Том 21, № 4 (2025): Вестник Воронежского государственного технического университета

рассматривается актуальная проблема обеспечения безопасности данных при передаче и хранении. Предлагаемый алгоритм рассчитан на работу в поточном режиме с использованием каскадного (двойного) шифрования, что позволяет эффективно шифровать потоки данных, без создания и хранения файла с оригинальными данными на диске, а также исключает действия, связанные с повторным чтением шифруемой информации. В основе алгоритма лежит использование двух поточных шифров (ChaCha20 и HC-256) и функций формирования ключа – Argon2 и scrypt. Ключевыми особенностями алгоритма являются: использование каскадного шифрования поточными шифрами совместно с функциями формирования ключа для обеспечения уникальности зашифрованных данных даже при идентичных исходных данных; механизм шифрования ключа позволяет изменять пароли без необходимости полного повторного шифрования данных. Объектом рассмотрения в рамках данной статьи является алгоритм, обеспечивающий высокий уровень защиты, где для доступа к данным злоумышленнику потребуется одновременно подобрать два независимых ключа, что вычислительно крайне затратно, при использовании современного оборудования. Предложенное решение предназначено для безопасного долгосрочного хранения и передачи конфиденциальной информации, например, паролей, персональных и других чувствительных данных

в предположении об идеальном движении в одноходовом перекрестноточном пластинчатом теплообменнике «горячего» теплоносителя с объемным тепловыделением и «холодного» теплоносителя при постоянных теплофизических свойствах и отсутствии термического сопротивления теплопередающей поверхности без потерь в окружающую среду получены с помощью одностороннего интегрального преобразования Лапласа аналитические выражения для температурных полей потоков теплоносителей в теплообменнике. Система уравнений в частных производных с начальными условиями классифицирована как задача Коши в формате 2-D на полуограниченном квадранте, решение представлено в квадратурах с использованием специальных функций Бесселя и Дирака. При отсутствии тепловыделения решение совпадает с решением Шумана. Вычислительным экспериментом показано, что неучет тепловыделения «горячего» теплоносителя может привести к существенной ошибке в определении температур на выходе из теплообменника и в конечном итоге к некорректному значению величины площади теплопередачи. На основе полученного аналитического решения задачи о теплопередаче в одноходовом перекрестноточном пластинчатом теплообменнике, в предположении гидродинамического режима, близкого к режиму идеального вытеснения (в первом приближении соответствует турбулентному течению), разработана методика определения основных термогидравлических характеристик, обеспечивающих заданный режим охлаждения тепловыделяющей среды. Представленная методика продемонстрирована для конкретного примера, показывающего существенное влияние величины объемного тепловыделения в охлаждаемом теплоносителе на геометрические характеристики перекрестноточного пластинчатого теплообменника и соответственно на площадь теплопередачи, что в конечном итоге может привести к снижению эффективности теплообменника

планирование перемещений важно для бесперебойного выполнения задач функционирования автономных мобильных объектов (АМО), а также является предметом пристального внимания ученых со всего мира. АМО выбирает оптимальный или субоптимальный маршрут от начальной до конечной точки с целью удовлетворения заранее определенных целевых требований при одновременном обеспечении собственной мобильности и в условиях внешних помех. Несмотря на то, что многие исследования улучшили метод планирования траектории, его сходимость по-прежнему остается актуальной темой, поскольку сложность алгоритма высока, и легко попасть в локальные оптимумы. Предложен новый подход к решению этой задачи – алгоритм многокритериальной оптимизации на основе навигационных переменных (МОНП). Впервые маршрут планируется как задача многокритериальной оптимизации с использованием набора целевых функций, отражающих условия оптимальности и безопасности управления АМО. МОНП применяется для минимизации этих функций посредством поиска оптимальности по Парето. В алгоритме реализовано новое представление траекторий, основанное на навигационных переменных, позволяющее учитывать кинематические ограничения и динамические возможности АМО. Кроме того, используется адаптивный механизм трансформации для повышения разнообразия решений и получения более эффективных траекторий. Результаты моделирования показали, что метод МОНП имеет возможность формировать множество недоминируемых решений, что делает данный алгоритм универсальным инструментом, способным удовлетворять различные требования прикладных задач, и позволяет повысить вероятность успешного планирования

Представлен подход для интерпретации экспериментальных данных по динамической вязкости наножидкостей на водной основе с учетом полидисперсности наночастиц. Существующие теоретические представления о динамической вязкости наножидкостей не дают полной информации о ее зависимости от степени полидисперсности наночастиц. Это связано с тем, что одностадийный и двухстадийный способы генерации наночастиц в настоящее время не могут быть проконтролированы с помощью аппаратурно-измерительных средств в виду их малого характерного масштаба. Кроме того, имеют место быть такие осложняющие факторы, как броуновская диффузия, миграционный поток, термофорез, диффузиофорез и седиментация. На сегодняшний момент экспериментальные данные по динамической вязкости жидкостных наносистем не отображают гранулометрический состав наночасти, а вместо него указывается медианная составляющая. Предложено степень полидисперсности наночастиц описать классической функцией распределения зависимости концентрации от размеров элементов дисперсной фазы и идентифицировать сопряженную связь с аналогичной счетной функцией их распределения. Это позволило на основе эмпирического соотношения, обобщающего большой массив экспериментальных данных, получить модифицированное выражение для прогнозирования динамической вязкости наножидкостей с последующим специальным нормированием по монодисперсному случаю и осреднением на интервале размеров. В предположении распределения наночастиц по размерам, в соответствии с Гауссовским законом, показано, что с увеличением дисперсии динамическая вязкость наножидкостей уменьшается и, следовательно, возможно через управление гранулометрическим составом наночастиц уменьшить потери энергии на транспортирование в различных технических и технологических системах.

Рассматривается влияние размеров геометрических элементов и пространственной ориентации (угол наклона к платформе построения) цилиндрических изделий на точность аддитивной печати методом FDM (Fused Deposition Modeling – моделирование послойным наплавлением). Актуальность исследования обусловлена растущим использованием трёхмерной печати в различных отраслях, в том числе в мелкосерийном производстве, где форма изделий постоянно меняется. Экспериментально получены количественные значения абсолютных и относительных отклонений размеров от заданной формы цилиндрических изделий с диапазоном диаметров от 3 до 13 мм с шагом 2 мм и высот от 5 до 30 мм с шагом 5 мм при углах наклона от 0° до 90° с шагом 15°, при использовании материала PETG (полиэтилен-гликоль) на трехмерном принтере Elegoo Neptune 4. Для получения промежуточных значений отклонений и искажений формы в пределах диапазона измеренных экспериментальных данных разработана математическая модель, основанная на последовательной монотонной кубической интерполяции по алгоритму Фритча–Карлсона. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации точности печати и улучшения качества продукции в области трехмерной печати.

Решается задача построения инженерной модели функционирования аккумуляторных батарей, пригодной для её практического использования при исследовании процессов управления в автономных системах электроснабжения. В качестве конкретного объекта исследования выбрана батарея с перспективными  герметичными никель-водородными аккумуляторами, не требующими прямого обслуживания в процессе эксплуатации. Показано, что теплоэнергетическая часть общей модели функционирования такой батареи может быть представлена неоднородным дифференциальным уравнением первого порядка с нелинейной правой частью, определяемой внутренним тепловыделением аккумуляторов  при заряде и разряде. Для аппроксимации отмеченной  нелинейности предложена функция квадратичного вида, на основе экспериментальных данных идентифицированы её параметры, и приведено численное решение дифференциального уравнения. Для электроэнергетической части модели использована базовая алгебраическая модель Нернста, в которую введены слагаемые, отражающие омические потери напряжения в аккумуляторе, а также сомножитель степенного вида, определяющий нелинейное влияние степени заряженности аккумулятора на его напряжение. Взаимосвязь тепловой и электрической частей модели реализована путём включения тока в тепловую часть модели и температуры – в электрическую часть. На построенной модели проведено исследование процессов управления аккумуляторной батареи  в номинальном режиме поочерёдного заряда и разряда, в циклическом режиме с недостаточным зарядом и в режиме длительного хранения заряда в охлаждённом состоянии батареи. Представлены результаты указанных исследований, подтверждающие адекватность предложенных моделей.

Исследуются методы оптимизации архитектур программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) для эффективной реализации нейросетевых декодеров блоковых кодов, включая коды с низкой плотностью проверок на четность (LDPC), полярные и Боуза — Чоудхури — Хоквингема (БЧХ) коды. Основное внимание уделяется аппаратным модификациям, позволяющим достичь оптимального баланса между точностью декодирования и вычислительной эффективностью. Разработаны и проанализированы специализированные архитектурные решения для ПЛИС, включающие модифицированные схемы таблиц поиска (LUT) с адаптивной битовой глубиной, аппаратные ускорители для операций проверки узлов в режиме реального времени. Разработанные решения особенно актуальны для итеративных алгоритмов декодирования (Min-Sum) применительно к LDPC-кодам, где требуется интенсивная обработка мягких решений. Экспериментальные результаты показывают увеличение пропускной способности декодера на 30 % по сравнению с традиционными реализациями, снижение энергопотребления на 20 % при сохранении корректирующей способности, возможность динамической адаптации параметров декодирования для различных типов блоковых кодов. Предложенные архитектурные решения демонстрируют особую эффективность при обработке длинных кодовых слов (n > 1000), характерных для современных систем связи 5G/6G и систем хранения данных

Представлена методика численного моделирования диаграммы направленности эквидистантной микрофонной решётки с учетом акустико-механического взаимодействия. Исследовано влияние механических деформаций несущей платы на пространственные характеристики массива при воздействии плоской акустической волны частотой 500 Гц. Разработана модель, включающая плату размером 260×260×2 мм из материала FR-4 с 36 микрофонами, расположенными с шагом 50 мм. Проведено сравнительное моделирование для двух случаев: упругая плата и абсолютно жесткая конструкция. Показано, что максимальная деформация платы составляет 2,5993×10^-9 м, а средняя относительная погрешность синфазных сумм сигналов между моделями не превышает 0,0358 %. Для построения диаграммы направленности использован алгоритм синфазного суммирования сигналов с последующей нормировкой и переводом в логарифмический масштаб. Результаты демонстрируют, что для данной конфигурации и частотного диапазона влияние механических деформаций на пространственные характеристики решетки является пренебрежимо малым. Полученные результаты позволяют конкретизировать границы применимости упрощенных моделей и разрабатывать эффективные алгоритмы пространственной обработки сигналов без учета деформаций несущей конструкции. Предложенная методика может быть использована для оптимизации конструкций микрофонных решеток на этапе проектирования.

Рассматриваются особенности использования антенно-фидерных устройств с полимерными покрытиями на беспилотных летательных аппаратах. Проведено исследование влияния полимерных покрытий на электродинамические характеристики антенно-фидерных устройств, применяемых в частотных диапазонах 915 и 1200 МГц. Выполнено экспериментальное измерение влияния полимерных покрытий с использованием гликоль-модифицированного полиэтилентерефталата (PETG), ударопрочного полистирола (HIPS), полилактида (PLA) и акрилонитрилбутадиенстирола (ABS). Были определены значения зависимости резонансных частот и коэффициент отражения антенных систем с нанесенным полимерным покрытием. Установлено, что увеличение диэлектрической проницаемости приводит к снижению резонансной частоты и увеличению коэффициента отражения. Эффективность излучения определяется совокупностью диэлектрических потерь и геометрических параметров полимерных покрытий. В частотном диапазоне 915 МГц стабильность параметров обеспечивают полимерные покрытия из ударопрочного полистирола (HIPS). Применение полимерного покрытия из гликоль-модифицированного полиэтилентерефталата (PETG) приводит к смещению резонансной частоты антенно-фидерного устройства. При частоте 1200 МГц устойчивое согласование обеспечивает полимерное покрытие из ударопрочного полистирола (HIPS) и белого полилактида (PLA). Применение гликоль-модифицированного полиэтилентерефталата (PETG) приводит к росту отражения и к увеличению параметра S₁₁. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании антенно-фидерных устройств с учётом влияния диэлектрических свойств полимерных покрытий.

Рассматриваются эффективные методы оценки канала связи OFDM-систем (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - многопользовательская версия цифровой модуляции), основанных на методах глубокого обучения. В условиях растущих требований к надежности и эффективности беспроводных сетей стандартов 5G и Wi-Fi особую актуальность приобретает точная оценка состояния канала связи. Традиционные методы, основанные на пилот-сигналах, часто недостаточно эффективны в быстро меняющихся условиях передачи сигнала. Предлагается адаптивный алгоритм оценки характеристик канала связи, основанный на применении нейросетевых моделей. Методология включает этапы выбора информативных метрик (амплитуда, фаза), моделирования условий работы канала (отношение сигнал/шум (SNR), задержка) и формирования датасета с использованием модели Рэлея. Архитектура нейронной сети сочетает сверточные и плотные слои с механизмом внимания для выделения наиболее значимых признаков. Результаты моделирования в среде MATLAB/Simulink на основе моделей OFDM-систем демонстрируют высокую эффективность предложенного подхода. Модель достигает коэффициента детерминации 0,82 и точности предсказания до 0,95, превосходя традиционные аналоги. Ключевыми преимуществами являются высокая скорость сходимости, низкие вычислительные затраты и устойчивость результатов при изменении входных параметров. Разработанный алгоритм является перспективным решением для внедрения в современные системы связи для повышения их помехоустойчивости и адаптивности.

Анализируются возможность интеграции мемристоров в структуру фазированной антенной решётки (ФАР), оценка их влияния на характеристики антенны и демонстрация преимуществ перед традиционными подходами. Актуальность данного процесса обусловлена необходимостью преодоления ограничений классических ФАР. Существующие технологии управления фазой часто требуют сложных схем питания, обладают инерционностью и ограниченной надежностью, особенно в экстремальных условиях. Мемристорные решения, напротив, предлагают высокое быстродействие, низкое энергопотребление и возможность сохранения состояния при отключении питания. Несмотря на растущий интерес к мемристорам в микроэлектронике, их применение в антенных решетках остается малоизученным, что определяет научную новизну исследования. Представлен обзор принципов работы ФАР и ключевых свойств мемристоров, предложена концепция фазированной антенной решетки и описаны методы её моделирования, рассматривается анализ результатов и сравнение с традиционными системами, обсуждаются перспективы внедрения технологии и возможные направления дальнейших исследований. Проведенное исследование вносит вклад в развитие адаптивных антенных систем, сочетающих высокую производительность с миниатюризацией и энергосбережением, что особенно востребовано в спутниковой связи, интернете вещей (IoT) и мобильных сетях пятого поколения (5G) и Beyond.

Рассматривается структурная схема разрабатываемого мобильного акустического детектора сигналов. Из соображения кругового приёма сигналов было выбрано используемое в решении количество микрофонов, а также места их крепления на базе шлема. Определено следующее: оптимальная модель микрофонов исходя из критериев чувствительности, частотного диапазона, низкого уровня собственного шума; модель усилительного элемента, обеспечивающего согласование микрофона и входа усилительного каскада; модель аналого-цифрового преобразователя (АЦП), обеспечивающего качественное преобразование аналогового сигнала в цифровой. Представлено схемотехническое решение разрабатываемого устройства. Проведено моделирование аналогового блока приёма сигнала при уровнях входного сигнала 100 мкВ, 10 мВ, 100 мВ, 500 мВ. Получены амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) усилителя и аудиопреобразователя. По уровням несущей и побочных гармоник на выходе модели усилителя звуковой частоты (УЗЧ) при уровне входного сигнала 10 мВ и частоте 1 кГц был получен коэффициент нелинейных искажений составил 0,147 %, что удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к системе. Разработана модель аудиопреобразователя и проведено ее моделирование. Сформирована топология печатной платы, учитывающая то, что разрабатываемая система является мобильной, печатная плата должна обладать низким уровнем внешних наводок. При проектировании печатной платы учитывалось требование перекрытия линий питания и сигнальных линий на верхнем и нижнем слоях. Для предотвращения появления фазовых сдвигов сигналов учитывалась симметрия расположения микрофонов.

Рассмотрены метод последовательного приближения, типовая структура и блоки аналого-цифрового преобразователя (АЦП) на основе регистра последовательного приближения и сравнения его основных параметров с другим типом АЦП. Приведено описание работы и взаимодействия блоков разработанного регистра, основные диаграммы, поясняющие работу микросхемы и возможные не типовые способы её применения. Детальное представление блоков даёт возможность более полно понять принцип работы всей схемы и определить дополнительные способы её применения, найти пути повышения функциональности и эффективности работы схемы. Указаны аналоги для представленных электрических схем разработанных блоков. Описаны основные электрические характеристики и результаты моделирования. Приведён внешний вид топологии кристалла. Топология разработанной микросхемы реализована на базе отечественной КМОП-технологии (комплементарная структура металл — оксид — полупроводник) с проектными нормами 180 нм. При проектировании электрической схемы и топологии использовалась специализированная система автоматизированного проектирования (САПР). При симуляции электрической схемы использовались Spectre модели, предоставленные кремниевой фабрикой. Топология прошла обязательную проверку на соблюдение проектных правил (Design rule check, DRC) и на соответствие электрической схеме (Layout vs. Schematic, LVS).

Представлена комплексная методика проектирования мощных импульсных источников питания (ИИП) для специальной аппаратуры, применяемой в вычислительной технике, системах связи, медицинском оборудовании и радиоэлектронной борьбе (РЭБ), направленная на минимизацию временных затрат и оптимизацию ключевых характеристик. Методика включает поэтапный анализ технического задания, выбор оптимальной схемотехнической топологии (однотактной или двухтактной), расчет и моделирование параметров силовой части, в частности трансформатора и дросселей, с использованием специализированного программного обеспечения. Особое внимание уделено практическим аспектам отладки опытных образцов. На реальных примерах проанализированы типичные проблемы, возникающие на этапе создания рабочего образца: выбросы напряжения при коммутации ключевых элементов, приводящие к ложным срабатываниям системы управления; паразитный резонанс в первичной цепи трансформатора; повышенные пульсации выходного напряжения из-за отказа снабберных цепей. Для каждой проблемы предложены и экспериментально проверены эффективные решения, такие как коррекция времени переключения транзисторов, смещение рабочей частоты преобразователя для ухода от резонанса и подбор стойких к высокочастотным воздействиям компонентов. Показано, что применение предлагаемой методики позволяет последовательно выявить и устранить недостатки конструкции, обеспечивая соответствие готового устройства заданным техническим требованиям.

Представлена разработка системы автоматического оптического контроля (АОК) печатных плат (ПП) радиотехнических устройств на основе глубоких нейронных сетей. Рассмотрены характерные дефекты ПП, возникающие на этапах фотолитографии, травления и металлизации, и предложены методы их автоматического обнаружения и классификации. Показано, что использование архитектуры YOLOv8 (модель компьютерного зрения с сегментацией объектов на изображениях) в сочетании с алгоритмами предварительной обработки изображений позволяет достичь высокой точности детектирования дефектов при времени обработки одного кадра менее 250 мс. Исследованы и внедрены стратегии ускорения инференса с использованием фреймворков OpenVINO и DeepSparse (открытые наборы инструментов для разработки приложений компьютерного зрения и искусственного интеллекта), обеспечивающие увеличение производительности в 4–5 и 11 раз соответственно. Разработана отказоустойчивая распределённая инфраструктура на базе Apache Kafka (система обмена сообщениями между серверными приложениями, работающая в режиме реального времени) и PostgreSQL (объектно-реляционная система управления базами данных (СУБД) с открытым исходным кодом), обеспечивающая параллельную обработку данных и целостность результатов. Реализован интерфейс взаимодействия с оператором для уведомления о статусе обработки и обновлении моделей. Экспериментальная оценка системы показала точность до 94 % и полноту до 89 %. Применение предложенной методики позволяет повысить выход годной продукции, сократить время контроля и снизить эксплуатационные затраты в производстве печатных плат радиотехнических устройств.

Рассматриваются аналитические и практические подходы к разработке последовательности клёпки панелей крыла малой толщины с целью повышения точности сборки и обеспечения требуемого радиального натяга в высокоресурсных соединениях с помощью заклёпок ОСТ 1 34012-76. Актуальность исследования обусловлена необходимостью минимизации остаточных деформаций и напряжений, которые могут возникнуть при клёпке тонкостенных конструкций авиационной техники (АТ), особенно в условиях ограниченного технологического пространства и высокой плотности заклёпочных рядов с созданием рационального напряжённо-деформированного состояния (НДС). Проанализированы рекомендации по существующим маршрутам клёпки и вариантам предварительной фиксации элементов, включая установку технологических болтов (ТБ) и другого временного крепежа. В работе предложен аналитический метод выбора оптимального маршрута клёпки, учитывающий расположение стрингеров, конфигурацию панели и особенности технологического оснащения. Рассмотрены различные схемы обработки стрингеров по сечениям, а также влияние типа технологического крепежа на стабильность геометрии сборки. Экспериментальная проверка на опытных панелях крыла показала, что применение обоснованной последовательности клёпки позволяет снизить трудоёмкость сборочного процесса на 30 – 40 %, обеспечить требуемый радиальный натяг в диапазоне 1 – 2 % и сохранить отклонения размеров в пределах допусков, установленных нормативно-технической документацией (НТД). Полученные результаты могут быть использованы при проектировании и организации серийного производства летательных аппаратов (ЛА).

Рассмотрены технологические вопросы комбинированной обработки с одновременным использованием нескольких регулируемых физико-технических воздействий, включающих тепловые, электрохимические, механические процессы формообразования мест сопряжения элементов конструкций на примерах многозвенных  силовых передач и длинномерных магистралей для транспортировки жидких рабочих сред. Показано влияние  таких объектов на ресурс и межремонтный период изделий авиакосмического и энергетического машиностроения на этапах их создания совершенствования и освоения в серийном производстве. Обоснован выбор типовых объектов  исследования  с учетом условий  эксплуатации изделий и предложен для этого новый оценочный показатель — критерий технологичности, показывающий количественный уровень эффективности рассматриваемого варианта технологического процесса. Таким образом, научно обосновывается правомерность выбора, назначения или разработки, создания новых технологических решений, определяющих и развивающих  базовые показатели в изделии и обеспечивающих возрастание его качества в целом. На этой базе разработаны перспективные технологические приемы и средства оснащения производства, что позволило построить механизм формирования комбинированных процессов с расширенным использованием накопленного отраслевого опыта успешного применения физико-технических воздействий, в их числе защищенных охранными документами государства. Приведены примеры использования изобретений, большая часть которых получена учеными научной школы ВГТУ, включая изобретение автора и его статьи. Они адаптированы к условиям эксплуатации трансмиссионных и магистральных передач, используемых в авиакосмическом и энергетическом машиностроении, что позволило войти автору в число исполнителей по программам отраслевого и государственного уровня.

Представлены результаты комплексного газодинамического анализа беспилотного летательного аппарата (БПЛА) типа конвертоплан с использованием методов вычислительной гидродинамики (CFD) в среде Ansys Fluent. Особенность газодинамического анализа заключается в продувочной модели летательного аппарата с размещенными на его поверхности двумя мультикоптерами (полезной нагрузкой), которые существенно снижают аэродинамические характеристики БПЛА. Актуальность работы обусловлена растущими требованиями к аэродинамической эффективности и управляемости БПЛА вертикального взлета и посадки, особенно в переходных режимах полета. В отличие от существующих исследований, фокусирующихся на изолированных режимах, в данной работе проведен сравнительный анализ аэродинамических характеристик (поля давлений, скорости, подъемная сила, лобовое сопротивление) для пяти критических углов атаки: -2°, 0°, 2°, 4° и 8°. На основе полученных данных выявлены ключевые зоны формирования аэродинамических моментов и сопротивления, что позволило сформулировать рекомендации по оптимизации геометрии несущих поверхностей и компоновки аппарата. Проведенный анализ демонстрирует не только корректность примененной методики расчета, но и выявляет специфические особенности обтекания конвертоплана с размещенной на его борту полезной нагрузкой, которые необходимо учитывать для повышения устойчивости и энергоэффективности на аэродинамически невыгодных режимах полета. Результаты работы имеют практическую ценность для этапа проектирования БПЛА подобного класса, позволяя сократить количество натурных экспериментов и целенаправленно оптимизировать конструкцию.