Обзор методов моделирования сигналов отраженных от взволнованной морской поверхности Текст научной статьи по специальности «Математика»

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №04-3/2017 ISSN 2410-6070_

(образец №3). Образец №2 изготовлен по порошковой технологии, но без модификации резиновой крошки. Образец №1 изготовлен по стандартной технологии.

Испытания на сопротивление истиранию при скольжении проводили по ГОСТ 426-77 на машине МИ-2 (типа Грассели). Эластичность по отскоку определяли по ГОСТ 27110-86, шкала Н=0,5. Твердость по Шору А определяли по ГОСТ 263-75. Результаты испытаний представлены в табл.1.

Таблица 1

Физико-механические показатели образцов армированных металлокордной проволокой

Состав и наименование показателя Номер образца

1 2 3 4

Сопротивление истиранию при скольжении, м3/ТДж 66 36 16 27

Эластичность по отскоку % 42 35 17 21

Твердость по Шору А, усл. ед. 66 66 88 84

Полученные по пресс-порошковой технологии армированные изделия отличаются тем, что армирующие короткие проволочки расположены в изделии хаотично и образуют пространственную разнонаправленную каркасную структуру.

В результате исследований показана эффективность порошковой технологии изготовления резиновых изделий армированных металлокордной проволокой, полученной из изношенных автомобильных шин. Предлагаемая технология, позволяет получать качественные и недорогие изделия, обладающие повышенной прочностью, сопротивлением истиранию, а также исключить дорогостоящее энергоемкое оборудование для приготовления резиновых смесей, и при этом полностью утилизировать продукты рециклинга изношенных автомобильных шин, т.е. достигается цель безотходной технологии - "Zero Waste". Список использованной литературы:

1. Каблов В.Ф., Перфильев А.В., Шабанова В.П., Егоров В.А., Суркаев А.Л. Вторичное использование вулканизованных резиновых отходов с применением различных физико-химических эффектов // Каучук и резина. 2014. № 1. С. 24-26.

2. Каблов В.Ф., Перфильев А.В., Шабанова В.П. Инновационная технология изготовления эбонитовых изделий из резиновой крошки активированной СВЧ-излучением // Инновационная наука. 2016. № 10-2. С. 56-59.

3. Каблов, В.Ф., Перфильев А.В., Шабанова В.П., Перфильнв А.А. Порошковая технология изготовления резино-волокнистых изделий из продуктов переработки изношенных шин с использованием микроволнового излучения // Евразийский союз ученых. 2016. №9 (30) часть 4. С. 32-35.

4. Анисимов П.В. Повышение эффективности порошковой технологии приготовления резиновых смесей: Дис. канд. техн. наук. - Ярославль, 2002. - 246 с.

©А.В. Перфильев, В.Ф. Каблов, А.А. Перфильев

© Перфильев А.В., Каблов В.Ф., Перфильев А.А., 2017

УДК: 621.3.09

А.А. Пирогов

инженер НИИ СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана

В.Н. Жураковский

к.т.н., доцент кафедры "Специальное Машиностроение"

МГТУ им. Н.Э. Баумана г. Москва, Российская Федерация

ОБЗОР МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ ОТРАЖЕННЫХ ОТ ВЗВОЛНОВАННОЙ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Аннотация

Переотражения радиосигнала от взволнованной морской поверхности создают существенные помехи

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №04-3/2017 ISSN 2410-6070_

для работ радиолокационных станций (РЛС) различного назначения. Именно поэтому необходимо наличие адекватной модели сигналов, описывающих распространение радиосигнала над морской поверхностью, находящейся в различных погодных условиях.

В данной работе рассмотрены основные подходы к моделированию морской поверхности и сигналов, отраженных от нее.

Ключевые слова

Низколетящая цель, взволованная морская поверхность, переотражения радиосигнала.

1 Волнение на морской поверхности

Измерения радиолокационных отражений от морской поверхности проводились многими экспериментаторами на различных частотах и при самых разных условиях. Однако даже при предположительно идентичных условиях они не всегда хорошо согласовались друг с другом. Большие расхождения в полученных данных частично объясняются трудностями измерения или описания окружающих условий и состояния моря. На отражения сигнала от морской поверхности моря влияют скорость и направления ветра у поверхности воды, его продолжительность, протяженность области разгона, океанские течения, наличие загрязнений, воздействие отдаленных штормов, от которых возмущение моря передается на дальние расстояния, а так же местные погодные условия. Все эти показатели трудно измерить при проведении эксперимента в натурных условиях. Кроме того существуют трудности калибровки для абсолютных измерений эффективной площади рассеяния сигнала, отраженного от морской поверхности, так как такой сигнал редко измеряется в условиях, сходных с лабораторными. Все эти, а так же, возможно, еще неизвестные, факторы обуславливают некоторую неопределенность натурных данных, которую необходимо учитывать как при разработке радиоаппаратуры, так и при разработке моделей морской поверхности.

В работе [1] дана следующая классификация видов неровностей на поверхности моря:

1) Ветровая волна - волна, возникающая в результате взаимодействия ветра с поверхностью воды. Во время непосредственно взаимодействия ветра и воды, шероховатости называют волнами, после прекращения ветра - зыбью.

2) Гравитационная волна - волна, скорость распространения которой определяется главным образом силой тяжести. Волны на воде длинной более 5 см считаются гравитационными волнами.

3) Капиллярная волна (называемая так же рябью) - волна, скорость распространения которой определяется главным образом поверхностным натяжением. Волны, длинной менее 2,5 см считаются капиллярными волнами.

4) Брызги и пузыри на гребнях волн - образуются на гребнях ветровых волн под воздействием ветра, или при разрушении волны.

Обычно на исследуемом участке морской поверхности присутствуют сразу все эти возмущения.

Несмотря на наличие данных о зависимостях высот волн от ветра, для полного развития волнения требуется конечное время. Термин «полностью развитое волнение» описывает состояние, когда океанские волны достигли своей максимальной высоты для ветра данной силы. Так, ветер со скоростью 5 м/с вызывает полностью развитое волнение если дует на области разгона не менее 10 мор. миль в течение 2,4 часов [2]. Ветер со скоростью 15 м/с дующий над областью разгона протяженностью 280 мор. миль дает полностью развитое волнение при продолжительность воздействия 23 часа.

Всё вышеперечисленное делает задачу однозначного описания морской поверхности и сигналов, отраженных от нее, трудноразрешимой комплексной задачей.

2 Модель волнения Бартона

Самым распространенным в современной литературе способом моделирования сигналов, отраженных от морской поверхности является моделирование, с применением распределительных законов по отношению к удельной ЭПР морской поверхности. При таком подходе диффузное отражение от морской поверхности считается как отражение от отдельных небольших участков морской поверхности, каждый из которых имеет свое собственное удельное ЭПР со случайной величиной, распределенной по какому-либо закону. В работе [3] представлено сравнение моделей отражения сигналов на основе 4х распределений:

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №04-3/2017 ISSN 2410-6070_

<г°(x) = k1 - нормальное;

СТ° (X) = k2 sin sin - Ламберт;

( (x) = —y - Бэкман ßo

0 k 2 ( (x) = ~~2 Fd (x) - Бэкман - Бартон

ßo

Здесь ki,i = 1..4 , - отражательная способность участка поверхности; ~ углы падения и

отражения сигнала.

Рисунок 4 - Диффузное отражение сигнала

Модель 1, очевидно, упрощение, однако в условиях недостатка данных она может быть оправдана. Модель 2 основана на предположении, что удельная ЭПР должна быть пропорциональна произведению областей, проецируемых направлением «взгляда» от мишени и от радара.

Модели 3 и 4 основаны на концепции Бекмана о том, что диффузное отражение возникает на небольших плоских зеркальных поверхностях (фацетах), наклоненных под различными углами между нулем

и р . Идеальное отражение соответствует kз, ^ равным 1, так что это максимальное значение этих констант. Таким образом, мы получаем эффективную «блестящую поверхность», определяемую константой

Ро и геометрическими параметрами:

v = x(R - x) ( h+ R i x

R-x \\

ßo2 -

h К

x R - x

Модель 3 имеет наиболее простую формулировку, при которой угол наклона фацетов имеет

равномерную функцию плотности вероятности между 0 и Р0 .

Модель 4 такая же, как модель 3 за исключением модификации, предложенной Бартоном, который домножает распределение Бекмана на коэффициент шероховатости:

п - р21 )(1 - р2л )

где рз 1, рз2 - коэффициент зеркального отражения для углов падения и отражения;

Область поверхности, переизлучающей на антенну диффузную компоненту определили Бекман и Спизичино как эллиптический контур, вытянутый вдоль трассы между антенной и целью. Модель,

2

4

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №04-3/2017 ISSN 2410-6070

разработанная в [4] утверждает, что каждый элемент площади dS излучает диффузную мощность

( АРо)2 < ГДе

Г R Л2 Г *2\

P = 1

exp

ß2

4ß2 {RR ßt ,

ßo

f; zds

где - среднеквадратичный наклон поверхности,

ß = Щщ - щ) / 2

' т z т 1/ -наклон фацетов участка

F

поверхности, которые обеспечивают локальное зеркальное отражение, ^ - коэффициент неровности поверхности, Ъ - коэффициент коррекции малого угла падения:

2 = , Ь < а +,

4 + 3а - Ь +1/ а

= 12(а2 + 5а +12 + 9/а),Ь > а +1 где а - меньшее из Щ / 2/0 и Щ / 2/0 ,

ь

8ЯСТ„ ' /о

Среднеквадратичное отклонение высоты О- скорректированное значение с учетом затенений из-за

малого угла скольжений:

ah' = ah5 4 a

Уровень волнения на море в соответствии с [7] является основой для вычисления характеристик морской поверхности:

О «(0.15855)2 + (0.115»)б + (0.135»)12 /0 « 0.055 + 0.007755

Существенным недостатком такой модели является то, что не учитывается направление ветра. Рассмотрим методы моделирования морской поверхности, учитывающие эту особенность. 3 Спектральная структура взволнованного моря

Взволнованную морскую поверхность можно рассматривать как суперпозицию бесконечного числа элементарных волн с различными частотами, амплитудами, направлением распространения и фазами[5]. В таком случае амплитуда волнения вычисляется по формуле:

и(х, у, t) = [ [ Р у125(ш, щ)с1юс1у Бт(к(х соб(щ) + у Бт(щ)) — Ш + е),

J 0 »0

где 5(ш, в) - двумерный энергетический спектр волнения; ю - частота элементарной волны, рад/с; у

- угол между направлением распространения элементарной волны и направлением визирования РЛС, рад; к

- волновое число, рад/с; е - случайная фаза, рад.

Волновое число вычисляется по формуле:

к~ Ш ё '

где ё - ускорение свободного падения.

Двумерный энергетический спектр представляется произведением:

5 Ш, в) = (щ),

где - частотный спектр; F(у) - угловой спектр.

Существует много апроксимизирующих представлений для углового и частотного спектра. На практике наиболее часто применяют спектр Пирсона-Московица и Дарбишайра.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №04-3/2017 ISSN 2410-6070

Спектр Пирсона - Московица имеет вид:

,2

t \ "ё s(®) = —^exp

CD

f / \Л _i ф

_ О макс

I ф

где а = 8,1-10 , / = 0,74 - параметры аппроксимации; Юмакс - частота составляющей спектра максимальной амплитудой, которая рассчитывается при известной скорости ветра V по формуле:

ю = £

макс V

Угловой спектр Дарбишайра рассчитывается по формуле:

( ! \2\

by л 2,96 F (И = —/=• exP

Жу/Ж

(v-Wo) 0,114ж2

где tyQ - угол между направлением ветра и направлением зондирования.

Используя такую модель морской поверхности можно для рассчета ЭПР воспользоваться уже рассмотренной моделью Бекмана - Бартона или же другой ЭПР моделью. Заключение

В данной работе были рассмотрены основные методы моделирования морской поверхности, сигналов, отраженных от нее. С учетом обнаруженных недостатков рассмотренных методов были выбраны наиболее рациональные из них.

Список использованной литературы:

1. Справочник по радиолокации: В 4 т. / Под общ. ред. К.Н. Трофимова. Т. 1: Основы радиолокации // Под ред. Я.С. Ицхоки. - М.: Сов. радио, 1976.

2. Ragazzini, J.R., and A.R. Bergen: A Mathemtical Techniue for the Analysis of Linear Systems. - "Proc. IRE", v. 42, p. 1645-1651., November, 1954.

3. A.V. Mrstick , P.G.Smith, Multipath Limitations on Low-Angle Radar Tracking. IEEE transaction on aerospace and electronic systems. vol. aes-14, №. 1 January 1978.

4. Beckmann, P., and Spizzichino, A., The scattering of Electromagnetic Waves from Rough Surfaces, London: Pergamon Press, 1963; Norwood, MA: Artech House, 1987.

5. Абузяров З. К. Морское волнение и его прогнозирование. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 162 с.

© Пирогов А.А., Жураковский В.Н., 2017

УДК 656.56

А.Ю. Плотников

магистр, 2 курс, факультет ПСиЭСТТ, кафедра «Нефтепродуктообеспечение и газоснабжение» РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина

Д.В. Прокопенко магистр, 2 курс, факультет ПСиЭСТТ, кафедра «Нефтепродуктообеспечение и газоснабжение» РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ И ОСУШКИ ПОЛОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ ГРС ПОСЛЕ ИСПЫТАНИЙ

Строительство различных трубопроводов, в частности, технологических трубопроводов