CC BY
83
N
vB = X J < nj > B 1 < n > B'
J=VNa+2
N
mB = X<nj >BmJ ,
J=1;Na +2 '
(17)
N
cpB =
X< >
B
'PJ>
(19)
J=1;na+2
а параметры «продукта горения» Б - согласно формулам (6)-(11).
Выводы
Предложен способ построения единого компа-нентного уравнения для необратимой одностадийной реакции горения многокомпонентных газов в кислороде (воздухе), полезный не только для теории турбулентных течений реагирующих газов. Полученные формулы достоверны также для случая, когда в составе «горючего» имеется один горючий компонент. Чтобы убедится в этом, необходимо повторить весь ход мышления для указанного случая.
ЛИТЕРАТУРА
1. Штыков Р.А. Расчет магистральной сети теплоснабжения на основе квазиодномерного моделирования: Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 206-209.
2. Штыков Р.А. Идентификация параметра сопротивления трубопроводов методом аппроксимации по параболическому закону: Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 186188.
3. Иссерлин А.С. Основы сжигания газового топлива. / А.С. Иссерлин. - Л., 1987. - 336 с.
УДК 62-97/-98
Калашников1 В.С., Кузина2 Е.А., Яшин1 Д.С.
1ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет электроники»
АНАЛИЗ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВИБРАЦИИ В ИЗДЕЛИЯХ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
Пенза, Россия информационных
технологий, радиотехники и
К современным изделиям авиационной техники предъявляются разнообразные и зачастую противоречивые требования. Одним из основных противоречий является требование по обеспечению наименьшего веса и достаточной прочности, поскольку повышение прочности обычно связано с утяжелением конструкции, а облегчение конструкции - с понижением прочности.
Под прочностью самолета принято понимать способность его конструкции воспринимать, не разрушаясь, определенные внешние нагрузки. Одним из важнейших дестабилизирующих факторов, приводящих к отказам изделий авиационной техники, является внешнее вибрационное воздействие, поскольку до 30 % отказов приходится именно на него.
Влияние вибрации на изделия авиационной техники бывает довольно разнообразным. Вхождение
конструкции в резонанс вызывает не только преждевременный выход из строя приборов и оборудования вследствие снижения усталостной прочности материалов, но также накладывает существенные ограничения на такие показатели которые, казалось бы, никак напрямую не связаны с вибрацией.
Например, отсутствие встроенного пушечного вооружения истребителя Г-4 (рис. 1) стало серьезным недостатком истребителя в бою. Попытка конструкторов решить проблему за счет установки подвесных пушечных контейнеров не дала положительных результатов. Точность стрельбы, «благодаря» вибрациям контейнера, была практически нулевой. Стационарную же пушечную установку ставить не захотели, избегая утяжеления конструкции [1].
Рисунок 1 - Многофункциональный истребитель F-4 Phantom
Вибрация в изделиях авиационной техники может проявиться в виде таких явлений, как земной резонанс, флаттер и вихревое кольцо.
Земному резонансу появляется тогда, когда при вращении винта лопасти могут поворачиваться в своих вертикальных шарнирах, и их общий центр масс оказывается смещённым в сторону от оси вращения, что приводит к колебаниям втулки винта в горизонтальной плоскости. При совпадении гармоник этих колебаний и собственных колебаний вер-
толёта, стоящего на земле на упругом шасси, возникают неконтролируемые колебания вертолёта — земной резонанс. Предупредить возникновение земного резонанса можно введя демпфирование как в вертикальном шарнире, так и в амортизационной стойке шасси вертолёта.
Флаттером называют самовозбуждающиеся колебания лопастей несущего винта, происходящие за счёт энергии воздушного потока и приводящие к быстрому нарастанию амплитуды махового движения. Флаттер особенно опасен для соосной схемы, так
как из-за этого эффекта происходит перехлест лопастей. Чтобы избежать появления флаттера в лопасти несущего винта устанавливается противо-флаттерный груз, а на втулке маятниковые виброгасители. На вертолётах с шарнирным и упругим типом соединения лопастей признаком появления флаттера во время полёта является «размывание» конуса несущего винта.
Вихревым кольцом называют критический режим полёта вертолёта, развивающийся при быстром снижении с малой поступательной скоростью. Характеризуется резкой потерей высоты и ослаблением реакции вертолёта на перемещение органов управления. Вертолёт резко увеличивает скорость снижения; вследствие турбулентного состояния потока в вихревом кольце возникает тряска вертолёта, ухудшается устойчивость и управляемость.
Для предотвращения появления вибраций вертолета в процессе эксплуатации уже на этапах разработки и производства предъявляются повышенные требования к точности изготовления несущих винтов и деталей трансмиссии.
В этих же целях часто двигатели вертолета, его трансмиссию, включая главные редукторы, устанавливают на резиновых амортизаторах. Так же применяют конструкции с полужестким креплением лопастей и используют новые композиционные материалы. Например, лопасти из композиционных материалов вертолета Lynx 3 (рис. 2) обеспечивают улучшенные характеристики по шуму и вибрации, и способствуют увеличению подъемной силы несущего винта на 20% [2] . Число оборотов винта снижено с целью уменьшения уровня шума, но при этом диаметр винта увеличен.
Основным источником возникновения вибраций в вертолете является работа несущего винта. В отличие от винтов самолета несущий винт вертолета работает в несимметричном косом потоке, вследствие чего левая и правая половины винта работают в различных условиях. Скорость обтекания каждой лопасти несущего винта за один его оборот меняется от минимума до максимума, в результате чего, несмотря на наличие регулятора взмаха, положение лопасти за один ее оборот меняется в значительных пределах [3-5].
Рисунок 2 - Многоцелевой вертолет Lynx 3
В результате воздействия резко меняющихся сил, лопасть несущего винта вертолета за один оборот совершает очень большие и резкие колебания относительно всех шарниров.
Кроме того, имея большие размеры и массу и обладая заданной жесткостью, лопасть несущего винта, через шарнирную подвеску, передает эти колебания всей конструкции вертолета, что может вызывать преждевременный выход из строя приборов, оборудования, и даже приводить к разрушению вертолета.
Дополнительным источником вибрации может явиться трансмиссия вертолета. Если на самолете винт непосредственно крепится на валу двигателя, то на большинстве вертолетов несущий винт закреплен на главном редукторе, отстоящем достаточно далеко от двигателя и связанным с ним длинным валом. При неудачной конструкции трансмиссии последняя вследствие наличия длинных валов может создавать не только повышенные вибрации, но и повышенные напряжения в конструкции вертолета, что так же чревато преждевременным выходом из строя приборов и оборудования.
Наибольшие шумы приходят внутрь вертолета от редуктора и несущего винта в виде высокочастотной вибрации (1-3 кГц) через опоры редуктора. Вследствие того что конструкция вертолета подвергается значительным вибрациям, а наиболее ответственные детали вертолета — лопасти несущего винта — работают в условиях знакопеременных нагрузок, вызывающих усталостные напряжения и почти не поддающихся точному учету, после создания нового типа вертолета он проходит обязательные испытания на ресурс. Такие испытания позволяют достаточно точно оценить надежность конструкции всех частей вертолета.
В процессе эксплуатации штатные диагностические системы современных вертолетов обеспечивают запись вибрационных характеристик редукторов, подшипников опор на частотах 4-20000 Гц и регистрацию режимов полета. После каждого полета эти данные передаются на наземный комплекс, который, обрабатывая полученную информацию, выдает сведения о возможных проблемах в работе трансмиссии в будущем. Кроме того, данные на каждый летательный аппарат заносятся в базу данных, позволяющую централизованно контролировать состояние техники.
Отечественный и зарубежный опыт показывает, одним из важнейших средств поддержания надежности и повышения экономической эффективности использования изделий, в том числе и авиационной техники, является применение систем вибрационной диагностики [6-9]. Эффективность методов вибрационной диагностики обусловлена тем, дополнительные динамические силы, возникающие при появлении дефекта, возбуждают вибрацию непосредственно в месте его возникновения.
Поскольку вибрация практически без потерь распространяется до места измерения, появляется возможность исследовать эти силы непосредственно на функционирующем изделии, без остановки и разборки. Другим немаловажным обстоятельством является возможность автоматизации процессов съема и обработки информации с помощью современной микропроцессорной техники.
Таким образом, овладение специалистами занимающимися диагностированием авиационной техники методами вибрационной диагностики является важной практической задачей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Каталог мирового вооружения [Электронный ресурс] Многофункциональный истребитель F-4 Phantom. Режим доступа: http://worldweapon.ru/sam/f4.php.
2. Militaryarticle [Электронный ресурс] «Линкс 3». Режим доступа: http://militaryarticle.ru/vozdukh/vertolety/19158-lynx-iii.
3. Затылкин, А. В. Исследование влияния деформационной составляющей внешнего вибрационного воздействия на надёжность радиоэлектронных средств / А. В. Затылкин, Д. А. Голушко, Д. А. Рындин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 42-43.
4. Затылкин, А. В Алгоритмическое и программное обеспечение расчета параметров статически неопределимых систем амортизации РЭС / А. В. Затылкин, Г. В. Таньков, И. И. Кочегаров // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 4. С. 33-40.
5. Таньков, Г.В. Волновой метод исследования динамических характеристик упругих конструкций радиоэлектронных средств при нестационарном нагружении / Г. В. Таньков, А. В. Затылкин, Д. А. Рындин // Вестник Пензенского государственного университета. 2013. № 2. С. 101-107.
6. ГОСТ 26382-84 Двигатели газотурбинные гражданской авиации. Допустимые уровни вибрации и общие требования к контролю вибрации.
7. Артемов И.И. Повышение долговечности шаровых опор легковых автомобилей / И.И. Артемов, А.А. Войнов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2007. № 9. С. 43-50.
8. Артемов И.И., Уханов А.П. История техники. Автотракторостроение. Учебное пособие. Пенза, 2005.
9. Тиц, С.Н. Метод выявления дефектов авиационных конструкций основанный на анализе линий максимумов и хребтов непрерывного вейвлет-преоразования /С.Н. Тиц, А.Н. Коптев, Ю.В. Киселёв//Авиаци-онная промышленность. - Москва, 2009.- №6. - С.326-335.
УДК 004.942
Шуваев П.В., Кузнецов М.Д. , Лысенко А.В,
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет»,
Пенза, Россия
АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ЦИФРОВЫМ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ СТАЦИОНАРНОГО ВИБРОМЕТРА
Разработана структурная схема цифрового функционального преобразователя стационарного виброметра. Основной частью схемы является программируемый микроконтроллер ATmegal6, который поочередно опрашивает датчики реализованные на цифровых акселерометрах. В качестве опорного тактового генератора применен кварцевый резонатор, который обеспечивает требуемую точность опорной частоты микроконтроллера. Предложен алгоритм управления цифровым функциональным преобразователем стационарного виброметра, приведено его описание.
Статья подготовлена в рамках реализации проекта «Разработка методов и средств создания высоконадежных компонентов и систем бортовой радиоэлектронной аппаратуры ракетно-космической и транспортной техники нового поколения» (Соглашение № 1519-10037 от 20 мая 2015 г.) при финансовой поддержке Российского научного фонда.
Ключевые слова:
микроконтроллер, виброметр, преобразователь функциональный, алгоритм, цифровой интерфейс.
В информационно-измерительных системах важнейшим элементом является датчиковая аппаратура, в качестве которой часто применяются акселерометры, нашедшие широкое применение в научно-исследовательской деятельности, в частности - для исследования спектральных колебательных характеристик РЭС [1-2]. Знать спектр резонансных частот изделия, входящих в рабочий диапазон частот необходимо для оценки эффективности принятых защитных мер от внешних вибрационных воздействий [3-5] . Часто необходимо проводить измерения в контрольных точках на объекте исследования во время натурных или полигонных испытаний [6], что требует применения мобильных средств измерения. Поэтому разработка цифрового преобразователя функционального для стационарного виброметра, предназначенного для измерения амплитуды виброускорений механических колебаний элементов конструкций РЭС.
Разработанный функциональный преобразователь состоит из печатного узла с расположенными на нем разъемами для подключения ЖК индикатора и
конвертера интерфейсов, расположенных на отдельных печатных платах, разъемами для подключения цифровых и аналоговых датчиков к соответствующим портам микроконтроллера две кнопки, и светодиод ( рис. 1).
Для изменения контрастности жидкокристаллического индикатора, на плате расположен переменный резистор, изменение сопротивления которого изменяет контрастность дисплея. Два резистора используются для подтягивания логических уровней, на выводах опроса кнопок, до цифровой единицы. Поскольку схема цифровая, то в обязательном порядке используются конденсаторы на сотню нанофарад между выводами питания микросхем, создающие локальные источники питания, не позволяющие просадить напряжение источника питания до предельно низких значений в моменты переключения транзисторов микроконтроллера, тем самым уменьшая влияние индуктивности соединительной линии между источником питания и потребителем мощности.
Рисунок 1 - Структурная схема цифрового преобразователя функционального стационарного
