CC BY
29
A methodological approach is proposed for estimating the distance between two space objects on a long time interval with application of the mathematical apparatus quaternions.
Key words: space object, quaternions.
Zozulya Ludmila Petrovna, candidate of technical sciences, senior researcher, vka@ mil.ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Space Academy,
Bulekbaeva Marina Jurievna, senior researcher, vka@mil.ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Space Academy,
Goncharov Pavel Sergeevich, candidate of technical sciences, head of department, vka@mil.ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Space Academy
УДК 535.243 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-6-83-88
ФОТОМЕТРИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ
С.В. Колисниченко, А.А. Константинова, А.Ч. Машек, Е.Е. Майоров, Е.А. Писарева, Г.А. Цыганкова
Приведен спектральный прибор для количественного и качественного анализа различных жидкофазных веществ. Показаны актуальность и перспективность фотометрии для измерения оптических свойств моторных масел. Измерения проводились на автоматизированном спектральном приборе «Флюорат-02-Панорама». Даны технические характеристики и описана оптическая схема прибора. Определены объекты исследования - моторные масла марки «Shell Helix Ultra 5w-30» приобретенные в разных странах: Китай, Финляндия, Россия. Получены спектральные зависимости коэффициента поглощения моторных масел, где кривые распределения были отличны друг от друга. Проведенный анализ показал, что для всех моторных масел «Shell Helix Ultra 5w-30» максимальное поглощение, находится в диапазоне длин волн 250...290 нм.
Ключевые слова: спектральный прибор, монохроматор, фотометрический метод, длина волны излучения, кювета, фотоприёмное устройство, дифракционная решетка.
На сегодняшний день во всем мире, в частности и в России, бурно развивается автомобилестроение [1]. В данной промышленной отрасли огромное внимание уделяют двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Парк ДВС с каждым годом обновляется и расширяется на рынках в России и за рубежом [2]. Любители автомобилисты прекрасно знают, что основной механический узел в автомобили - ДВС [3].
Для качественной работоспособности ДВС хорошо очищенного бензина недостаточно. Важную роль в работе ДВС играет моторное масло [4]. От того какого качества моторное масло зависит срок эксплуатации ДВС, а также в каком количестве выбрасываются в окружающую среду выхлопные газы.
Поэтому определение каких - либо примесей в моторных маслах является важной задачей современного научно-технического комплекса [5]. Для исследования моторных масел актуальным и перспективным направлением является использование автоматизированных оптико-электронных методов и средств [6]. К этим методам можно отнести фотометрический метод измерений. Данный метод современный, высокоточный и экономически выгоден [7]. Фотометрический метод позволяет проводить количественный и качественный анализ исследуемых веществ. Благодаря этому методу можно получать достоверную и полноценную информацию об электронных и молекулярных структурах исследуемых веществ [8].
83
Целью работы явилось исследование автомобильных моторных масел фотометрическим методом.
Постановка задачи. Основной задачей исследования являлось создание методики, которая позволила регистрировать длины волн излучения исследуемых веществ в каналах возбуждения и записи при максимальном значении выходного сигнала. Априорная информация о спектральных зависимостях коэффициента поглощения (К) моторных масел в научной литературе практически отсутствует.
Объект и метод исследования. Исследованиям подвергались марки моторных масел «Shell Helix Ultra 5w-30», приобретенные в разных странах: Китай, Финляндия, Россия. Объекты исследования были предоставлены одной из Санкт-Петербургских фирм, занимающиеся продажей данной продукции.
Измерения проводились по средству фотометрического метода, в частности, ультрафиолетовой спектроскопией (УФ-спектроскопия), который позволил регистрировать малейшие изменения состава моторных месел.
В работе использовался автоматизированный спектральный прибор «Флюорат-02-Панорама» (выпускается ООО «Люмэкс», Россия) [9]. Внешний вид прибора приведен на рис. 1.
Рис. 1. Внешний вид спектрометра
Данный прибор предназначен для проведения научных исследований фотометрических характеристик анализируемых веществ. Технические характеритики «Флюо-рат-02-Панорама»:
- спектральный диапазон в канале возбуждения 210-840 нм;
- спектральный диапазон в канале регистрации 210-840 нм;
- погрешность измерений не более 3 нм;
- объем анализируемой пробы в кювете К10 3 мл;
- питание 110-220 В, 50-60 Гц;
- потребляемая мощность 40 Вт;
- габаритные размеры 400x355x150 мм;
- масса 15 кг.
Основным блоком прибора является оптический блок.
На рис. 2. приведена оптическая схема прибора.
Спектральный прибор работал в фотометрическом режиме. Источник света -ксеноновая лампа высокого давления, работала в режиме коротких (~1 мкс) импульсов, с частотой повторения 25 Гц. Спектр испускания ксеноновой лампы - от жесткого ультрафиолетового (190 нм) до ближнего инфракрасного (2,5 мкм) излучения. Измерения спектров поглощения проводились в диапазоне от 200 до 400 нм [10].
Для выделения необходимого спектрального диапазона в приборе применялся монохроматор с вогнутой дифракционной решеткой, работающей в первом порядке дифракции. Для того, чтобы не допустить проникновения в кювету с анализируемой
84
пробой излучения второго порядка дифракции (например, при настройке монохромато-ра на 500 нм в проходящем свете может присутствовать излучение с длиной волны 250 нм), монохроматор снабжен устройством, отсекающим второй порядок дифракции и включающимся на длинах волн больше 400 нм [11, 12].
£
1 2Т 4
12 "IT
"IV"
11 "Ш"
Рис. 2. Оптическая схем спектрального прибора: 1 — источник излучения;
2 — устройство отсечки второго порядка дифракции; 3 — монохроматор осветительного канала; 4 и 7 — светофильтры каналов возбуждения и регистрации; 5 и 10 — светоделительные пластины; 6 — кювета с анализируемой пробой; 8 — монохроматор; 9,11,12 — фотоприёмные устройства
Работа в фотометрическом режиме проходит в несколько этапов. Излучение проходит через осветительный монохроматор 3. Попадает на светоделительную пластину 5. Проходит через кварцевую кювету с пробой 6. Отражается от светоделитель-ной пластины 10. Попадает на фотоприемное устройство 11, находящийся в фотометрическом канале.
Экспериментальные результаты и их обсуждение. На рис. 3 приведены ультрафиолетовые спектры поглощения различных моторных масел «Shell Helix Ultra 5w-30» приобретенных в разных странах. Кривая распределения спектров поглощения «Shell Helix Ultra 5w-30» - Финляндия отличается спектров поглощения «Shell Helix Ultra 5w-30» - Китай и Россия.
0.9 0,8 0,7
Е 0.5
о
^ 0,4
0,3 0.2 0,1 о
210 230 250 270 290 310 330 350 370 390
А, нм
Рис. 3. Спектральная зависимость коэффициента поглощения (K) Моторных масел «Shell Helix Ultra 5w-30»: 1 — приобретено в Финляндии; 2 — приобретено в Китае; 3 — приобретено в России
Проведя анализ полученных спектров, можно увидеть, что максимальное поглощение, для всех моторных масел «Shell Helix Ultra 5w-30», находится в диапазоне длин волн 250...290 нм. Видимо, сильными поглотителями в этой части являются молекулы углеводородов.
Заключение. Определение оптических свойств моторных масел - это актуальная задача для машиностроения, так как по спектральным кривым можно судить о качестве продукта. Выбор качественного масла - увеличенный срок эксплуатации, позволит работать в нормальном режиме и увеличит степень экологичности ДВС. Для этого необходим независимый контроль качества моторных масел для выявления подделок на рынке в России.
В работе получены оптические спектры поглощения веществ, которые в дальнейшем можно учитывать для создания портативного оптического зонда на основе определенного светодиода. Это позволит проводить экспресс-анализ моторных масел. Данная работа представляет интерес для оптического приборостроения, а также для машиностроения.
Список литературы
1. Гришкевич А.И., Ломако Д.М., Автушко В.П. Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Системы управления и ходовая часть. Мн.: Высшая школа. 1987. 200 с.
2. Карбанович И.И. Краткий справочник по импортным автомобилям. Транспорт. 1980. 193 с.
3. Громаковский А. Обслуживание и вождение автомобиля в любое время года. СПб.: Питер. 2009. 176 с.
4. Коган В.Т., Лебедев Д.С., Павлов А.К., Чичагов Ю.В., Антонов А.С. Портативный масс-спектрометр для прямого контроля газов и летучих соединений в пробах воздуха и воды // Приборы и техника эксперимента. 2011. № 3. С. 105-112
5. Asheri-Arnon T., Ezra S., Fishbain B. Contamination detection of water with varying routine backgrounds by UV-spectrophotometry // Journal of Water Resources Planning and Management. 2018. V. 144. N 9. doi: 10.1061/(asce)wr.1943-5452.0000965
6. Stefanescu R., Brebu S., Matei M. et al. Contribution to casein determination by UV spectrophotometry // Acta Chemica Iasi. 2017. V. 25. N 2. P. 112-126. doi: 10.1515/achi-2017-0011.
7. Alves E.M. et al. Use of ultraviolet-visible spectrophotometry associated with artificial neural networks as an alternative for determining the water quality index // Environmental Monitoring and Assessment. 2018. V. 190. N 6. P. 319. doi: 10.1007/s10661-018-6702-7.
8. Вертинский А.П. Применение спектрофотометрического метода для мониторинга природных вод // Успехи современного естествознания. 2014. № 5-1. С. 205207.
9. Майоров Е.Е., Туровская М.С., Литвиненко А.Н., Черняк Т.А., Дагаев А.В., Пономарев С.Е., Курлов В.В., Катунин Б.Д. Исследование разработанного спектрофотометра для ультрафиолетовой области спектра и его технико-экономическое обоснование // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2018, №7, С. 38 - 43.
10. Майоров Е.Е., Машек А.Ч., Цыганкова Г.А., Писарева Е.А. Исследование спектрофотометра ультрафиолетовой области длин волн для анализа спектров пропускания дисперсных сред // Известия ТулГУ. Технические науки. 2018. Вып.4. С. 357365.
11. Майоров Е.Е., Машек А.Ч., Цыганкова Г.А., Хайдаров А.Г., Абрамян В.К., Зайцев Ю.Е. Разработка лабораторного спектрофотометра видимой области спектра для контроля жидкофазных сред // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2016. №8. С. 42-46.
12. Майоров Е.Е., Прокопенко В.Т., Ушверидзе Л.А. Исследование ультрафиолетового спектрофотометра (Х=200...400 нм) и его компонентов // Приборы. 2014. №2 (164) С.10-15.
Колиснеченко Сергей Викторович, д-р тех. наук, доцент, serjkop@yandex.ru, Россия, Санкт-Петербург, Государственный университет морского и речного флота им. С. О. Макарова,
Константинова Анна Алексеевна, преподаватель, konstantinova.a.a@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. С.М. Будённого,
Машек Александр Чеславович, преподаватель, mashek50@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-морской политехнический институт г. Пушкин,
Майоров Евгений Евгеньевич, канд. тех. наук, доцент, majorov_ee@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский университет технологий управления и экономики,
Писарева Елена Алексеевна, преподаватель, episareva@icloud. com, Россия, Санкт-Петербург, Михайловская военная артиллерийская академия,
Цыганкова Галина Александровна, канд. физ.-мат. наук, преподаватель, ga-lusinka@,mail.ru, Россия, Пушкин, Военно-морской политехнический институт
PHOTOMETRY OF AUTOMOTIVE MOTOR OILS
S.V. Kolesnichenko, A.A. Konstantinova, A.C. Mashek, E.E. Maiorov, E.A. Pisareva, T.A. Tsygankova
The paper a spectral device for quantitative and qualitative analysis of various liquid-phase substances is presented. The relevance and prospects of photometry for measuring the optical properties of motor oils are shown. In the work, the measurements on an automated spectral device "Fluorat-02-Panorama" were carried out. The technical characteristics were given and the optical scheme of the device was described. The objects of the study - motor oils of the Shell Helix Ultra 5w-30 brand purchased in different countries: China, Finland and Russia were identified. The spectral dependences of the absorption coefficient of motor oils were obtained, where the distribution curves were different from each other. The analysis showed that for all Shell Helix Ultra 5w-30 engine oils, the maximum absorption is in the wavelength range of250...290 nm were showed.
Key words: spectral device, monochromator, photometric method, radiation wavelength, cuvette, photodetector, diffraction grating.
Kolesnichenko Sergey Viktorovich, doctor of technical sciences, docent, serikop@yandex.ru, Russia, Saint-Petersburg, AdmiralMakarov State University of Maritime and Inland Shipping,
Konstantinova Anna Alekseevna, teacher, konstantinova.a.a@mail.ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Academy of telecommunications named. S. M. Budyonny,
Mashek Alexander Cheslavovich, teacher, mashek50@,mail.ru, Russia, Pushkin, Naval Polytechnic Institute,
Maiorov Evgeny Evgenievich, candidate. of technical sciences, docent, ma-jorov_ee@mail.ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg University of management technologies and Economics,
Pisareva Elena Alekseevna, teacher, episareva@icloud.com, Russia, Saint-Petersburg, Mikhailovskaya military artillery academy,
Tsygankova Galina Aleksandrovna, candidate of physical and mathematical sciences, teacher, galusinka@mail.ru, Russia, Pushkin, Naval Polytechnic Institute
УДК 528.013 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-6-88-92
НАБЛЮДАЕМЫЙ СЕКТОР ОБЗОРА ОРБИТ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ШИРОТЫ МЕСТНОСТИ
С.И. Богомолов
Изложены два подхода для определения видимого сектора обзора орбит космических аппаратов в зависимости от широты нахождения станции на земле. Представлены формулы для расчета видимого угла сектора обзора орбит космических аппаратов. Сделан вывод о целесообразности применения формул.
Ключевые слова: рекогносцировочные изыскания, показатель «Наблюдаемый сектор орбиты, широта расположения станции наблюдения.
Интенсивное развитие Вооружённых сил Российской Федерации характеризуется активным строительством новых и модернизацией существующих объектов военной инфраструктуры. Важной составляющей данного процесса является проведение рекогносцировочных изысканий по выбору места размещения создаваемых объектов, т.к. от этого во многом зависит эффективность их использования для решения задач по предназначению, а также стоимость их строительства и эксплуатации [1].
Одним из показателей рекогносцировочных изысканий (РИ) является наблюдаемый сектор обзора орбит космических аппаратов (КА) в зависимости от положения станций слежения на земной поверхности по широте. Практика участия в проведении РИ показывает, что, как правило, размещение новых объектов осуществляется в пределах позиционных районов войсковых частей КВ либо вблизи них. В настоящее время используются некоторые данные по геостационарным орбитам (ГСО) в области экваториальной плоскости. Однако, теоретическое определение их положения не уточнены. Поэтому актуальным является вычисление видимой дуги ГСО КА в зависимости от широты местности. В данной статье приведены способы вычисления дуги ГСО КА в северной половине земного шара.
В табл. 1 приведены значения наблюдаемого сектора ГСО в зависимости от широты пункта наблюдений [2]. Графически зависимость наблюдаемого сектора орбиты КА от широты размещения средства наблюдения (СН) представлена на рис. 1.
При оценивании функциональной пригодности участка для размещения средства КВ по показателю «Наблюдаемый сектор орбиты» необходимо отталкиваться от широты, на которой оно расположено.
Расчет зависимости угла видимого сектора орбиты ГСО проанализирован двумя подходами: а и б.
Подход «а». Для расчета угла зависимости видимого сектора орбиты ГСО используется схема, изображенная на рис. 2.
