Preview

Машиностроение и компьютерные технологии

Расширенный поиск
№ 11 (2017)

МЕХАНИКА

1-16 205
Аннотация

В статье рассматривается транспортная операция доставки груза с круговой орбиты с помощью космической тросовой системы. Использование троса позволяет перевести капсулу с грузом на орбиту спуска без использования реактивного топлива. Всю транспортную операцию можно разделить на три участка: торможение для схода груза с исходной орбиты, полет по эллиптической орбите до границы атмосферы, спуск в атмосферу. Для торможения на первом этапе используется протяженный трос, длина которого изменяется в соответствии с принципом качелей. Этот принцип позволяет осуществить раскачку космической тросовой системы и использовать относительную скорость возвратного колебания для уменьшения абсолютной скорости груза на конце троса.

Цель данной работы является разработка методики выбора параметров закона управления длиной троса и момента отделения капсулы, позволяющих осуществить посадку капсулы с учетом допустимых тепловых и динамических нагрузок на атмосферном этапе движения.

В рамках работы рассмотрено плоское движение механической системы, состоящей из спутника, невесомого троса и груза. Были записаны уравнения, описывающие движение груза на этапах связанного движения, свободного орбитального полета и спуска в атмосферу. Была предложена методика выбора параметров закона управления длиной троса. В качестве критерия эффективности был использован функционал, учитывающий динамические и тепловые нагрузки на атмосферном участке спуска груза. Этот функционал может быть построен численно для системы с заданными массово-геометрическими параметрами в результате серии численных расчетов. В рамках работы было проведено сравнение спуска груза при использовании хорошо известного динамического закона управления тросом и закона управления на основе принципа качелей. Было показано, что в задаче спуска груза с круговой орбиты принцип качелей оказывается более эффективным, чем динамическое развертывание. Оптимальное значение коэффициента управления находится на границе по скорости выпуска троса.

Полученные результаты могут быть использованы на этапе проектирования космических транспортных систем, включающих протяженные тросы.

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

17-28 184
Аннотация

В современном транспорте с электроприводом преимущественно используются литий-ионные тяговые батареи. Достижение оптимальных выходных характеристик и длительного срока службы батарей обеспечивается поддержанием определённого температурного диапазона. Для выполнения этой задачи необходимо включать в состав батарейного блока систему термостатирования, состоящую из электрического насоса и радиаторов охлаждения батарей и рабочей жидкости. Одним из этапов разработки системы термостатирования является определение потребной напорной характеристики насоса, которая зависит от гидравлического сопротивления системы.

В качестве объекта исследования использовался модульный батарейный блок электробуса энергоемкостью 150 кВт•ч. В статье описывается поэтапный расчет гидравлического сопротивления радиатора с помощью численного моделирования в программном комплексе Ansys CFX, а также затрагиваются особенности расчета задачи движения жидкости в трубопроводе. Проводится сравнительный анализ влияния формы каналов радиаторов на гидравлическое сопротивление, на основании которого предложена оптимальная форма каналов, оказывающая меньшее сопротивление движению рабочей жидкости. Составлена математическая модель системы термостатирования батарей, с помощью которой была определена потребная характеристика насоса. Представленная модель позволяет моделировать различные схемы подключения элементов системы охлаждения батарей. В результате расчетов было установлено, что необходимо использовать параллельную схему подключения радиаторов, обеспечивающую минимальное гидравлическое сопротивление системы.

Предложенный метод расчета позволяет на стадии проектирования определять гидравлическую характеристику разрабатываемых компонентов системы охлаждения и, в дальнейшем, с помощью имитационного математического моделирования вычислять потребную характеристику насоса.

АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА

29-43 260
Аннотация

В статье рассмотрены возможности использования газотурбинного двигателя в качестве привода магистрального нефтяного насоса. Отмечено, что газотурбинный привод оказывается выгоднее электродвигателя в случае отсутствия внешнего энергоснабжения или при значительных сроках строительства линий электропередач, а также при частых изменениях количества перекачиваемых нефтепродуктов.

Основной задачей данной работы является выбор оптимальных параметров цикла двигателя для конкретной модели насоса, применяющейся на нефтеперекачивающих станциях. В качестве объекта исследования был выбран магистральный нефтяной насос марки НМ 10000/1,25-210. В работе представлены технические характеристики центробежного насоса НМ 10000/1,25-210 и опытные значения напора, мощности и КПД насоса для ряда подач. По формулам подобия получены напорные и мощностные характеристики центробежного насоса для разных частот вращения ротора.

В качестве привода центробежного насоса рассмотрено применение двухвальной установки со свободной силовой турбиной. Данная схема выбрана в соответствии с особенностями работы газотурбинного насосного агрегата на нефтеперекачивающей станции. Отмечено, что схема со свободной силовой турбиной позволяет согласовывать характеристики газотурбинного двигателя и нефтяного насоса на нерасчетных режимах работы, поскольку отсутствует механическая связь между турбинами высокого и низкого давления.

Рассчитаны параметры цикла газотурбинного двигателя мощностью Ne = 8 МВт. Представлены графики зависимости расхода воздуха GB, удельного расхода топлива Ce  и КПД ηe от степени повышения давления πk в компрессоре. В соответствии с графиками принято оптимальное значение степени повышения давления в компрессоре πk= 15. При πk= 15 удельный расход топлива в газотурбинном двигателе мощностью Ne = 8 МВт составляет Ce= 0,22 кг/кВт*ч, расход воздуха GB= 20,5 кг/с. КПД двигателя при выбранных параметрах составляет ηe= 38,4%.

Отмечено, что для обеспечения наиболее экономичной работы газотурбинного двигателя необходимо выбрать оптимальную программу регулирования, которая определяется с учетом характеристик нагрузки, в данном случае характеристик насоса.

ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

44-63 209
Аннотация

Рассмотрены технологические возможности повышения производительности плазмохимического травления (ПХТ) силикатных стекол через хромовую маску на установке с вынесенным планарным индуктором, формирующим высокочастотную диодную систему. Рассмотрен случай, когда индуктор в виде спиральной антенны расположен над заготовкой.

Аналитически исследованы этапы процесса ПХТ и определены лимитирующие воздействия каждого из этапов, влияющие на скорость травления и качество обработанной поверхности. Показано, что в условиях применения установок рассмотренного типа, лимитирующим по качеству подвергнутой ПХТ поверхности является этап отвода продуктов травления от заготовки, а лимитирующим по производительности травления является этап формирования химически активных частиц (ХАЧ) в плазме.

Сопоставление аналитических результатов с экспериментальными данными указывает на то, что в рассмотренных условиях формируется плазма низкой плотности и высокого давления. Экспериментально исследовалось влияние расположения обрабатываемой поверхности и рабочего давления в камере на скорость травления и особенности формирования травленой поверхности. В качестве обрабатываемого материала исследовались заготовки фотошаблонов интегральных микросхем из силикатного стекла с хромовым покрытием. Маску для ПХТ создавали методом электронно-лучевой литографии.

Экспериментально установлено, что при расположении образца в плазме обрабатываемой поверхностью, направленной “вниз” глубина травления оказывается на 5-10% больше глубины травления поверхности, направленной “вверх”. Также установлено, что увеличение подачи газов в два раза приводит к увеличению глубины травления также в два раза.

При проведении оптико-микроскопического исследования подвергнутых травлению поверхностей образцов обнаружены участки, покрытые зелёным или коричневым налётом. Предположительно это эффект обратного осаждения маски в виде соединений CrF3, CrF4, что говорит о необходимости поиска замены хромовой маски.

Для силикатного стекла, близкого по составу к оптическому стеклу марки К8, получены скорости травления 45 - 90 нм/мин, что позволяет использовать ПХТ на установках с вынесенным индуктором, реализующих высокочастотную диодную схему, в качестве способа формирования микрорельефа дифракционных и голограммных оптических элементов глубиной 400-500 нм.

ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ

64-74 162
Аннотация

В работе рассмотрена проблема многоиндикаторного выбора «наилучшего» алгоритма для решения МКО-задачи. Из большого числа известных алгоритмов решения задачи многокритериальной оптимизации (МКО-задача) выделяем алгоритмы, основанные на предварительном построении аппроксимации ее фронта (множества) Парето и называемые П-алгоритмами.

Ввиду наличия большого числа П-алгоритмов возникает проблема выбора «наилучшего» алгоритма для данной МКО-задачи (и/или данного класса этих задач) ‑ проблема метаоптимизации. Ввиду наличия большого числа П-алгоритмов возникает проблема выбора «наилучшего» алгоритма для данной МКО-задачи (и/или данного класса этих задач) ‑ проблема метаоптимизации. Ставим задачу структурной мета-оптимизации П-алгоритмов, которая предполагает одновременное построение П-аппроксимации и оптимизацию этой аппроксимации по одному или нескольким П-индикаторам.

В работе приведена постановка базовой МКО-задачи и описаны используемые индикаторы качества П-аппроксимации. Рассматриваются несколько методов выбора «наилучшего» П-алгоритма - метод, основанный на использовании того или иного способа визуализации многоиндикаторных оценок качества П-аппроксимации, метод на основе скалярной свертки выбранных лицом, принимающим решения (ЛПР) индикаторов качества П-аппроксимации, а также авторский автоматизированный метод, предполагающий предварительную аппроксимацию функции предпочтений ЛПР. Для каждого метода представлено математическое описание, рассмотрены достоинства и недостатки, а также показаны пути преодоления этих недостатков.

Основной научный результат работы заключается в разработке оригинального метода PREF-I решения МКО-задачи задачи на основе выявления так называемой функции предпочтений (ЛПР). Этот метод можно считать развитием метода PREF, ориентированного на решение исходной МКО-задачи.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-9278 (Online)