Расчет и конструирование. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Статья научная
Предложен способ улучшения экологической безопасности автомобилей, оснащенных бензиновыми двигателями, заключающийся в одновременном воздействии постоянными магнитными потоками различной полярности на топливо и воздух, поступающие через базовые системы питания. Представлена методика и результаты экспериментальных и теоретических исследований по влиянию магнитных полей на процесс смесеобразования и горния топливовоздушной смеси в двигателях внутреннего сгорания. Для создания магнитных потоков заданной конфигурации и интенсивности на автомобиле с карбюраторным бензиновым двигателем, не оборудованным системой нейтрализации отработавших газов, исследовались различные варианты установки постоянных магнитов разных форм и напряженности. Были рассмотрены наиболее неблагоприятные по токсичности режимы холостого хода, минимальной частоты вращения коленчатого вала и повышенной частоты вращения. Контролировались температура и состав отработавших газов. В результате проведенных экспериментальных исследований получено снижение в отработавших газах таких токсичных компонентов, как монооксид углерода от 16 до 40 %, углеводородов от 2 до 20 %, оксидов азота от 1,25 до 35 % для минимальной частоты вращения коленчатого вала и снижение СО от 0,2 до 20 %, СН от 12 до 40 %, NOx от 10 до 14,9 % для повышенной частоты вращения коленчатого вала. Кроме того, были получены зависимости, описывающие влияние магнитных потоков на токсичные компоненты отработавших газов. Предложенный способ улучшения экологической безопасности автомобилей, оборудованных бензиновыми двигателями внутреннего сгорания, наряду с ранее известными, является одним из наиболее простых и дешевых.
Бесплатно
Управление вертикальным перемещением демонстратора системы посадки
Статья научная
В статье приводится подход к конструированию системы управления демонстратора, служащего для отработки двигателей, алгоритмов управления и навигации летательного аппарата на этапе посадки. Использование подобных демонстраторов позволяет провести испытания отдельных узлов техники, оценить возможности применяемых технологий, разработать и проверить методики проектирования и определения требуемых параметров составных частей для получения в итоге нужных свойств изделия в целом. Механическая конструкция демонстратора представляет собой сложную систему из движущихся друг относительно друга частей. Основным подходом к синтезу систем управления подобными системами является цифровое моделирование. С этой целью в статье приводится вывод динамических уравнений движения частей демонстратора, основанных на использовании уравнений Лагранжа 2- го рода. При составлении модели также учитывались характеристики используемых ракетных двигателей, регуляторов расхода горючего, датчиков, синтезированных регуляторов и особенности цифровой реализации системы управления. Приведены результаты моделирования движения демонстратора на этапе подъема и посадки. Моделирование производилось с использованием программной системы Simulink. На этапе моделирования были определены параметры регулятора, обеспечивающего движение платформы ракетного двигателя по вертикали без перерегулирования с минимальной установившейся ошибкой отработки в верхнем положении. Результаты моделирования позволяют сделать вывод о качестве движения демонстратора для реализации движения платформы демонстратора на этапах имитации взлета и посадки летательного аппарата. Весь материал статьи иллюстрирован необходимым графическим материалом, приведены ссылки на литературные источники, подтверждающие возможность и качество использования тех или иных научных подходов и технологий.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены физические основы управления процессом сгорания топлива в дизелях разделением цикловой подачи на составляющие и впрыскиванием их в цилиндр в различные периоды рабочего цикла. Оценена эффективность разделенного впрыскивания топлива в снижении выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизеля.
Бесплатно
Статья научная
На основе разработанной автором методики сопоставления и согласования расчетных и экспериментальных значений несущей способности слоистых оболочек, работающих при сжимающих нагрузках, осуществлена процедура корректировки расчетных значений по имеющимся экспериментальным данным. При этом полученная уточненная расчетная зависимость позволяет снижать статистические характеристики, определяющие разброс расчетных и экспериментальных значений, оцениваемых по коэффициенту K. А это, в свою очередь, дает возможность более обоснованно подходить к назначению коэффициентов безопасности при проектировании металлокомпозитных конструкций.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается методика уточнения расчетных значений осевых моментов инерции тведого тела на основе измерения параметров его динамической неуравновешенности при вращении вокруг трех заданных осей.
Бесплатно
Статья научная
Срок службы коробок передач и раздаточных коробок транспортных машин лимитируется, в основном, контактной прочностью зубьев шестерен. В статье в расчетном плане исследуется распределение нагрузки и напряжений по длине зуба, работающего с перекосом. Предлагается уточнение расчетной формулы для определения коэффициента неравномерности распределения нагрузки в формуле Герца для расчета усталостной прочности по контактным напряжениям зубьев шестерен.
Бесплатно
Физические концепции и математические модели процесса сгорания топлива в дизеле
Статья научная
Рассмотрены физические концепции и кратко проанализированы математические модели процесса сгорания топлива, используемые при синтезе и анализе рабочего цикла в дизеле. Отмечается, что выделение в процессе сгорания топлива характерных периодов необходимо для изучения особенностей выгорания топлива и прогнозирования его развития во времени. Приведена оригинальная математическая модель процесса сгорания и оценена ее эффективность при синтезе рабочего цикла дизеля.
Бесплатно
Статья научная
Представлена попытка выработки обобщенного подхода к рассмотрению механизмов, как частного случая механических систем, содержащих кинематические, гибкие и динамические связи. На основе теорем о структуре рациональных механизмов рассчитаны все коды замкнутых кинематических цепей без избыточных связей. Приведенные теоремы и коды могут быть использованы для анализа и синтеза одноподвижных и многоподвижных механизмов, содержащих простые и сложные шарниры, кинематические пары различной подвижности, гибкие и динамические связи.
Бесплатно
Формирование зубчатых передач из эвольвентно-конических колес
Статья научная
При проектировании современных приводов машин на основе традиционных зубчатых передач в некоторых случаях возникают проблемы, связанные со сложностью рациональной компоновки привода, повышения его нагрузочной способности. Эти проблемы можно решить, используя зубчатые передачи с эвольвентно-коническими колесами. Эвольвентно-коническое колесо (ЭКК) представляет собой наиболее общий случай зубчатого колеса с эвольвентным профилем зубьев. У ЭКК при формировании зубьев коэффициент смещения инструмента линейно меняется по ширине зубчатого венца. Геометрия ЭКК и передач, составленных из них, разработана на кафедре «Техническая механика» филиала ЮУрГУ в г. Златоусте. В статье представлены основные зависимости, необходимые для определения размеров ЭКК, и возможные схемы формирования зубчатых передач с ЭКК. Зубчатые передачи на основе ЭКК можно формировать при любом расположении осей колес в пространстве. В данной работе представлены схемы формирования пространственных (на скрещивающихся осях), конических (на пересекающихся осях), цилиндрических (на параллельных осях) передач с ЭКК. Показаны преимущества передач с ЭКК (кoмпоновочные, эксплуатациoнные, нагрузoчные) пo oтношению к передачам из обычных кoнических и цилиндрических зубчатых колес. Передачи с ЭКК на скрещивающихся осях позвoляют передавать вращение при сколь угoднo малых расстoяниях между oсями колес при требуемой локализации контакта, вплоть до получения линейного контакта в зацеплениях зубьев. Конические передачи с ЭКК менее чувствительны к погрешностям и могут быть сформированы при малых межосевых углах, что проблемно для традиционных конических зацеплений. Цилиндрические передачи с ЭКК отличаются от традиционных повышенной нагрузочной способностью и плавностью работы. Кроме того, они могут быть применены в качестве безлюфтовых передач и передач одностороннего вращения. Таким образом, передачи с ЭКК благодаря их универсальности и преимуществам перед традиционными зубчатыми передачами могут с успехом применяться в современных приводах (авиационных, космических, автомобильных и т.п.) при любом расположении осей колес в пространстве.
Бесплатно
Статья научная
Предложен облик перспективной платформы в качестве базового шасси (БШ) для мобильных средств пожаротушения в Арктических зонах Российской Федерации. В качестве методологии за основу принят системный анализ. Проведён анализ климатических, почвенных условий в Арктических зонах Российской Федерации. Обоснована актуальность создания специальных платформ в качестве базовых шасси для размещения средств пожаротушения. Выбраны основные пути и определены методы создания новых и совершенствования существующих БШ специальной техники для предотвращения возникновения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Проведён анализ структуры существующих и перспективных БШ, выделены основные структурные единицы, которые могут быть определены как главный параметр при создании новых и совершенствовании существующих БШ. Рассмотрен вопрос эффективности БШ как составляющего элемента эффективности мобильного технического средства пожаротушения. Определены основные показатели, характеризующие эффективность БШ. Предложена концепция сочленённого многокомплектного БШ. Приведены основные признаки, характеризующие сочленённое БШ как перспективное для применения в экстремальных климатических условиях Арктических зон Российской Федерации. К признакам относятся многосекционность, единый энергетический модуль, адаптивное распределение силовых потоков между секциями, быстроразъёмные соединения между секциями. Формирование транспортного поезда по количеству и составу секций проводится исходя из типа, вида, удалённости очага чрезвычайной ситуации, погодных условий и рельефа местности в месте чрезвычайной ситуации и на пути следования к ней.
Бесплатно
Формирование траекторий в механизмах с параллельной кинематической структурой
Статья научная
На основе анализа простейшего механизма с параллельной кинематической структурой показаны особенности решения траекторных задач для подобных механизмов и представлен алгоритм аппроксимации требуемой траектории сегментами кривых.
Бесплатно
Функциональные особенности и параметры системы эжекционного охлаждения наддувочного воздуха в дизеле
Статья научная
Рассмотрены функциональные и конструктивные особенности системы эжекционного охлаждения наддувочного воздуха в дизеле с газотурбинным наддувом. Определены параметры газовых потоков и их изменение в газовом эжекторе системы.
Бесплатно
Характеристики нестационарной эжекции в жидкостном струйном насосе
Статья научная
Предложена уточненная физико-математическая модель рабочего процесса струйного насоса. На её основе рассчитаны и проанализированы характеристики рабочего процесса при запуске струйного насоса. Показано, что выход эжектора на стационарный режим работы сопровождается выбросом жидкости в приёмную камеру насоса на начальной стадии переходного процесса, а при определённом наборе параметров коэффициенты эжекции, достигнутые в переходном процессе, значительно превышают таковые при установившемся режиме работы устройства.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена математическая модель течения газа в профилированных зазорах с вибрацией, последовательно соединенных в Т-образную структуру. Т-образная структура сформирована из профилированных плоского слоя и цилиндрического капилляра. Представлены результаты численного решения модельных уравнений с использованием метода конечных разностей в сравнении с результатами аналитического решения, полученного при использовании асимптотического анализа. Исследованы интегральные характеристики зазоров с вибрацией, совместно работающих в Т-образной структуре, а также определены геометрические параметры таких зазоров, оказывающие значительное влияние на интегральные характеристики.
Бесплатно
Численное моделирование и анализ нагрузочных характеристик лепесткового подшипника с газовым слоем
Статья научная
Реакции лепесткового подшипника с газовым смазочным слоем определяются на основе численного решения задачи гидроупругости. Выполнен анализ нагрузочных характеристик радиального подшипника, содержащего упругую систему оболочек-лепестков, при различных конструктивных параметрах. Представлена методика оценки предельной несущей способности подшипника на основе упругогидродинамической модели
Бесплатно
Статья научная
Разработаны методики расчета нестационарных процессов внутренних сверхзвуковых течений газа на примере выхода ракеты из пускового контейнера. С помощью различных методик исследования удалось провести анализ влияния конструктивных параметров пускового контейнера на скорость движения ракеты не только качественно, но и количественно. Эти же методики позволили оценить влияние внешнего температурного фактора на параметры выхода ракеты из транспортно-пускового контейнера.
Бесплатно
Численное моделирование течения в следе при сверхзвуковых скоростях
Статья научная
Приведены результаты численного моделирования сверхзвукового обтекания конусов и конфигураций «сфера - цилиндр - юбка» в рамках ос-редненных по Рейнольдсу уравнений Навье - Стокса. Представлены пространственные поля течения сверхзвукового обтекания конусов и конфигураций «сфера - цилиндр - юбка». Рассмотрены качественные особенности сверхзвукового обтекания конусов и конфигураций «сфера - цилиндр - юбка», связанные с образованием возвратно-циркуляционной зоны, области присоединения, течения в следе, в том числе области сжатия с образованием хвостового скачка уплотнения. Результаты численного моделирования сопоставлены с экспериментальными данными по визуализации течения. Проведено сравнение расчетных значений коэффициента донного давления и коэффициента донного сопротивления исследуемых аэродинамических конфигураций с экспериментальными данными.
Бесплатно
Численный анализ влияния поверхностного трения на аэродинамические характеристики профиля
Статья научная
Исследуется влияние точности моделирования пограничного слоя на точность вычисления интегральных и распределённых характеристик профиля крыла на примере RAE 2822. Используются две математических модели течения газа: k-ω SST и «невязкого» газа. Решение проводится алгоритмами первого и второго порядков точности, которые дают разные результаты в области отрыва пограничного слоя. Как показали численные исследования, точность расчёта коэффициента трения на поверхности профиля и толщины пограничного слоя существенно влияет на определение точки отрыва потока, что сказывается на вычислении распределенного по поверхности давления и интегральных характеристик профиля.
Бесплатно
Эволюция опор на газовой смазке
Статья научная
Проблема устойчивости и обеспечения надежности высокоскоростных турбомашин на газовых опорах приобретает все большую актуальность в силу повышения скоростей и, как следствие, - возрастающих нагрузок. Газодинамические подшипники также отвечают требованиям экологичности производства, что на данный момент также является важным фактором. Надежность всех турбомашин во многом определяется надежностью опор скольжения, проектирование которых является достаточно сложной как научной, так и производственной задачей, включающей в себя детальную проработку самой опорной конструкции, а также нелинейных процессов, происходящих в конструкции при различных эксплуатационных режимах. Данная статья представляет собой обзор конструкций газодинамических подшипников. Вопросам конструктивных особенностей газовых опор, изучению процессов, происходящих в этих опорах, а также моделированию этих процессов посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных исследователей. Направление исследований можно разделить на расчетные и экспериментальные. Экспериментальные исследования проводятся на единичных образцах, конструктивные особенности которых достаточно сложны, что влечёт за собой трудности для описания расчетной модели таких опор; формулировка таких моделей значительно упрощает саму конструкцию, что влечет за собой потерю адекватности модели. Тенденция упрощения модели также наблюдается для расчетных исследований. Как следствие, построение адекватной математической модели, учитывающей конструктивные особенности и отражающей нелинейные взаимосвязи процессов, происходящих в газовых опорах при различных эксплуатационных режимах, является актуальной по сей день. Этому вопросу будут посвящены дальнейшие исследования.
Бесплатно
Экологический контроль и тестовое динамическое управление выходными параметрами двигателя
Статья научная
В современном транспорте экологический контроль приобретает ключевую роль при формировании стратегии управления техническим состоянием узлов и систем. Первым этапом в уменьшении токсичности выбросов отработавших газов явилось введение норм ЕВРО, последовательно с ЕВРО-0 до ЕВРО-6. Нормы ЕВРО в системах выпуска отработавших газов привели к появлению каталитических нейтрализаторов, которые дезактивировали большую часть вредных выбросов. Ключевую роль также стали играть датчики кислорода, при установке которых появилась обратная связь. Таким образом, мировое автомобилестроение приблизилось к возможности управления выходными параметрами двигателя. Однако для этого имеется недостаточное количество параметров, рабочих режимов и дополнительных элементов контроля. В представленных исследованиях использован новый метод селективного контроля отработавших газов в каждом отдельном цилиндре. Основой применения метода стало приборное средство для обеспечения тестовых режимов диагностирования - догружатель бензиновых двигателей ДБД-4. Подготовлена экспериментальная установка с доработкой системы выпуска отработавших газов. В выпускном коллекторе были предусмотрены точки для индивидуального забора проб отработавших газов с охлаждением зонда газоанализатора. Для контроля использовались параметры: частота вращения коленчатого вала, полное и частичное (поцикловое) отключение цилиндров, О2, СО, СО2, СН. Режим обеспечивался числом отключенных рабочих циклов двигателя и частотой вращения коленчатого вала. Управление осуществлялось внутренней коррекцией топливоподачи при воздействии на длительность впрыска электромагнитной форсунки. При проведении исследований были установлены минимальные значения параметров токсичности отработавших газов при тестовых воздействиях. Данная методика с комбинацией режимов и параметров позволяет снизить токсичность отработавших газов и улучшить экономичность и эффективность эксплуатации автомобилей.
Бесплатно
