The paper offers a practical method for selecting an electric pump and battery pack for low-thrust liquid rocket engines. The approach combines 0D/1D modeling of hydraulic, electromechanical, and thermal subsystems in a single environment and is supplemented by sensitivity analysis, correlation analysis, and Monte Carlo simulation with N = 3000 iterations to verify the stability of the estimates. The methodology has been tested on mission profiles in the 5–50 kN thrust range and shows that the electric pump scheme is most effective at low thrusts, while an increase in thrust leads to a disproportionate increase in energy and thermal loads and narrows the scope of applicability. The determining factors remain the hydraulic efficiency of the pump η_pump and the oxidizer pressure; electrical parameters such as bus voltage and internal battery resistance have less influence and become noticeable at high power levels. Modeling confirms the stability of the obtained estimates; at a thrust of 20 kN, the spread of the battery block mass is close to ±10%. The proposed methodology provides quantitative guidelines in the early stages of design and helps to justify the scope of application of electric pump liquid rocket engines; expansion beyond low thrust requires progress in battery technologies.
This study addresses the problem of actively stabilizing the longitudinal body inclination of a tracked mobile platform operating over uneven terrain. A novel drive system architecture is proposed that combines conventional track traction electric drives with an inertial body-stabilization drive based on a flywheel mounted on the pitch axis between the chassis and the body module. The main contribution of the proposed approach is the coordinated control of the traction drives and the inertial actuator based on a unified dynamic model of the platform. A quadratic performance criterion is formulated, and a coordinated optimal control law is synthesized to limit body angular oscillations while accounting for actuator energy consumption. Simulation results for motion over step-like and random terrain irregularities, as well as under external moment disturbances, demonstrate a significant reduction in both peak and root-mean-square pitch-angle deviations relative to configurations without an inertial actuator and with local body stabilization. The results obtained confirm the potential and effectiveness of inertial stabilization drives as part of coordinated drive control systems for tracked mobile platforms intended for special-purpose applications, and indicate prospects for their use in advanced terrestrial robotic platforms and future space robotic systems operating in challenging environments.
20 March 2020 in Journal of Mathematics, Mechanics and Computer Science
Analytical solutions of the problem of the stress-strain state of the environment around the workings with non-uniform compression in the elastic-plastic formulation, with account for transboundary deformation are few. Some solutions of the problem under the conditions of Tresk and Coulomb plasticity are obtained. In these solutions, there are simplifying assumptions that the area of inelastic deformations cover the entire contour of the mine, the angle of internal friction is zero, etc. The features of the post-limit deformation of rock masses near underground mines consist on the formation of destruction zones around the mine workings, zones of plastic and elastic deformation, covering the part of contour or the entire contour depending on the boundary conditions and contour profiles, and a given law of the state of the environment. The mathematical description of the process of formation of inelastic deformations areas near the workings and obtaining a solution by the analytical method is rather difficult. Due to the lack of knowledge of this problem to date, it is advisable to use numerical methods of mathematics and mechanics using modern information technology and technology. The article presents mathematical models and results of solving a geomechanical problem based on information technology and the finite element method. The developed procedures and programs allow solving with the help of modern computers a wide class of mining tasks in which it is required to determine the stress-strain state of the rock mass weakened by mine workings in different mining and geological conditions. Шекарадан тыс деформацияларды ескеретін бірқалыпты емес сығылу кезіндегі кен қазбаларының айналасындағы серпімді-пластикалық қойылымдағы ортаның кернеулі-деформацияланған күйі туралы есептердің аналитикалық шешімдері өте аз. Треска мен Кулонның пластикалық жағдайындағы есептің кейбір шешімдері алынды. Бұл шешімдерде, серпімді емес деформация аймағы өнімнің барлық жиегін қамтиды, ішкі үйкеліс бұрышы нөлге тең және т. б. секілді қарапайым болжамдар бар. Тау-кен массивтерінің жер асты қазбаларына жақын шекарадан тыс деформациялануының ерекшеліктері мынадай: тау-кен қазбаларының айналасында қирау аймақтары, жиектің шекаралық шарты мен профиліне, сондай-ақ орта жағдайының берілген заңына байланысты жиектің бөлігін толық жиекті қамтитын пластикалық және серпімді деформация аймақтары пайда болады. Өнімдерге жақын серпімсіз деформация ортасының құрылу процессінің математикалық сипаты мен аналитикалық әдіспен шешімін табу өте күрделі болып табылады. Қазіргі таңда осы проблеманың аз зерттелуіне байланысты қазіргі заманауи ақпараттық техника мен технологияны пайдалана отырып, математика мен механиканың сандық әдістерін пайдаланған жөн. Мақалада ақпараттық технология және соңғы элементтер әдісі негізінде геомеханикалық есептерді шешудің математикалық модельдері мен нәтижелері келтірілген. Әзірленген процедура мен программалар қазіргі заманауи компьютерлердің көмегімен әртүрлі тау-кен техникалық және тау-кен геологиялық жағдайларда қазбалармен әлсіреген тау-кен массивінің кернеулі-деформацияланған күйін анықтауды талап ететін тау-кен өндірісі есептерінің кең класын шешуге мүмкіндік береді. Аналитические решения задачи о напряженно-деформированном состоянии среды вокруг выработок при неравномерном сжатии в упруго-пластической постановке с учетом запредельного деформирования малочисленны. Получены некоторые решения задачи в условиях пластичности Треска и Кулона. В этих решениях имеются упрощающее предположения, что область неупругих деформаций охватывают весь контур выработки, угол внутреннего трения равен нулю и др. Особенности запредельного деформирования породных массивов вблизи подземных выработок заключается в том, что вокруг горных выработок образуются зоны разрушения, зоны пластических и упругих деформаций, охватывающих часть контура или весь контур в зависимости от граничных условий и профилей контура, а...