CC BY
87
Секция «Экологияпромышленности»
денты смогут изучать последовательность происходящих в ПГС процессов с параллельным объяснением преподавателя.
Задача визуализации работы ПГС ЖРД может быть решена либо с использованием готовых инструментов промышленной визуализации и проектирования, либо путём разработки собственного средства визуализации. Первый метод предполагает использование систем автоматизированного проектирования, предоставляющих возможности создания анимиро-ванных моделей объектов (например, Autodesk Inventor) или системы моделирования технических объектов с возможностью симуляции их работы, такой как SimulationX. Возможным достоинством этого подхода является удобство подготовки визуализации двигателя в рамках среды, в которой проводилось его проектирование. Однако существенный недостаток состоит в невозможности получить интерактивную анимацию.
Второй метод предполагает применение технологий, могущих обеспечить графическое отображение процесса работы узлов аппарата, а также реализовать интерфейс, позволяющий пользователю самостоятельно контролировать ход визуализации, задавая значения различных параметров вручную. В этом случае можно выделить два основных подхода:
1. Использование платформенно-независимых языков программирования высокого уровня совместно с универсальными графическими библиотеками. Если моделирование осуществляется в некоммерческих целях, предпочтительным представляется использование технологий, основанных на свободном программном обеспечении (ПО). Среди таких графических средств ведущее положение занимают библиотеки OpenGL и Microsoft DirectX. В отличие от DirectX, OpenGL не требует наличия в системе специальных драйверов, что обеспечивает более высокий уровень автономности написанных с его использованием программ.
2. Использование технологий создания интерактивных мультимедийных приложений, исполняемых
посредством сторонних проигрывателей. В качестве примера можно привести Adobe Flash ввиду его высокой распространённости и доступности на большинстве систем. Flash позволяет создавать демонстрации произвольной сложности и обеспечить любой желаемый уровень взаимодействия с пользователем, не уступая в этом отношении языкам высокого уровня.
Недостатком этой платформы является неоправданно высокая нагрузка на процессор, связанная с использованием виртуальной машины для исполнения кода. К ещё одному недостатку Flash также следует отнести необходимость установки дополнительного ПО (Flash-проигрывателя или подключаемого модуля для Интернет-браузера) на используемый для визуализации персональный компьютер. Однако имеется и безусловное достоинство: написание кода и подготовку графических данных здесь можно осуществлять в единой среде.
При любом методе реализации требуется описание сценария функционирования двигателя в зависимости от пользовательских настроек на компилируемом или интерпретируемом скриптовом языке, а также создание графических материалов. Для визуализации работы нескольких различных моделей двигателей рационально будет создать единый движок (engine), обеспечивающий унифицированное представление принципа работы двигателей при различиях конструкций и графических данных.
Библиографические ссылки
1. Резник Н. А. Визуализация учебного контента в современном информационном пространстве. URL: http://www.vischool.rxt.ru/texts/rez0 7mgpu. htm.
2. Челомей В. Н., Полухин Д. А., Миркин Н. Н. и др. Пневмогидравлические системы двигательных установок с жидкостными ракетными двигателями. М. : Машиностроение, 1978. 240 с.
© Войтов И. Ю., Севрунов А. А., 2013
УДК 621.6
А. Ю. Воробьева, А. Ф. Наджафов Научный руководитель - А. В. Ивлиев Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (национальный исследовательский институт), Самара
УСТАНОВКА ДЛЯ СБОРА ГАЗООБРАЗНОГО ГЕЛИЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ
ИСПЫТАНИЙ КЛАПАНОВ
Испытания авиационной и ракетно-космической техники проводятся для повышения надежности. При проведении испытаний клапанов ракетных двигателей применяется именно гелий. В настоящее время процесс испытаний заключается в том, что охлажденный до температуры жидкого азота гелий из сосуда поступает на испытуемый клапан, после чего через трубопровод выбрасывается в атмосферу. Но учитывая его высокую стоимость это нецелесообразно. С предложенной нами установкой после испытаний гелий не будет выбрасываться, а будет поступать в сосуд для сбора гелия и использоваться в дальнейшем.
Настоящая работа описывает конструкцию установки для сбора газообразного гелия при проведении испытаний клапанов с целью экономии газообразного гелия.
Итак, что же такое гелий? Гелий - один из наиболее распространённых элементов во Вселенной, он занимает второе место после водорода. Однако на
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
Схема предлагаемой установки
земле добывать его очень сложно. Наибольшая концентрация гелия наблюдается в минералах, содержащих уран, торий самарий. Гелионосные природные газы содержат как правило до 2 % гелия по объёму. Исключительно редко встречаются скопления газов, гелиеносность которых достигает 8-16 %. Гелий добывается из природного газа процессом низкотемпературного разделения - так называемой фракционной перегонкой. В России газообразный гелий получают из природного и нефтяного газов. В настоящее время гелий извлекается на гелиевом заводе ООО «Газпром добыча Оренбург» из газа с низким содержанием гелия (до 0,055 % об.), поэтому российский гелий имеет высокую себестоимость. Актуальной проблемой является освоение и комплексная переработка природных газов крупных месторождений Восточной Сибири с высоким содержанием гелия (0,15-1 % об.), что позволит намного снизить его себестоимость.
В настоящее время процесс испытаний заключается в том, что охлажденный до температуры жидкого азота гелий из сосуда поступает на испытуемый клапан, после чего через трубопровод выбрасывается в атмосферу. Но учитывая его высокую стоимость это нецелесообразно. С предложенной нами установкой после испытаний гелий не будет выбрасываться, а будет поступать в сосуд для сбора гелия и использоваться в дальнейшем.
В предложенной установке (см. рисунок) гелий из гелиевой рампы при помощи компрессора попадает в сосуд № 1 для хранения гелия, а затем в емкость (сосуд № 2), в которой гелий охлаждается жидким азотом, после чего поступает на испытуемое изделие (клапан). Далее гелий не выбрасывается в атмосферу а проходит через теплообменник, который предназначен для подогрева сбрасываемого от испытуемого клапана гелия с -180...-190 °С до -40°С с помощью горячей воды. Горячая вода, температурой +60.. .+80 °С на теплообменник подается от электрического водонагревателя. После этого гелий собирается в рабо-
тающий под давлением до 12 кГс/см металлический сосуд с последующей подачей собранного гелия на вход испытательной установки.
Для перекачки гелия из сосуда в существующую систему для последующих испытаний предназначен компрессор № 2.
Вакуумный насос предназначен для предварительного вакуумирования сосуда для сбора гелия при первоначальном заполнении, чтобы обеспечить высокую степень чистоты собираемого гелия.
Теплообменники № 2 и № 3 запитываются холодной водой, обеспечивают приведение температур гелия, поступающего на вход компрессоров в допустимый для их работы диапазон 0..+30 °С
В работе приведены все необходимые расчеты. Посчитана масса гелия, подлежащая сбору за один цикл испытаний, произведен расчет емкости сосуда для сбора гелия, расхода воды через теплообменник, тепло, которое передается дозе гелия и т. д.
Расчет массы подлежащего сбору гелия за один цикл испытаний проводится с использованием уравнения реального газа Ван-дер-Ваальса [1]. Расчет емкости для сбора гелия ведется по более простой формуле Менделеева-Клапейрона, так как при небольших давления и положительных температурах расхождение результатов расчетов с формулой Ван-дер-Ваальса не превышают 5 %.
Данная система сбора гелия позволит собрать не менее 80 % гелия.
Учитывая довольно высокую стоимость предлагаемой установки, ее экономическая эффективность будет зависеть от числа испытаний.
Библиографическая ссылка
1. Сивухин Д. В Общий курс физики. Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. М. : Наука, 1975. 519 с.
© Воробьева А. Ю., Наджафов А. Ф., 2013
