CC BY
79
Список литературы
1. Дмитриевский А.А., Лысенко Л.Н. Внешняя баллистика. М.: Машиностроение, 2005. 608с.
2. Лебедев А.А., Чернобровкин Л.С. Динамика полета беспилотных летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1973. 616 с.
3. Орлов А.Р. Основы устройства и функционирования снарядов реактивных систем залпового огня. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 165 с.
4. Орлов А. Р., Сатаров А. В., Троицкий А. Н. Прикладная аэродинамика беспилотных летательных аппаратов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. 132с.
V.V. Zagorulko
ROCKETS WITH THE DISK-SHAPED CASE
The assessing of expediency of giving to the case of a rocket of the disk-shaped form added with aerodynamic bodies to stabilization and guidance was made. Optimum conditions for ensuring planning of these rockets are defined and trajectory characteristics are received.
Key words: a rocket operated, disk, a trajectory, planning, range of flight, aerodynamic quality.
Получено 07.02.12
УДК 621.445
М.А. Загорулько, асп., (4872) 35-18-79, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИК И ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ФОНА ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
Проведен анализ результатов численного моделирования суточного хода температуры и энергетической яркости земной поверхности для различных климатических зон.
Ключевые слова: фоноцелевая обстановка, температура, климатическая зона, подстилающая поверхность.
Подготовка и ведение боевых действий невозможны без наличия различной информации о местности.
Существует мнение, что в вооруженных конфликтах и локальных войнах XXI столетия выиграет тот, кто сможет быстрее собрать многоплановые, постоянно меняющиеся данные о ходе боя, проанализировать их, сделать правильные выводы, принять верное решение и быстро довести
33
его до подчиненных. Для обеспечения победы прежде всего необходимо достичь информационного превосходства над силами противника. Это позволит опередить его в анализе быстро меняющейся боевой обстановки и принятии правильного решения о ходе операции.
Создание пассивных головок самонаведения, работающих в окнах прозрачности атмосферы, - весьма актуальная и сложная задача. Одна из причин сложности использования тепловых ГСН - это большое разнообразие тепловых образов фонов подстилающей поверхности. Получить высокодостоверную информацию для генерирования эффективных алгоритмов селекции цели возможно при моделировании фоноцелевой обстановки (ФЦО) и, в частности, фона подстилающей поверхности (ФПП).
Необходимость математического моделирования ФПП очевидна, поскольку невозможно экспериментально реализовать все случаи ФЦО. В ходе натурного эксперимента невозможно учесть все погодные условия, так как постоянно изменяются параметры атмосферы. Также проведение физического моделирование требует больших денежных затрат. Использование накопленных знаний по сезонно-суточным колебаниям деятельного слоя почв не позволяет с достаточной точностью спрогнозировать термодинамическую температуру сложного и разнообразного фонового сюжета, попадающего в поле зрения тепловой ГСН.
В процессе математического моделирования рассматривался комбинированный радиационно-конвективный теплообмен между земной поверхностью и окружающим пространством (воздух, Солнце). При этом было необходимо учесть климатические зоны, типы грунтов, время года и суток. В конечном счете, в процессе формирования математической модели необходимо получить систему уравнений, позволяющую определить температуру земной поверхности, исходя из общей характеристики процесса сложного теплообмена, особенностью которого является сочетание трех способов переноса теплоты (теплопроводности, конвективного теплообмена и излучения).
Были разработаны физическая и математическая модели теплообмена подстилающей поверхности с окружающей средой и физическая и математическая модели ИК поля ФПП в диапазоне длин волн от 3 до 5 мкм и от 8 до 13 мкм.
На основе полученных моделей была разработана программа для определения температурного и ИК полей ФЦО, а также проведена проверка адекватности полученной математической модели.
В результате проверки было установлено, что относительная погрешность между полученными результатами и экспериментальными данными не превысила +5 % от последних. Можно предположить, что значения температуры поверхности в результате расчета превышают значения температур поверхности экспериментальных данных, вследствие неучета в математической модели испарения с земной поверхности и излучения не-
34
бесной полусферы и облаков. Исходя из этого можно сказать, что земная поверхность не получает некоторого количества тепла в течение суток, но и не отдает некоторое количества тепла за счет испарения. Так как величина испарения играет не последнюю роль в охлаждении земной поверхности, то она не успевает охладиться в течение суток, и температура поверхности в расчете по полученной программе несколько выше экспериментальной кривой (но не превышает 5 %). Такое значение относительной погрешности является приемлемым для проводимых расчетов.
Исходными данными для проведения расчета являлись: широта местности, дата, температура окружающей среды, сюжет подстилающей поверхности. Расчеты проводились для шести климатических зон: Центральный район Российской Федерации (Москва, широта 56°), Приморский край (Владивосток, широта 42°), Прибалтика (Рига, широта 55°), Украина (Одесса, широта 46°), Кавказ (Батуми, широта 43°), Средняя Азия (Ашхабад, широта 38°). Расчет возможен для любого дня и месяца года.
Суточный ход температуры окружающей среды определялся в зависимости от типа климатической зоны и выбранной даты по таблицам статистических данных. В программе расчет проводился для минимальных, средних и максимальных значений температур окружающей среды, а также для трех значений облачности: 0, 25 и 50 %.
На основании полученных значений были определены математический ожидания, дисперсии и среднеквадратические отклонения для суточного хода температур и энергетической яркости в двух диапазонах длин волн - от 3 до 5 мкм и от 8 до 13 мкм.
Расчеты показали, что влияние облачности и изменения температуры воздуха на градиент температуры элементов ПП и суточный ход ИК излучения имеет одинаковый характер для всех типов поверхностей, времен года и климатических зон. Из полученных результатов видно, что наибольшее значение температуры и энергетической яркости элементов ПП в ИК диапазонах от 3 до 5 мкм и от 8 до 13 мкм наблюдается при максимальной температуре воздуха и нулевой балльности облачности, а минимальные значения - при минимальной температуре воздуха и 50 %-ной балльности облачности. Также можно сказать, что при нулевой балльности облачности наблюдается наибольший градиент температур, с увеличением балльности облачности градиент температур уменьшается. В темное время суток градиент температур очень мал и даже имеет отрицательные значения, потому что высота Солнца мала, а также температура окружающей среды выше, чем температура элементов ПП, т. к. воздух охлаждается медленнее, чем земная поверхность.
На рис. 1-3 приведены графики математических ожиданий суточного хода температуры различных элементов ПП для разных сезонов года
(весна, лето, осень, зима) и графики математических ожиданий суточного хода энергетических яркостей различных элементов ПП для разных сезонов года (весна, лето, осень, зима) на примере Центрального района РФ.
время, ч
Рис. 1. Математическое ожидание суточного хода температуры элементов ПП в Центральном районе РФ
Центральный район РФ
2,6 2,4
I 2<2 >
» 2 1= 1=
О
| 1.6 Д 1.4
I
-—
> ч
/ / \ 1
/ к N 1ет< 5
рр гна пг РШ
/
- ■ N \
ч V
Сч
ь,- _ .. ф й
— р - - — —- Им 1
бетон
чернозем
О 1 2 3 4 5 6 7 В 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 "21 22 23
время, ч
Рис. 2. Математическое ожидание суточного хода энергетической яркости элементов ПП в диапазоне 3...5 мкм в Центральном
районе РФ
Рис. 3. Математическое ожидание суточного хода энергетической яркости элементов ПП в диапазоне 8...13 мкм в Центральном
районе РФ
Суточная амплитуда колебаний температуры ПП наибольшая в летнее время года во всех рассматриваемых климатических зонах, потому что приход тепла от Солнца имеет большое значение, что обусловлено небольшой продолжительностью темного времени суток, когда высота Солнца имеет отрицательные значения или очень мала. Большую часть времени в летний период занимает светлая часть суток, когда углы Солнца положительны и земная поверхность интенсивно прогревается.
Зимой же суточная амплитуда колебаний температуры поверхности невелика и сами значения температур элементов ПП малы. Это обусловлено малой высотой Солнца, значительно поздним восходом и ранним закатом по сравнению с летним временем года. Таким образом, световой день короткий, углы Солнца малы, поэтому земная поверхность прогревается слабо.
Весна и осень являются переходными сезонами между летом и зимой, и суточная амплитуда колебаний температуры поверхности занимает промежуточное положение между летней и зимней. Значения температур одинаковых элементов ПП в эти сезоны как для Центрального района РФ, так и для Средней Азии очень близки, разница между одинаковыми фоновыми образованиями составляет не больше одного градуса. Наибольшая разница между одинаковыми элементами наблюдается в Приморском крае и составляет 7 градусов. В Прибалтике, на Украине и на Кавказе эта разница составляет 5, 3 и 6 градусов соответственно.
По результатам расчетов можно сделать вывод, что вне зависимости от сезона и климатической зоны больше всего нагревается чернозем, за ним идут песок и глина, а замыкающее положение занимает бетон. Это обусловлено тем, что у элементов ПП различные теплофизические свойства, основные из которых теплоемкость и теплопроводность. Различное сочетание этих свойств и привело к получению результатов, приведенных на рис. 1-3. Для зимы амплитуда суточных колебаний будет минимальна из-за небольшой температуры элементов ПП и малой высоты Солнца. На графиках видно, что в зимнее время значения энергетических яркостей для различных типов фоновых образований практически совпадают, кроме чернозема. Возрастание амплитуды чернозема и увеличение значения энергетической яркости по сравнению с остальными обусловлено тем, что у него самая большая излучательная способность и самая маленькая отражательная способность. Поскольку у бетона, глины и песка разные излуча-тельные и отражательные способности, а значения энергетических яркостей очень близки и различаются немного только в дневное время суток, когда положительны углы Солнца, можно говорить о том, что не последнюю роль в определении энергетической яркости элементов ПП играет высота Солнца. Разные фоновые образования имеют некоторые общие участки не в утреннее или вечернее время, а в дневное время суток, это можно объяснить только случайным сочетанием температуры этих поверхностей с их отражательными или излучательными свойствами.
Для зависимостей весны и лета так же, как и на графиках, для математического ожидания температуры элементов ПП, прослеживается в Центральном районе РФ и в Средней Азии очень малое отличие между значениями математических ожиданий энергетических яркостей одинаковых элементов ПП в обоих диапазонах длин волн, для остальных климатических зон эти значения весьма различны.
Результаты показали, что при рассматриваемых условиях нет таких интервалов для различных фоновых образований и климатических зон, а также времен года в обоих диапазонах длин волн, которые совпадали бы между собой или один был бы полностью включен в состав другого интервала. Поэтому следует рассматривать каждое фоновое образование ПП, каждую климатическую зону и каждый диапазон длин волн в отдельности, с учетом времени суток, потому что вид кривых, описывающих суточное изменение математических ожиданий суточного хода температуры и энергетических яркостей, имеет сложный характер.
Направление дальнейших исследований будет включать в себя возможность расчета с учетом влияния рассеянного излучения облаков и испарения, а также возможность расчета сложных сюжетов ФЦО и введение в рассмотрение влияния рельефа местности, поскольку на данный момент поверхность считается плоской. Предполагается получение случайной геометрической картины участка местности заданных размеров в зависи-
мости от дальности и угла измерения. Карта будет формироваться в соответствии с указанными типами основного и дополнительных фоновых покрытий. В качестве предполагаемого списка дополнительных фонов фигурируют только покрытия неантропогенной природы, расположение, размеры и форма которых носят заведомо случайный характер.
Список литературы
1. Нащокин В.В. Техническая динамика и теплопередача. М.: Высш. школа, 1980. 469 с.
2. Петросянц М.А., Хромов С.П. Метеорология и климатология. М.: Изд-во МГУ, 1994. 520 с.
M.A. Zagorulko
MATHEMATICAL SIMULATION OF IR AND BOTTOMING SURFACE BACKGROUND THERMAL FIELDS
The numerical simulation results for bottoming terrain and power brightness diurnal variation in different climatic zones is analyzed.
Key words: target environment, temperature, climatic zone, bottoming surface.
Получено 07.02.12
УДК 541.135 : 519.713
А.И. Курочкин, асп., (920) 742-21-49, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МИКРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ПРИ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ РЕЖИМАХ
Проведены исследования процесса формирования профиля обрабатываемой поверхности при МЭЭО и анализ факторов, определяющих форму эрозионной лунки. На основе проведённых исследований разработан режим МЭЭО пакетами высокочастотных импульсов, обеспечивающий улучшение технологических показателей МЭЭО.
Ключевые слова: микроэрозионная обработка, технологические показатели, режим обработки, эрозионная лунка, межэлектродный промежуток, пакеты высокочастотных импульсов, канал разряда.
В последние годы в науке и технике наблюдается устойчивая тенденция к миниатюризации различных технических систем. В связи с этим
