Расчет и конструирование. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Подход к формированию технического облика беспилотного воздушного судна
Статья научная
В данной статье рассмотрено обоснование критерия эффективности при формировании технического облика беспилотного воздушного судна. Проанализированы критерии эффективности применения беспилотного воздушного судна, такие как относительная масса, время полета, удельная стоимость полета, стоимость жизненного цикла. Выявлена и обоснована необходимость использования комбинированного критерия, учитывающего экономическую и функциональную эффективность. Формулируются варьируемые, не варьируемые и неопределенные параметры, характеризующие беспилотное воздушное судно. Рассматривается формулировка оптимизационной задачи определения технического облика. Процесс формирования технического облика основывается на трех функционально взаимосвязанных процессах: аэродинамической компоновки, объемно-массовой компоновки и конструктивно-силовой компоновки. Целью формирования технического облика является поиск таких взаимосвязанных значений параметров БВС, которые обеспечивают достижение компромисса между требованиями при обеспечении экстремума какого-либо выбранного обобщённого критерия оптимальности, например, минимальной стоимости жизненного цикла готового изделия - самолёта. Данный критерий является одним из наиболее общих критериев эффективности самолёта, однако его расчёт на ранних стадиях разработки затруднителен. Поэтому на практике пользуется другими критериями, приближенными к стоимости этапов жизненного цикла. Особенностью процесса формирования облика БВС, как и любой сложной технической системы, является большое количество неизвестных и высокая степень неопределённости, особенно на ранних стадиях разработки. Для преодоления неопределённости процесс проектирования разбивается на ряд последовательных итерационных этапов. Задача поиска наивыгоднейшего сочетания проектных параметров БВС в зависимости от его назначения может быть рассмотрена как задача поиска экстремума некоторой целевой функции - задача оптимизации. На основе проведенного обоснования авторами предложена методика определения рационального облика беспилотного воздушного судна с учетом принятых ограничений.
Бесплатно
Полимолекулярная адсорбция смазочных материалов и ее учет в теории жидкостного трения
Статья научная
Рассматриваются закономерности адсорбции компонентов смазочных масел на металлической поверхности, структура и механические свойства адсорбционных слоев и их влияние на реологические параметры смазки в узлах трения. Приводятся реологические модели, предназначенные для использования в гидродинамических расчетах
Бесплатно
Поршневая тепловая машина для преобразования энергии и производства работы на транспорте
Статья научная
На базе положений равновесной термодинамики, применительно к конструктивной схеме машины-двигателя по патенту РФ № 2460890, даётся характеристика метода расчёта энергетических параметров такой машины, отличительной особенностью которой является непосредственное преобразование возвратно поступательного движения поршня во вращательное грузового вала. Анализируется численная характеристика достоинств реализуемого в ней рабочего цикла.
Бесплатно
Предсказание релаксационных эффектов в рабочих средах углеводородного состава при высоких давлениях
Статья научная
В статье рассматривается реология углеводородных рабочих сред гидравлических систем. Авторами описываются релаксационные процессы, протекающие в рабочих жидкостях гидравлических приводов высокого давления. Производится анализ влияния структуры молекулярных цепей углеводородных соединений, расположение радикальных групп в углеродной цепи, на реологические характеристики, такие как вязкость и плотность, и релаксационные процессы. Приводятся результаты расчета изменения реологических свойств при высоких давлениях для изомеров гексана и октана. Экспериментально подтверждены значимые различия вязкости и плотности изомеров исследуемых веществ. Определены значения Ван-дер-Вальсовых объемов, площади Ван-дер-Вальсовых поверхностей и длин молекулярных цепей для изомерных структур и зависимость их значений от высоких давлений. Расчет значений Ван-дер-Вальсовых объемов и площади Ван-дер-Вальсовых поверхностей производился на основании метода инкрементов. Проанализирован характер изменения Ван-дер-Вальсовых объемов и площади Ван-дер-Вальсовых поверхностей для изомерных структур исследуемых веществ. Также анализируется влияние Ван-дер-Вальсовых взаимодействий на процессы релаксации молекулярных цепей, определяется характер данной зависимости. Предлагается метод расчета напряжений, испытываемых молекулярными цепями во внешних механических силовых полях, который позволяет при деформации описываемой углеводородной среды учитывать изменение не только линейных размеров самих молекулярных цепей, но и изменение линейных размеров межмолекулярных пространств. Вводятся допущения, способствующие упрощению математического аппарата, применяемого в исходной модели, модели Дуа-Эдвардса. Разработанный авторами метод значительно упрощает расчет напряжений деформации молекулярных цепей, сохраняя при этом высокую точность получаемых результатов. Определен характер релаксации молекулярных цепей изомеров и подтверждена существенная зависимость релаксационных процессов от структуры углеродной цепи.
Бесплатно
Приближенный метод определения моментов инерции тел с жидким наполнением
Статья научная
В общем случае оценка приведенных моментов инерции твердых тел с полостями, заполненными жидкостью, требует вычисление потенциалов Н.Е. Жуковского, что связано с большими затруднениями. Предлагается простой метод определения приведенных моментов инерции твердых тел с жидким наполнением, основанный на свойстве «невовлекаемости» определенной части идеальной жидкости во вращательное движение.
Бесплатно
Применение водовоздушых струйных насосов в системах глубокого вакуумирования
Статья научная
Рассмотрена возможность совершенствования ряда типовых многоступенчатых систем глубокого вакуумирования на основе пароструйных эжекторов, путем замены либо части ступеней, либо всех ступеней на одноступенчатый водовоздушный струйный насос. Для условий реальных установок рассчитаны струйные аппараты, проведено сопоставление затрат энергии для существующих и вновь предлагаемых в данной работе систем.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены результаты экспериментальных исследований нагруженности траков гусеничного движителя быстроходной машины в условиях реальной эксплуатации. На основе их анализа предложена модель взаимодействия траков с грунтом, отображающая особенности формы опорной поверхности, случайный характер внешних нагрузок и опирания, разработаны методики расчета напряжений в опасной точке и накопленного усталостного повреждения. Приведены результаты анализа влияния различных факторов на долговечность трака.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются примеры применения пакетов прикладных программ, разработанных для расчета гидромеханических характеристик сложнонагруженных трибосопряжений при обосновании конструктивных параметров подшипников коленчатых валов на ранней стадии проектирования поршневых двигателей.
Бесплатно
Применение современных технологий проектирования при разработке и форсировании дизельного двигателя
Статья научная
Показана актуальность применения современных технологий для ускорения проектирования и повышения качества в производстве дизельных двигателей. Представлены технические требования на дизельный двигатель ЧН 13/15. Приведены рекомендации для повышения технического уровня двигателя, системные технические решения, полученные для основных узлов.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложена методика расчетной оценки усталостной долговечности при многоцикловом нагружении, основанная на использовании структурной модели материала. Рассматривается многопараметрическое случайное нагружение, когда случайные процессы изменения компонентов тензора напряжений являются независимыми. Структурная модель характеризуется набором поверхностей текучести (сфер) в пространстве девиатора деформаций. Для ее построения использовано описание диаграммы деформирования материала формулой Рамбер - Осгуда. Погрешность аппроксимации диаграммы деформирования материала этой зависимостью обычно не превышает 5 %. С помощью структурной модели производится расчет микропластических деформаций, вызывающих накопление повреждений при многоцикловом нагружении. Приведены основные соотношения метода и методика идентификации модели накопления повреждений. Идентификация модели производится на основе обычных усталостных характеристик материала. Для повышения точности расчетной оценки долговечности предложено использовать корректированную линейную гипотезу суммирования повреждений. Представлен алгоритм, позволяющий построить блок нагружения и определить значение корректирующего коэффициента по результатам расчетов с помощью структурной модели материала. Приведены результаты тестовых расчетов. Показано, что для случая однопараметрического случайного нагружения применение предлагаемой методики дает результаты, хорошо согласующиеся с традиционными подходами. В случае многопараметрического нагружения выполнено сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными для плоского напряженного состояния. Отличие в оценке ресурса не превышает 15-20 %. С учетом большого естественного разброса усталостных характеристик материалов такое отличие является вполне допустимым. В рамках разработанного подхода предложен алгоритм определения числа циклов различной амплитуды, составляющих случайный процесс. Алгоритм основан на анализе числа реверсов при перемещении поверхностей текучести структурной модели. Он может представлять самостоятельный интерес при разработке методов схематизации случайных процессов.
Бесплатно
Статья научная
Все большую актуальность приобретают вопросы, связанные с ликвидацией последствий радиационных аварий и работой с радиоактивными материалами. В статье показаны основные особенности и недостатки применявшихся ранее подходов к решению проблемы создания эффективной техники для работы на радиоактивно зараженной местности, а также ряд основных научно-практических предложений по возможным путям решения указанной проблемы, в том числе на ранней стадии проектирования. Обычно машины для работы на радиоактивно зараженной местности создаются на базе уже существующей техники, которая ранее, как правило, рассматривалась в виде платформы для установки кабины с максимально возможным уровнем противорадиационной защиты, что не гарантирует максимальную эффективность ее применения. Повышение эффективности такой техники, основанное на развитии одного какого-либо параметра (уровень противорадиационной защиты, техническая производительность, тяговое усилие, мощность, скорость, грузоподъемность…) нерационально. Используемые ранее методики расчета и проектирования машин с защитой от гамма-излучения слабо взаимообусловлены и взаимоувязаны между собой, не объединены в единую систему «противорадиационная защита - машина (производительность и затраты) - человек». Предлагается рассмотрение противорадиационной защиты как подсистемы машины в целом, что существенно меняет требования к машине, ее параметрам и конструкции и делает некоторые научные результаты и рекомендации, выработанные общей теорией, неприменимыми к такой технике. Причем чем выше уровень и масса противорадиационной защиты, тем больше ее влияние на базовое шасси и его характеристики. Приведенный в статье системный подход позволяет рассматривать проблему развития машин для работы на радиоактивной зараженной местности и обоснования рациональных параметров противорадиационной защиты оператора комплексно (во взаимосвязи защиты с другими техническими параметрами машин). Результаты исследований дают возможность на стадии предпроектных и проектных работ расчетного определения значений основных параметров техники для работы на конкретной радиоактивно зараженной местности, позволяют повысить эффективность работы машины и защиту оператора от излучений. При этом сокращается время и материальные затраты на проведение НИР и ОКР по созданию такой техники. Ускоряется процесс постановки на производство, освоение новых и совершенствование существующих машин с противорадиационной защитой.
Бесплатно
Прогнозирование резонансных режимов в гидромеханической трансмиссии транспортной машины
Статья научная
Изложена методика прогнозирования резонансных режимов в дотрансформаторной зоне гидромеханической трансмиссии транспортной машины и решения обратной задачи. Приводится метод выбора параметров конструкции динамического гасителя, обеспечивающего вывод резонансных режимов за пределы рабочего диапазона.
Бесплатно
Прогнозирование сроков сохраняемости изделий в условиях воздействия прямого солнечного излучения
Статья научная
Для прогноза сроков сохраняемости изделий из полимерных материалов, эксплуатируемых в условиях воздействия солнечной радиации, предложен подход для определения эквивалентных температур на основе математического моделирования теплового состояния изделий во времени. Изложена процедура задания граничных условий, учитывающая суточный и годовой ход солнца относительно изделия, суточный и годовой ход температуры окружающей среды.
Бесплатно
Прогнозирование цикличности переключения передач трансмиссии гусеничных машин
Статья научная
Излагается метод прогнозирования цикличности переключения передач в трансмиссиях транспортных машин, при котором движение рассматривается как непрерывный случайный процесс. Показана особенность применения аппарата марковских процессов для многомерной системы. Приводится пример прогнозирования цикличности переключения передач и предлагаются меры по ее снижению при автоматическом управлении поступательной скоростью движения транспортной машины.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе описан процесс проектирования конструкции активной части электрической машины тягового двигателя для беспилотных летательных аппаратов и оценка его массово-геометрических и энергетических параметров. Целью работы является повышение удельной мощности электродвигателя путем снижения его массы при помощи замены электротехнической меди для обмоток якоря на электротехнический алюминий без увеличения габаритных размеров конструкции. В разделе «Описание проектируемой конструкции» приведен эскиз проектируемой конструкции активной части электрической машины тягового двигателя. В качестве тягового двигателя рассматривается трехфазный вентильный электропривод, относящийся к бесколлектроным двигателям постоянного тока. Также здесь описаны требования к параметрам проектируемой активной части электрической машины. В разделе «Расчет модели конструкции» приведена методика расчета массово-геометрических характеристик и электромагнитных параметров проектируемой конструкции активной части электрической машины тягового двигателя и его математическое описание. В разделах «Проектирование конструкции» и «Основные результаты» приведены результаты расчетов двух вариантов конструкции - с медной обмоткой и с алюминиевой обмоткой, выбраны материалы компонентов, а также описаны методы, при помощи которых выполнялась доработка этих конструкций, и способы изготовления некоторых компонентов конструкции. В результате работы был достигнут эффект снижения массы проектируемой конструкции в 1,16 раза без увеличения габаритных размеров при сохранении значения КПД выше 90 % и при сохранении значения полезной мощности в 2,6 кВт. Также были оценены общие электрические потери разработанных конструкций, которые при равенстве сопротивления обмоток и рабочего тока оказались разными.
Бесплатно
Процесс взаимодействия кумулятивной струи с преградой
Статья научная
В настоящей работе рассматриваются физическая модель взаимодействия кумулятивного тела с преградой, которая может быть описана уравнениями в частных производных, а также способы управления движением кумулятивной струи. Кумулятивная струя представлена как вязкоупругое тело. Определено, что кумуляция включает этапы сжатия металлического вкладыша заряда, ударное и тепловое воздействие струи на преграду, вымывания продуктов разрушения из каверны.
Бесплатно
Прямая оценка удельного тягового усилия гусеничного трактора, оптимального по тяговому кпд
Статья научная
На базе зависимости потенциальной тяговой характеристики получено прямое аналитическое выражение удельного тягового усилия гусеничного трактора, оптимального по тяговому КПД. Значение этого усилия определяется величинами максимального коэффициента сцепления и коэффициента сопротивления передвижению трактора.
Бесплатно
Статья научная
Приводятся результаты по исследованию влияния микропрофиля смазочного слоя на гидромеханические характеристики упорных подшипников скольжения. Кратко описаны способы обработки и принцип образования несущей способности трибосопряжений с текстурированием поверхностей. Более подробно изложены преимущества и недостатки, основные параметры лазерного текстурирования поверхности.
Бесплатно
Статья научная
Для повышения экологических показателей двухтактного двигателя с внешним смесеобразованием необходимо внесение некоторых конструктивных изменений, переход на внутреннее смесеобразование и организация непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания двухтактного двигателя. Эффективность снижения токсичных компонентов в отработавших газах и улучшений экономических и экологических показателей двухтактного малогабаритного двигателя достигается за счет раздельной подачи топлива и воздуха.
Бесплатно
Радиальное профилирование направляющей части поршня двигателя внутреннего сгорания
Статья научная
Обосновываются предпосылки для разработки методологии оптимизации радиального профилирования направляющей части поршня. Оценено влияние радиального профиля на гидромеханические характеристики сопряжения «поршень-цилиндр».
Бесплатно
