Аннотации номера

ФОТОНИКА И ОПТОИНФОРМАТИКА

753
Показана возможность применения метода количественной эллипсометрии для исследований оптической анизотропии и структурной неоднородности кожного покрова invivo. Для описания поляризационных свойств деполяризующей оптически активной среды биоткани использована алгебра матриц Мюллера. На основе сравнительного анализа вариантов технических решений и особенностей их применения в экспериментах с биотканью разработан стенд для регистрации состояния поляризации рассеянного назад излучения. Предложено использовать в оптической схеме стенда излучающий канал эллипсометра ЛЭФ-3 для получения равномерного распределения интенсивности по сечению входного пучка излучения, а также для формирования необходимых для исследования состояний поляризации. Обоснован выбор длины волны источника излучения (He-Ne-лазер, 632 нм) из спектрального диапазона, при котором рассеяние излучения в мутных биологических средах преобладает над поглощением, что дает возможность изменить состояние поляризации выходного излучения, судить о структурных параметрах образца.Разработан приемный канал анализатора состояния поляризации выходного излучения, содержащий видеоинформационный блок на основе цветного матричного сенсора с единым полем анализа для дальнейших многоспектральных исследований поверхностной структуры кожного покрова. Предложена методика эллипсометрического исследования кожи, основанная на визуализации распределения параметров состояния поляризации по сечению пучка выходного излучения и его последующем анализе. Составлен алгоритм и разработано программное обеспечение на объектно-ориентированном языке Pythonдля обработки изображений и расчета поляризационных характеристик образца. Получены распределения поляризационных характеристик для участка кожи, содержащего рубцовые образования, в режиме обратного рассеяния зондирующего лазерного излучения.

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

761
Предмет исследования. В работе представлены сравнительные результаты многоимпульсной записи волоконных брэгговских решеток типа Iв двулучепреломляющем оптическом волокне с эллиптической напрягающей оболочкой с повышенной концентрацией диоксида германия при различных ориентациях осей двулучепреломления. Метод. Запись решеток производилась методом фазовой маски. В качестве источника излучения использовался эксимерный лазер Coherent COMPexPro 102F, работающий на газовой смеси KrF (248 нм). Использовалась фазовая маска Ibsen Photonics с периодом 1065,3 нм. Основные результаты. Результаты показали, что многоимпульсная запись эффективнее и обладает лучшей динамикой при позиционировании плоскости, содержащей ось оптического волокна и его медленную ось двулучепреломления, параллельно плоскости падения записывающего излучения, содержащей ось оптического волокна.Практическая значимость. Результаты данной работы позволяют выработать рекомендации для более эффективной многоимпульсной записи решеток Брэгга в специальных двулучепреломляющих волокнах. Также предварительная ориентация оси двулучепреломления анизотропных световодов позволяет снизить поляризационные преобразования на решетках, которые являются источником шумов в фазовых интерферометрических датчиках.
767
Предмет исследования. Разработан и исследованзащитный корпус для волоконно-оптического гидрофона, входящего в состав действующего макета донной сейсмической станции. Волоконно-оптический гидрофон построен на основе интерферометра Маха–Цендера. Чувствительное плечо намотано на эластичный сердечник, изготовленный из материала, усиливающего гидроакустическую чувствительность оптического волокна. Разработанный корпус предназначен для защиты чувствительного оптического волокна от возможных механических повреждений и пропускает акустические сигналы в водной среде без ослабления в рабочей полосе частот волоконно-оптического гидрофона (до 8 кГц). Метод. При проектированиизащитного корпуса с требуемыми характеристиками применены расчеты, основные на теории резонатора Гельмгольца. Математическое моделирование выполнено методом конечных элементов в среде Comsol Multiphysic. Построенные модели позволили определить конструкцию защитного корпуса, пропускающего акустические сигналы в заданной полосе частот. Основные результаты. Конструкция защитного корпуса представляет собой алюминиевый цилиндр с внешним радиусом 30 мм, высотой 14 см с толщиной стенок 1 мм и содержащего 1900 отверстий радиусом 1 мм. Моделирование конструкции корпуса в водной среде продемонстрировало его акустическую прозрачность на частотах до 8 кГц. Конструкция защитного корпуса изготовлена и исследована в составе действующего макета донной сейсмической станции. Результаты эксперимента подтвердили акустическую прозрачность защитного корпуса в требуемом диапазоне частот. Практическая значимость. Результаты работы могут найти применение при разработке и создании защитных корпусов волоконно-оптических гидрофонов с заданными частотными характеристиками. Разработанный защитный корпус используется в действующем макете сейсмической донной станции и обеспечивает защиту оптического волокна в чувствительном элементе волоконно-оптического гидрофона от механических воздействий, не влияя на его амплитудно-частотные характеристики.
775
Предмет исследования.Предложен метод и технология доставки оптического излучения с длиной волны 650 нм к биологическим одиночным микрообъектам. Доставка оптического излучения осуществляется посредством волоконно-оптического устройства, представляющего собой стандартное оптическое волокно cуменьшенным диаметром на выходном конце (конусное оптическое волокно, или оптоволоконный тейпер).Метод. Сущность метода сводится ксозданию волоконно-оптического устройства для доставки оптического излучения. В работе предложена технология изготовления образцов оптоволоконных тейперов при помощи аппарата для сварки оптических волокон. Описан процесс формирования защитного покрытия, непрозрачного для оптического излучения. Для получения равномерного распределения интенсивности выходящего оптического излучения осуществлена подготовка торца оптоволоконного тейпера. Проведено исследование расходимости оптического излучения, выходящего из торца оптоволоконного тейпера. Основные результаты. Предложенный метод изготовления позволил создать оптоволоконный тейпер с диаметром перетяжки 15±5 мкм. Проведенное исследование расходимости оптического излучения показало, что диаметр поля на расстоянии не более 200 мкм до микрообъекта составляет приблизительно 19 мкм и не превышает диаметр перетяжки тейпера. Практическая значимость. В отличие от других существующих способов доставки оптического излучения, волоконный тейпер с диаметром перетяжки 15±5 мкм позволяет воздействовать не только на отдельные клетки, но и на определенные области клеток, размер которых превышает диаметр перетяжки.С помощью манипулятора торец волоконного тейпера можно подвести в необходимую область без перекрытия объекта на требуемое расстояние непосредственно в среде, в которой размещены биологические объекты (культуры клеток).
782
 Предмет исследования.Обсуждена фотодинамическая терапия онихомикоза (грибковое заболевание ногтей). Приведено описание устройства и основные технические характеристики эффективного светодиодного излучателя для фотодинамической терапии онихомикоза. Актуальность работы связана со значительным распространением онихомикоза, с необходимостью повышения эффективности, комфорта и сокращения сроков его лечения. Метод. Применен светодиод, излучающий на длине волны 656±10 нм, согласованной с длиной волны поглощения фотосенсибилизатора (радахлорина). Разработана оптическая модель светодиода. Рассчитано распределение интенсивности света, создаваемое 28-ю светодиодами на поверхности, расположенной на различном расстоянии от источника (светодиодной платы). Основные результаты. Оптимизационный оптический расчет распределения интенсивности света позволил сформулировать основные параметры (размеры, углы, форму) зеркальной системы транспортировки светодиодного излучения. Изготовлены элементы конструкции и выполнена сборка макета излучателя для фотодинамической терапии онихомикоза. Технические испытания показали, что для достижения терапевтической дозы, необходимой для фотодинамической терапии онихомикоза на площади, ограниченной прямоугольником 16×6=96 см2 (максимальная площадь, занимаемая пальцами ног стопы человека), с помощью разработанного излучателя потребуется 20±2 мин, что вполне комфортно для врача и пациента. Практическая значимость. Предложенный светодиодный аппарат после технических, клинических испытаний и сертификации может быть использован в государственных и частных клиниках Российской Федерациидля фотодинамической терапии онихомикоза и других заболеваний.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РОБОТОТЕХНИКА

790
 Исследована задача синтеза траекторного управления движением мобильного робота в нестационарном внешнем окружении, в частности, при наличии в рабочем пространстве робота внешних подвижных объектов, с использованием методов дифференциальной геометрии и методов стабилизации инвариантных многообразий в пространстве выходов объекта управления. Для построения алгоритма управления рассмотрена относительная динамика объекта управления и внешнего подвижного объекта, и применяются методы дифференциально-геометрического преобразования исходной модели к задачно-ориентированной системе координат, формулирующей исходную задачу в терминах продольного движения, ортогонального и углового отклонений, для которой строятся пропорционально-дифференциальные алгоритмы управления с прямой компенсацией нелинейностей. Основные результаты представлены задачно-ориентированной моделью пространственного движения и соответствующими нелинейными алгоритмами управления. Для иллюстрации работоспособности предлагаемого метода приведен пример моделирования движения твердого тела вдоль прямолинейной траектории при наличии в рабочем пространстве внешнего подвижного объекта, движущегося по прямолинейной траектории, пересекающей желаемую траекторию движения объекта управления. В примере реализован обход внешнего движущегося объекта по круговой траектории и возврат на исходную желаемую траекторию.
798
Предмет исследования.Представлен метод классификации и отслеживания движения головы оператора на основе данных, получаемых от инерциального измерительного модуля (IMU), установленного в шлеме виртуальной реальности. Проведена экспериментальная апробация полученного алгоритма, предложен способ его использования для управления мобильным роботом с шестью степенями свободы. Метод. Задача решена с помощью комплексной фильтрации поступающих сигналов с гироскопа с использованием фильтра Калмана и нелинейного фильтра. Определение шаблона движения головы оператора основывается на вычислении коэффициента детерминации и сравнения его с пороговым уровнем. Полученные результаты. В ходе работы был получен алгоритм однозначной оценки шаблона движения головы оператора, который система управления может интерпретировать как сигнал управления. Практическая значимость. Полученные в работе алгоритмы могут быть использованы в широком классе систем, например, для управления мобильными роботами телеприсутствия, которые оснащены отдельным подвесом для управления направлением камеры и управляются с помощью шлема виртуальной реальности. Также разработанный алгоритм будет применяться в реализации мобильной роботизированной платформы, оснащенной системами технического зрения, навигации и дополненной реальности, создание которой планируется в рамках практико-ориентированной научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы в Университете ИТМО.

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

805
 Предмет исследования.В работе обсуждаются принципы обработки информации наномагнитными логическими устройствами, состоящие в манипулировании намагниченностью отдельных магнитных наночастиц, находящихся в однодоменном состоянии и объединенных в логическую сеть. В однодоменном состоянии наночастицы имеют одноосную магнитную анизотропию, что делает их бистабильной системой, пригодной для двоичного кодирования информации: намагниченности вниз соответствует логический «0», намагниченности вверх – «1».Эти два состояния отделены энергетическим барьером cвысотой, равной энергии магнитной анизотропии. Рассматриваемая логическая сеть подразумевает абсолютно новый способ проведения логических операций. Речь идет о сети наномагнитов, связанных дипольным взаимодействием и допускающих существование промежуточных фрустрированных состояний, аналогичных квантовой запутанности.Методы.Для наномагнитных логических устройств нужны материалы с достаточно большей энергией магнитной анизотропии, чтобы термические флуктуации не приводили к потере ориентации магнитного момента и к потере информации. В качестве таковых предложено использовать новые наномагниты на основе эпсилон-фазы оксида железа ε-Fe2O3 с гигантской магнитной анизотропией.Наночастицы изготовлены комбинацией двух методов – синтезом в обратных мицеллах и золь-гель методом. Элементный анализ наночастиц проводился методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (Agilent Technologies, HP 4500). Микрофотографии получены на просвечивающем микроскопе JEOL JEM 2000EXII. Структура наночастицустановлена методом рентгеновской дифракции на приборе Rigaku RINT2100.Исследование магнитных свойств проводили с помощью СКВИД-магнитометра Quantum Design, MPMS 5XL. Основные результаты.Предложен новый способ проведения логических операций, который заключается в манипулировании намагниченностью отдельных наночастиц не только с помощью внешнего магнитного поля, но и с помощью варьирования температуры наночастиц ε-Fe2O3 в условиях спин-переориентационного перехода.В наночастицах ε-Fe2O3 обнаружено магнитоэлектрическое взаимодействие, открывающее новые пути решения вопроса считывания битного состояния в рассматриваемых устройствах.Созданы экспериментальные условия для выполнения логических операций в упорядоченных массивах наночастиц ε-Fe2O3. Практическая значимость. Температурная манипуляция направлением вектора намагниченности открывает новые возможности создания устройств наномагнитной логики и спинтроники в условиях сильной анизотропии, когда магнитные поля, требуемые для переключения направления намагниченности (а значит, изменения битового состояния), становятся неприемлемо большими. Обсуждаемые в работе принципы способны обеспечить бездиссипативную обработку информации в энергетическом пределе, близком к оценкам Ландауэра, где на первый план выходят термодинамические аспекты.
812
 Предмет исследования.Представлен новый метод тепловизионной спектроскопии, позволяющий определять химический состав дефектов, образованных в результате воздействия на поверхность химическими, биохимическими реагентами, точечным загрязнением поверхности, точечным заражением поверхности биологическими организмами, находящимися на удалении от оператора в труднодоступных местах, где отсутствует возможность использования известной оптической и спектроскопической аппаратуры. Метод. Исследование поверхности производится с помощью тепловизионной камеры с одновременным облучением поверхности лазерным излучением с длиной волны, совпадающей со спектральной областью поглощения вещества дефекта. Наличие дефекта на поверхности определяется на экране тепловизионной камеры как зона контраста между температурой фона и температурой дефекта. При совпадении длины волны лазерного излучения с областью характеристической полосы поглощения в спектре поглощения вещества дефекта появляется возможность определения химического состава дефекта. Основные результаты. Разработан мехатронный модуль сканирования лазерного луча по поверхности. Одновременное измерение температурного поля с помощью тепловизора и обратной связью позволяет проводить работы по поиску зон с предполагаемым наличием определенных зон с определенным химическим составом. Представлены экспериментальные результаты исследование дефектов с отличными значениями коэффициента поглощения, нанесенных на поверхность плотной бумаги в виде толстых слоев каплеобразной формы. Произведен сравнительный анализ экспериментальных и расчетных значений. Представлена схема эксперимента и структура мехатронного комплекса. Практическая значимость. Предложенный метод может быть использован для определения пятен загрязнения на поверхности водоемов, в судебной экспертизе для поиска вещественных доказательств на развернутых поверхностях, определения мест заражения поверхности биологическими объектами при проведении микологических обследований.
820
826
Предмет исследования.Приведены результаты исследования термоустойчивости композитного материала «жидкое стекло–микрочастицы» графита при изменении температуры, а такжесостава вещества в начальном состоянии, на промежуточных стадиях процесса нагрева и состава остатка.Метод. Исследования проводились при помощи термического анализа – методом термогравиметрии, при котором регистрируется изменение массы образца в зависимости от температуры. При этом соблюдается условие, что образцы выделяют летучие вещества в результате физических или химических процессов в них. Использовались методы рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии. Основные результаты. Термоаналитическим методом исследован композитный материал «жидкое стекло–микрочастицы графита». Описаны физические процессы, происходящие при нагреве композитного материала. Методом рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии определена структура этого материала, установлены фазы компонентов продуктов реакции образования микрокомпозиции. Термодинамическим методом получены стехиометрические коэффициенты химической реакции. Практическая значимость. Композитный материал с полученными характеристиками может использоваться в качестве защитного покрытия для строительных конструкций с целью повышения огнестойкости и снижения пожарной опасности.
834
Предмет исследования.Исследованы характеристики полимерных композитов на основе промышленно выпускаемого поливинилхлорида и биополимерного наполнителя – пектина в различных массовых соотношениях (1, 5 и 10 масс.%) с плазмохимической обработкой для применения в качестве деградируемого материала упаковки. Метод. Наполненные композитные пленки получены методом вальцевания при температуре 165–170 ºС с предварительным смешением всех компонентов композиции на лопастной мешалке со скоростью перемешивания 6000 об/мин в течении 4 минут. Образцы поливинилхлоридных пленок обработаны низкотемпературным плазмохимическим травлением в течение 5 и 10 мин в среде аргон:кислород. Пленки изучены методами инфракрасной Фурье-спектроскопии и оптической микроскопии в зависимости от содержания наполнителя и времени травления. Основные результаты. Экспериментально показано, что низкотемпературная плазмохимическая обработка приводит к деградации материала на основе поливинилхлорида и пектина. Максимальные структурные изменения наблюдаются для композиции с содержанием пектина 1 масс.%, что может быть объяснено в рамках теории малых добавок. Практическая значимость. Полученные полимерные композиты могут найти применение в качестве материала для упаковки, деградирующей при утилизации и обладающей меньшим сроком жизни изделия. Плазмохимическая обработка может представлять интерес в качестве метода обработки промышленно выпускаемых синтетических полимерных материалов перед их утилизацией.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

841
 Предмет исследования. Исследованы варианты многопутевого распределения копий запросов (пакетов) через сеть и их резервированного обслуживания серверами кластера. Рассмотренные альтернативы различаются по способу выбора пути следования пакетов в сети с пересекающимися в общих коммутационных узлах маршрутами (статического или динамического) и условию досрочного выхода копий запросов из системы в результате их потерь в каналах связи, возникновения битовых ошибок, переполнения приемо-передающих буферов сетевого и вычислительного оборудования или комбинации этих причин. Методология исследования. Рассматривается зависимость эффективности резервированных передач, определяемой вероятностью безошибочной и своевременной доставки в кластер хотя бы одной из резервных копий, от интенсивности входного потока запросов. На основе описанных вариантов в системе имитационного моделирования AnyLogic7 создается набор имитационных моделей с параметрами, отражающими требования к моделируемой системе. Результаты имитационных экспериментов сохраняются в базе данных Microsoft SQL Server 2008 и после преобразований экспортируются в разработанное в рамках этого исследования программное средство. Основные результаты. Предложена организация имитационных экспериментов с накоплением и обработкой их результатов средствами выбранной системы управления базами данных и последующим применением для анализа получаемых зависимостей сторонних программных приложений, таких как Microsoft Excel или реализованного программного средства для определения области эффективности резервированных передач и автоматизации поиска оптимальной кратности резервирования. Представлены результаты имитационного моделирования, подтверждающие эффективность многопутевого распределения копий запросов. Практическая значимость. Предложенные модели и инструментальные средства позволяют обосновать выбор и оптимизировать проектные решения по повышению надежности функционирования распределенных компьютерных систем с резервированной передачей и обслуживанием запросов.
850
859
872

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

879
890
Предметом исследованияв данной работе является возможность работы алгоритма энергетического обнаружения синхросигнала гидроакустической связи и его программная реализация в многопроцессорной системе обработки гидроакустических сигналов. Результатом работы данного алгоритма является обнаружение синхросигнала гидроакустической связи и определение его пространственного канала для дальнейшей реализации сеанса связи. Метод. Сущность предлагаемого решения состоит в сравнении энергии сигнала в заданной полосе частот связи с энергией сигнала вне заданной полосы частот. Синхросигнал излучается в гидроакустической связи перед передачей информационного блока сигналов. Он позволяет определить частотный диапазон работы модема и пространственный канал, к которому должен быть подключен модем, а также вычислить коэффициент доплеровского искажения. Выбранный энергетический алгоритм обнаружения сигнала гидроакустической связи не требователен к вычислительным ресурсам, ограниченным в условиях работы системы в реальном времени. Основные результаты. Алгоритм программно реализован для отечественного сигнального процессора «Комдив 128 РИО». Для проверки функционирования разработанного программного обеспечения обнаружения синхросигнала реализован программный имитатор, позволяющий формировать сигнал гидроакустической связи на входе приемных элементов. Тестирование с помощью разработанного имитатора показало возможность обнаружения синхросигнала. Практическая значимость. Программная реализация данного алгоритма внедрена в программное обеспечение многопроцессорной системы обработки гидроакустических сигналов в реальном времени.
896
 Предмет исследования.Представлены результаты тестирования разностной схемы с настраиваемыми диссипативными свойствами на примере двумерных задач газовой динамики и механики газовзвесей. Метод. Разностная схема второго порядка точности построена с расщеплением по физическим процессам на два этапа. На первом из них используются центральные разности, скалярный вариант нелинейной искусственной вязкости с ограничителями и полунеявная аппроксимация межфазных взаимодействий, на втором этапе – реконструкция потоков TVD-типа. Основные результаты. Тестирование выполнено на задачах с сильными разрывами при взаимодействии ударных волн с взвесью частиц. Схема с настраиваемыми диссипативными свойствами продемонстрировала качество численных решений на уровне схемы WENO5 с возможностью разрешения тонких деталей течения при многократных взаимодействиях ударных волн, контактных разрывов и волн разрежения между собой. Возможные осцилляции численного решения в предложенной схеме подавляются настройкой ее диссипативных свойств. Практическая значимость. Схема с настраиваемыми диссипативными свойствами является основой для разработки прикладного программного пакета как инструмента обоснования достижимого уровня технических решений с использованием потоков газовзвесей.
903
 Предмет исследования.Предложена математическая модель бесплатформенной инерциальной навигационной системы. Бесплатформенная инерциальная навигационная система является датчиком навигационных параметров полета летательного аппарата и входит в состав бортового оборудования. Модель обеспечивает в составе имитационного стенда формирование навигационных параметров полета летательного аппарата с учетом погрешностей, возникающих при работе реальной бесплатформенной инерциальной системы. Метод.Вычисление навигационных параметров полета с использованием предлагаемой модели основано на расчете имитируемых параметров работы инерциальной системы в горизонтальной плоскости. Исходными данными для расчета являются текущие задаваемые значения навигационных параметров полета и параметры ориентации летательного аппарата без учета угловых скоростей и ускорений. Исходные данные модели задаются средствами имитационного стенда. Модель включает в себя математический аппарат, имитирующий ошибки определения инерциальной системой координат местоположения и путевой скорости летательного аппарата. Основные результаты. Предлагаемая модель обеспечивает вычисление геодезических координат и путевой скорости при задании постоянных составляющих погрешностей ориентации и дрейфов гироскопов и погрешностей акселерометров инерциальной системы. Значения погрешностей определяются на основе технических характеристик моделируемой инерциальной системы, в частности, системы, построенной на основе кольцевых лазерных гироскопов. Приведены результаты отработки модели с использованием данных летных испытаний и представлена оценка погрешностей моделируемой инерциальной системы. Практическая значимость. Реализация моделирования параметров бесплатформенной инерциальной навигационной системы в составе стенда навигационного оборудования обеспечивает наземную отработку функционирования систем отображения информации. При анализе требований технического задания на разработку оборудования модель инерциальной системы может быть использована для предварительной оценки параметров работы бесплатформенной инерциальной навигационной системы и погрешностей оценки навигационных параметров полета.
910
Предмет исследования. Рассмотрена возможность стимулирования явления кавитации в лопастных машинах с целью обработки перекачиваемой жидкости. Представлен численный анализ влияния геометрии двигательного центробежного насоса на образование кавитационной каверны в межлопастном пространстве его рабочего колеса. Методы. Использованы возможности программного пакета конечно-элементного анализа ANSYSWorkbenchи интегрированного в него модуля оптимизации процесса разработки и технологической подготовки в области вычислительной динамики жидкостей и газов ANSYSCFX. Основные результаты. Разработанаконструкциярабочегоколесадвигательногоцентробежногонасосасхарактеристиками,подобнымиданномутипуустройств. Построенагеометрическаямодель, котораяимееткомпактныеразмеры, обладаетправильнымраспределениемдавлениявсеченииколеса, неподверженакавитациипризаданномрежимеработы. Показано, что при относительном увеличении наружного радиуса колеса или уменьшении его ширины в пределах 12–50% в сравнении с моделью, близкой к необходимой для стабильной работы, происходит зарождение кавитации на переднем крае лопатки с последующим ростом по всему объему проточной части насоса. Практическая значимость. Подобного рода насос может использоваться как гидродинамическая машинадля интенсификации многих химико-технологических процессов за счет кавитационного воздействияуже на этапе перекачивания жидкости.
920
 Выполнено численное моделирование отражения ударной волны от плоской стенки. В зависимости от параметров задачи реализуется регулярное (двухволновая конфигурация) или маховское (трехволновая конфигурация) отражение. Для дискретизации уравнений Эйлера, описывающих течение невязкого сжимаемого газа, применен метод конечных объемов и разностные схемы высокого порядка точности по времени и по пространству. Продемонстрировано применение взвешенных существенно неосциллирующих схемWENO (WeightedEssentiallyNon-Oscillatory)высокого порядка точности, реализованных в покомпонентной и в характеристической форме, на неструктурированных сетках. Выполнено сравнение рассчитанной ударно-волновой структуры потока с данными, имеющимися в литературе. Показано, что  WENO-схема четвертого порядка точности в характеристической версии позволяет воспроизвести более мелкие детали, чем схема третьего порядка, при этом нефизичные осцилляции решения, характерные для TDV(TotalVariationDiminishing) схем и покомпонентных схем WENO, отсутствуют. Сделан вывод, что WENO-схема четвертого порядка точности в характеристической версии может быть рекомендована для практического применения в расчетах с высоким порядком точности сложных течений, содержащих сильные газодинамические разрывы, на неструктурированных сетках.
929
Предмет исследования.Исследована задача оптимизации управления предприятием и формирования интегрированной информационной среды управления для распределенной поддержки принятия решений. Рассмотрена проблема локальной автоматизации деятельности предприятия. Показана необходимость интеграции гетерогенных информационных систем для задач планирования и прогнозирования. Метод. Предложена оригинальная модель документооборота организации с применением методов темпорального вероятностного моделирования бизнес-процессов. Разработана модель интеграции гетерогенных информационных систем с использованием онтологического подхода.Рассмотрена структура онтологий, проведена классификация концептов онтологий. Предложены методы сопоставления концептов и интеграции объектов информационных систем. Основные результаты. На основании предложенных моделей и методов разработана математическая модель финансового планирования, учитывающая вероятностный характер рассматриваемых событий и позволяющая выполнить резервирование денежных средств на будущие расходы. Апробация предложенных методов выполнена на примере информационной системы финансового планирования Университета ИТМО в период 2016–2017 гг. Система включает в себя данные из различных корпоративных подсистем: бухгалтерский учет, учет кадров, расчет заработной платы, учет договорных обязательств, закупочная логистика. Применение системы позволяет осуществить резервирование денежных средств на период 2–3 месяца, что в среднем составляет около 20% от годового бюджета финансовой единицы. Программные решения выполнены с применением технологий СУБД Oracle и языка PL/SQL в составе корпоративной информационной системы управления Университета ИТМО. Практическая значимость. Предложенные подходы могут быть использованы при решении задач интеграции гетерогенных информационных систем и источников данных в разных областях. Разработанные методы могут применяться не только для финансового планирования, но и в иных задачах оптимизации управления, в которых требуется осуществить планирование и прогнозирование деятельности.
938
Предмет исследования. Для многоканальных непрерывных систем, возбуждаемых белошумным векторным воздействием, предлагается алгоритм формирования матрицы спектральных плотностей выхода системы, используемой в следующих случаях. Первый случай состоит в выделении сепаратного канала системы, который возбуждается скалярным белым шумом. В этом случае матрица спектральной плотности будет скалярной. Второй случай возникает при возбуждении системы векторным белым шумом с компонентами различной интенсивности, а интерес представляет стохастический процесс на выбранном выходе. В этом случае матрица спектральных плотностей выхода также является скалярной и становится функцией спектральных плотностей. В третьем случае система возбуждается векторным белым шумом с компонентами различной интенсивности, при этом интерес представляет матрица спектральной плотности векторного выхода. Метод. Построение алгоритма основано на использовании матричного уравнения Ляпунова и интеграла Винера–Колмогорова–Хинчина. Скаляризация частотного представления стохастического вектора выхода системы осуществляется как на основе поканального формирования функций спектральных плотностей, так и с помощью сингулярного разложения матрицы спектральной плотности выхода для формирования мажоранты и миноранты спектральных плотностей в пространстве выходов системы. Основные результаты. Для многоканальных систем, функционирующих в условиях стохастических воздействий, получен конструктивный алгоритм для исследования спектральных свойств систем как для случая сепаратных каналов, так и для случая векторного отношения «вход–выход». Таким образом, полученные результаты в своей алгоритмической основе инвариантны относительно размерности вход–выходных отношений. Практическая значимость. Результаты имеют практическую ценность для случаев, когда многоканальные системы функционируют при внешних воздействиях, не допускающих конечномерное их представление. Наиболее характерными примерами возможной применительной практики результатов статьи являются системы стабилизации пространственного положения функционального объекта при стохастических воздействиях, допускающих белошумное представление.
947
 Рассмотрена нелинейная автономная управляемая механическая система с несколькими степенями свободы с математической моделью в виде многочленной системы дифференциальных уравнений, содержащей однородные линейные формы относительно фазовых переменных и нелинейные однородные формы до четвертой степени с малыми коэффициентами. Заменой переменных с множителями  – показательными функциями времени – система преобразуется в систему с автономной линейной частью и неавтономными переменными коэффициентами при однородных нелинейных формах с матрицей, имеющей собственные значения с уменьшенными по модулю отрицательными вещественными частями, а также нелинейными формами с переменными коэффициентами. Предложен метод формирования последовательности линейных дифференциальных неравенств для определенно-положительных функций Ляпунова с оценками приближения системы к устойчивому состоянию равновесия.

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

952
Обсуждается проблема идентификации неизвестных переменных параметров для линейной регрессионной модели. Предлагается новый алгоритм, позволяющий в случае выполнения ряда допущений обеспечивать оценки неизвестных параметров и их динамических моделей c асимптотически нулевой ошибкой. Подробно анализируется случай с двумя неизвестными параметрами, который позволяет понять основную идею предлагаемого подхода. Работоспособность рассматриваемого в работе алгоритма иллюстрируется компьютерным моделированием.
956
Изучается скорость распространения фронта горения в кварцевой цилиндрической трубке, заполненной смесью пропана и воздуха, при объемном воспламенении стримерным разрядом. Стримерный разряд зажигается на внутренних стенках трубки квазиоптическим микроволновым излучением при помощи инициатора, помещенного в трубку. Измерения выполняются при различной длине стримерного разряда. Выполненные исследования показали, что стримерный разряд, создающий множество точек воспламенения, обеспечивает практически мгновенное воспламенение смеси во всем объеме, куда достают стримеры. Образующийся фронт горения имеет скорость, характерную для перехода дефлаграции в детонацию. Измерения показали, что скорость фронта растет с увеличением длины разряда, но нелинейно. Зависимость скорости от коэффициента избытка горючего также неоднозначная. Результаты могут найти применение при разработке систем многоочагового объемного зажигания в двигателях внутреннего сгорания, газотурбинных двигателях, малоэмиссионных камерах сгорания, для организации горения в сверхзвуковом потоке, а также в камерах сгорания детонационных двигателей.
Информация 2001-2017 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика