковых данных.

Methods of sharing information obtained by methods of remote sensing of the sea surface from space and numerical solutions are discussed in this paper. The results of numerical modeling and data of satellite observations on the state of the waters of the Sea of Azov for the period 2013-2014 are summarized on the basis of developed algorithms. Three-dimensional hydrodynamic modeling of water dynamics and evolution of contaminants in the Sea of Azov is performed using the model of POM (Princeton Ocean Model) with a real atmospheric forcing SKIRON. The joint analysis of numerical solutions and data of space monitoring Aqua (MODIS) allows to study the features of the spatial and temporal distribution of pollution in the Sea of Azov. New model algorithms are used to analyze the consistency of the results of numerical solutions, satellite observation data and their combination. The dynamic-stochastic method of assimilating satellite information is used, which makes it possible to obtain an estimate of the quality of the model prediction depending on the intervals between the assimilation of satellite data.