GISAP: Technical Sciences, Construction and Architecture (Issue1)

Technical Sciences, Construction and Architecture

CONTENTS

Fattakhov I.G., Oktyabrsky Branch of Ufa State Petroleum Technological University, RussiaTHE ANALYSIS OF THE CONDITION OF WATER INSULATING WORKS ON FAMENNIAN SUBLEVEL WELLS AND ZAVOLZHYE SUPRAHORIZON WITH USE OF STATISTICAL TOOLS.................................................................................2

Kogina T.D., Rybinsk State Aviation Technical University by P.A. Solovyev, Russia PROSPECTS OF NANOTECHNOOGIES IN AEROENGINE CONTRUCTION.................................................................................6

Миронюк А.В., Ухтинский государственный технический университет, РоссияПРЕДМЕТНОЕ ОБЪЕМНО-ПРОСТРАНСТВЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В АРХИТЕКТУРНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ.........................................................................................................................................9

Ryjenko I.N., Kyrgyz-Russian Slavic University, KyrgyzstanCREDIT RISK MANAGEMENT...........................................................................................................................................................12

Коробова О.А., Бирюкова О.А., Любич И. В.,Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин), Россия МЕТОД РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ УЧЕТА ДЕФОРМАЦИОННОЙ АНИЗОТРОПИИ ГРУНТОВ В РАСЧЕТАХ ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЙ..............................................................................................................................14

Денисов А.Р., Левин М.Г., Некрасова Т.Н., Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова, РоссияСТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОТОКА ЗАЯВОК НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРИСОЕДИНЕНИЕ К ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЕТЯМ....................................................................................................................................................17

Ignatova A.M., Ignatov M.N., Perm National Research Polytechnic University, RussiaLIQUATION DIFFERENTIATION AND INTERACTION OF LIQUID PHASES IN SYNTHETICMINERAL ALLOYS MELTS..............................................................................................................................20

Исаева Л.Е., Лев И.Е., Национальная металлургическая академия Украины, УкраинаШипицин С.Я., Физико-технологический институт металлов и сплавов, УкраинаСТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕЕ В КАВИТАЦИОННОСТОЙКИХ CR- MN-V-N-СТАЛЯХ*..................................................23

Кабенов Д.И., Разахова Б.Ш., Сатыбалдина Д.Ж., Муратхан Р. Евразийский национальный университета им Л.Н. Гумилева, КазахстанМЕТОДЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ.............................................................................................................................................25

Кайда С.В., Паслен В.В., Донецкий национальный технический университет, УкраинаИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕВЕРСИВНЫХ СРЕД В АНТЕННОЙ ТЕХНИКЕ. АНТЕННЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОННОГО СКАНИРОВАНИЯ.....................................................................................................30

Kissamedin G.M., Kazakh Leading Academy of Architecture and Civil Engineering, KazakhstanUNIQUE RESIDENTIAL HOUSE IN ALMATY, THE STALINIST PERIOD IN ALMATY..............................................................33

Krukov A.F., Krukova I.A., Federal University of Sibiria, RussiaJUSTIFICATION OF TRENDS WHEN CYCLIC VARIATIONS OF INDICATORS................................................................................35

Михнова П.В., Восточно-Казахстанский государственный технически университет им. Д. Серикбаева, КазахстанВЗАИМОЗАВИСИМОСТЬ ФОРМ АРХИТЕКТУРНОЙ И ПРЕДМЕТНОЙ СРЕДЫ В ПРОЦЕССЕ ЭВОЛЮЦИИ............37

Малыгина В.Д., Сусская М.Н.,Донецкий национальный университет экономики и торговли им. М. Туган-Барановского, УкраинаЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ............................................................40

Таратин В.В., Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова, РоссияАНАЛИЗ РЕЖИМОВ ПРОДОЛЬНОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА КАЧЕСТВОПРОДУКЦИИ ЛЕСОПИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ..........................................................................................................................................43

Титова Е.С., Институт черной металлургии Национальной академии наук Украины, УкраинаТитова Т.М., Днепродзержинский государственный технический университет, УкраинаПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И СРЕДСТВ СОВРЕМЕННОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ ПРИ СОЗДАНИИ ИННОВАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА НАНОСТРУКТУРИРОВАННОЙ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ....................................................................................................................................................47

Дубровский В.А., Третяк Н.В., Чернецкий М.Ю., Сибирский федеральный университет, РоссияМАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКОЙ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ....................................................................................................................................................50

Трещалин М.Ю., Трещалин Ю.М., Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», РоссияЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КАПИЛЛЯРНОЙ ПРОПИТКИ НЕТКАНОЙ ОСНОВЫ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ......................................................................................................54

Хлопков Ю.И., Зея Мьо Мьинт, Хлопков А.Ю., Чжо Зин, Московский физико-технический институт, РоссияИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИКИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГИПЕРЗВУКОВЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ......................57

1


2

Necessity of the qualitative analysisof a condition of works on waterinflow restriction is an integral

part at the subsequent forecasts of again of-fered objects under influence. Dfam andDzav layers, in which homogeneous groupsof wells are allocated, are considered inwork. Analyzed layers, after allocation ofhomogeneous sets of wells, were dividedinto 8 groups of objects.

Geological-physical properties of ana-lyzed objects (80 wells of layers of Dfamand Dzav of the Southern Tatar arch fields,on which water insulating works werecarried out) change largely (an analyzedsample consisted of 3120 values) thereforefor the purpose of finding the optimumnumber of parameters classification by sixoptions including from 39 to 7 parameters(table 1) is carried out.

A certain characteristic of classificationoffered options can be received, consideringthe share of dispersion [1,2] explained byseveral main components (drawing 1).Therefore, at any classification option it ispossible to be limited by considering five –seven main components, characterizing notless than 65 % of parameters variability (onthe average 86 %) [3].

Each of groups in the correspondingmain component axes possesses own areaof values (drawing 2-3), separated fromothers [4]. At the imaging on the plane thearrangement of some objects can coincidein one coordinates, however their consider-ation in others allows to draw a conclusionon well belonging to one or different groups.The presented distribution of our groups incoordinate axes of the first and the secondmain components at the first and sixthoptions of classification testifies that thearrangement of some objects can coincide

in one coordinates though their considerationin others allows to draw a conclusion on

their accessory to one or different groups.In coordinates of PC1-PC2 of group 1 and

UDC 622.276

THE ANALYSIS OF THE CONDITION OF WATER INSULATING WORKS ON FAMENNIAN SUBLEVEL WELLS

AND ZAVOLZHYE SUPRAHORIZON WITH USE OF STATISTICAL TOOLS

Fattakhov I.G., Cand. of Technical, SciencesAssociate Prof.Oktyabrsky Branch of UfaState Petroleum Technological University,Russia

Conference participant,National championship in scientific analytics

The question of the analysis of a condition of water insulating works on the layers of aFamennian sublevel and Zavolzhye suprahorizon is considered in the article. The method of maina components (for grouping) and the regression analysis were used for a forecast of worksproductivity of additional oil production and duration of effect from influence. Models are receivedand recommendations are made.

Keywords: analysis, water insulating works, dependence, grouping, components, factors

Table 1. Classification of objects by the geological-physical characteristic

of a layer by main components methods.


2 are separately located relatively each otherat the first option of classification, and atthe sixth option their areas are imposed ateach other.

From the results of the analysis followsthat from 39 main components 67,47 % arethe share of the first seven for Dfam andDzav layers of parameters general dispersion(drawing 4). It turns out, that at allocationof rather homogeneous objects groups it isquite enough to consider them in the spaceof these components. Any of seven maincomponents has substantial character, givesin to semantic interpretation, reflecting thisor that property characterizing operationalcharacteristics, deposit conditions, physi-cal-chemical and capacitor-filtrational prop-erties of layers and fluids sating them,current state of development of these ob-jects.

The first component reflects generallyoperational characteristics on wells and ca-pacitor-filtrational characteristics. The secondcomponent - a factor causing punched cha-racteristics and conditions of reservoirdeposit. The third component reflects layerthickness properties and punching and theparameters reflecting values of pressure. Inthe fourth main component the contributionis brought by special factors of heterogeneityand types of the punchers opening wells ta-king into account age and diameter of ope-nings, also such operational characteristic,as factor of the relation of the maximumoutput to an average on oil, and alsofrequency rate of carrying out acid proces-sings here enters. The fifth component in-cludes conditions of layer deposit and ope-rational characteristics. The sixth componentreflects primary conditions of sampling,acid processings and the parameters reflectinglayer thickness properties. The seventh com-ponent includes physical and chemical pro-perties of sating fluids, capacitor and filtra-tional characteristics, technological parametersand type of the puncher, which carried outlayer opening.

The parameters influencing the mainshare of dispersion are specified in table 2,entering in each of seven components.

It is necessary to emphasize that theshare of the sixth and seventh componentscome the smallest values of paraeters generaldispersion - 4,23 % and 4,02 %.

From the foregoing it is visible thatevery component reflects geological, tech-nological and other features of developmentobjects in this or that hierarchical level.

3

Drawing 1. Dependence of the explained share of dispersion on number includedinto a consideration components and geological-physical parameters (in numeratoris classification option, in a denominator – number of analyzed physical parameters)

Drawing 2. Distribution of research objects in axes of PC1-PC2 main componentsby the first option of classification

Drawing 3. Distribution of research objects in PC1-PC2 main components axes by the sixth option of classification.


4

With use of themost influencing factorsthe regression equations by each studiedresultareworkedout:inadditionextractedoil for all duration of effect Δqн, tons;duration of effect on time of T, months;watercuttingchangeΔB,%(positive,ifthewatercuttingafterprocessinghasbeende-creasedoronthecontrary);changeofpro-ductionofwaterΔqв,t/day(takingintoac-counttheentireperiodofeffectaction);themaximum gain of an output on oil in amonth,t/month.Allparameterswerenor-malized for an exception of independentfactorsinfluenceondependent.Themultiplefactor of correlation was used for aninterrelation assessment betweenparameters, adequacy of the receivedequationsofmultiplelinearregressionwasestimated by Fischer's ratio test, and theimportanceof factorsestimatesof factors

oftheequationbyStudent’stest.FollowingmodelsforDfamandDzavlayerswerere-ceived:

1.Additionaloilproductionattheex-penseofwaterinsulatingworkswithappli-cationpolymerofacidinfluence:

Δq=0.356Qw-0.216qo-0.054qini+0.294Vp-0.145hper-

0.087port-0.084Sm

Thegreatestpositiveinfluenceontheadditional oil production is rendered bysizes of pumped reagents volume andnumberofthesaved-upproductiononwaterfortheentireperiodofoperation.

2.Durationofeffectontime:

T=0,305Vp –0,179qo–0,182Te –0,041ko –0,154hper –0,091nopm +0,06Sm

Thegreatestpositiveinfluenceondu-rationofeffectisrenderedbysizeofvolumeofpumpedreagents.

3.ChangeofanobvodnennostofB:

∆B =0,469B –0,136qo –0,095Ql +0,057m –0,213pkv +0,233nop +0,011nc

Thegreatestpositiveinfluenceonchangeofanobvodnennostisrenderedbyobvod-nennostsizebeforeprocessing.

4.ChangeofproductionofwaterΔqв:

∆qw =0,584ql +0,174B +0,092qo +0,061L –

Drawing 4. the Contribution of main components into the general dispersion of parameters.

Drawing 5. the Contribution of parameters to each of the 7th component(on an axis x – number of parameters in a component, on an axis y –

number components and a contribution of parameters to its dispersion).

Table 2. Distribution of parameters onto components

(1)

(2)

(3)

(4)


6

Aeroengine construction is the in-dustry which includes the resultsof research and development of

scientists and engineers from many high-tech areas, herewith almost all the technicalsolutions are based on the essential basicresearch in the sphere of engines, gas dyna-mics, combustion and heat transfer, structuralintegrity theories, and the theory of integraland intelligent control and diagnostics. Thework for creation of innovative products inthe aeroengine construction sphere can notbe performed without the use of a high-level computer multi-disciplinary simulationand a physical modeling test and field testingof components and engines as a wholeusing of a unique simulating test benches.

The development of gas turbine enginesfor aircrafts and for ground applicationsmarks tendency to increase the temperaturein the combustion chambers of gas turbines

from 1300 ° C to 1700 ° C, and the pro-spective gas turbines to ultrahigh temperaturesof 2000 ° C, providing an increase of effici-ency and performance factor of gas turbineengines. The increase of operating tempe-ratures of gas turbines makes it especiallyurgent to introduce new high-performancethermal barrier coatings for thermo-loadedgas turbine components - flame tubes ofthe combustion chamber and cooled bladesof the first stages of the turbine.

University scientists developed the synt-hesis technology of thermal barrier coatingson cooled turbine blades of a new generationGTE, which includes the steps of applyinga heat-resistant metal layer Al2O3, with α -a modified crystal lattice by ion-plasmamethod and heat-resistant ceramic layer byvapor deposition on the vacuum electronbeam unit. Directions of workflow optimi-zation and an optimization criterion – ply

rating, the essence of which is to model thesynthesis of nanostructured coatings Al2O3,allowing to eliminate the phase instabilityand low adhesion of its components (Figure1) are proposed.

Continuous improvement of aircraftengine design, extensive use of hard materialsfor critical parts with high accuracy ofworking surfaces led to a large scale imple-mentation of machine tools with CNC, ma-chining centers, transfer lines and other ex-pensive equipment that requires a consid-erable intensification of the cutting parametersthat causes an increased tool consumptionas a result. One of the effective ways toreduce a tool consumption while achievinga high level of processing is the use ofmetal tools with a wear-resistant coatings.Wear-resistant coatings allow to get workingsurface of a tool with a desired servicecharacteristics, usually without changing

УДК 620.3, 621.4

PROSPECTS OF NANOTECHNOOGIES IN AEROENGINE CON-TRUCTION

Kogina T.D., Dr. of Engineering, Prof.Rybinsk State Aviation Technical University of P.A.Solovyev, Russia

Conference participant,National championship in scien-tific analytics

Here are considered the main aspects of the nanotechnology application in the production ofaircraft gas turbine engines. Here are presented possibilities of synthesis technology of the thermalbarrier coating on cooled turbine blades of next generation GTE, technology of nanostructuredmultilayer coatings for metal cutting tools. Here is made actual the issue of industrial productionof leucosapphire single crystals. In conclusion, here are presented competence-based personneltraining educational programs for nanoindustry companies.

Keywords: nanotechnology, aeroengine manufacturing, nanoindustry, gas turbine engine,turbine blade, leucosapphire single crystal, personnel, educational program.

Figure 1. Operational life of thermal barrier coatings of cooled turbine bladesat the temperature 1100 °С.


the properties of the main tool. Therefore,nowadays tool manufacturers, like SandvikCoromant, Iscar, Dormer, Walter, JSC "NIR",Kirovograd carbide factory, etc., are beingdeveloped in the following areas: improvingthe geometry and the material of the cuttingend, the development of wear-resistant coat-ing technologies.

Nanostructured multilayer coatings con-sisting of several layers separated by thinintermediate are becoming more commonnowadays. The coating technology allowsto give them the characteristics needed forspecific processing conditions, and to ensurethat the coating effectively complementsthe physical and mechanical properties ofthe substrate of the carbide. In a multi-layercoating each wear layer performs its function,improving the performance of the cuttingedge. By varying the composition and thick-ness of the layers, you can create cuttingedge of hard alloys, designed for processinga certain group of materials for specific op-erations or for universal application for dif-ferent workpiece materials and working op-

erations.RGATU by P.A. Solovyov has conducted

researches to improve the performance ofcarbide cutting tools with wear-resistantcoatings, used for GTE machining. Themechanism of influence of a multi-layeredcoating architecture on its structural pa-rameters, mechanical properties, wear andbreakdown (Figure 2) is developed. It is es-tablished that the effective resistance of adelamination spread of a wear layer can beraised or lowered by thermal stresses, thatare realized by a sudden temperature changeof the coating layer.

The study found that the use of a damp-ing multilayer coating AlTiN-TiN-Ti (withvariable thickness of AlTiN), prepared byhigh-speed magnetron sputtering, significantlyincreases the efficiency of carbide end mills.This allows to expand their use in machining,where there are loads that often cause thedestruction of conventional coatings at thevery beginning of work, especially whenmilling carbide workpieces with large cuttingthickness. The developed in the University

technology of optimization of the coatingprocess of wear resistant nanostructuredcoatings of solid carbide end mills by theboundary delamination complex includesan extensive set of factors that determinethe resistance of the coating, including thephysical and mechanical properties of thetreated and tool material, cutting conditions,the geometric parameters of the cutter, thatallows to predict the structure of the multilayercoating on the stage of productions toolingof end mills.

In the field of aviation instrumentmaking RGATU by P.A. Solovjov togetherwith JSC "RIMP" run an innovative projectfor the technology development and industrialproduction in an industrial scale of single-crystal leucosapphire weighing up to 30 kgfor electronics, optoelectronics, optics, pre-cision mechanics, instrument making andlaser technology.

Leucosapphires are used to create high-brightness LEDs, for the development andproduction of pastes for the metallizationof solar cells, which are one of the most

7

Figure 2. Mills with nanocomposite wear-resistant coatings and results of thickness monitoring of tool coatings using caliper«Calotest»


8

promising segments of the renewable energymarket. In the future - the development oftechnologies for producing shaped crystalsof ruby refractory compounds, aluminumyttrium garnet, etc. Work is underway totransition to a more efficient technologicalequipment for leucosapphire crystal growthby Kyropoulos method, that allows to obtainleucosapphire single-crystal boules weighingup to 60 kg, used in the construction ofspace ships and aircrafts.

It should be noted that it is of great im-portance in the development of any field ofscience and technology not only high-endengineering technologies, but also educa-tional.

Analysis of the situation with qualifiedpersonnel for high-tech companies, as wellas the situation in the regional segment ofthe labor market has shown that there is nota quantitative deficit, when there are experts,but their number is not sufficient, and thequalitative and structural shortage. In fact,the profession reproduction in many im-portant areas has stopped, and the educationalsystem in institutions of vocational educationbehind the changes in the field of practices.The situation with staffing science intensiveplants hampered by the lack of effectiveforms of interaction between the system oftraining and professional sphere of con-sumption. The labor market is stripped frommechanisms for the influx of new staff andyoung professionals in the industry.

Thus, nowadays there are no mostcritical elements of infrastructure of staffing,as well as the reproduction of human re-sources for aeroengine industry, rocket,ship, instrumentation and other high-techindustries.

The task of forming an efficient infra-structure of staffing of high-tech sectors ofindustry can not be solved within an enter-prise, it requires the participation and theconsolidation of the efforts of many parties:public authorities, associations of producers,institutions, corporate training centers, in-formation centers and specialized agents ofthe labor market. Therefore, it is taken toconsider the regional training systems andattracting engineering and management staffto the company as the basis of stuffing thehigh-tech industry sectors.

In a shortage of highly skilled stuff onthe labor market aviation, aerospace industriesand other high-tech industries have todevelop and apply new technologies fortraining and attracting staff.

On behalf of RSATU and with a supportof "Rosnano" technical training center forspecialists in the field of nanomaterials andnanotechnology (UTC PS ERIP) was createdin 2010. The specialization of the centrewas based on the requests of employers. Inparticular, the training of qualified personnelfor industries, using axial tools with nanos-tructured coating - on behalf of JSC "Newinstrumental solutions." Training accordingto the program "Technologies of leucosap-phire single crystal and other refractorycrystals growth for electronics and instru-mentation" is held under contract with JSC"Rybinsk instrument making plant." Trainingand retraining of personnel in the sphere ofsynthesis of termobarrier nanostructuredcoatings of GTE hot parts – on behalf ofJSC "NPO Saturn" and JSC "Saturn-GasTurbines."

The educational programs of technicaltraining center are based on a modular ap-proach, which provides the ability to createoptional specializations to enhance trainingin a specific direction.

Education of the specialists, as well asimproving of their skill level is based onthe competency curriculum, which is themain document. A feature of this curriculumis to focus not on the training set of topicsand subjects taught in a certain volume, buton the received practical knowledge andskills that enable professionals to successfullymeet the challenges related to the develop-ment and production of modern high techmachines.

There is an opportunity to create spe-cializations as part of specialties and areasof training and retraining. Specializationsare part of the specialty in which they arecreated, and expect to obtain deeper pro-fessional knowledge in a particular specialtyprofile. Number of hours (laboriousness)for disciplines of the specialization shouldbe based on the discipline specificity.

One of the problems that require jointdecision by educational institutions and en-terprises is to define the requirements forthe competence of engineers involved inthe production process, and the definitionof the competences required to performspecific functions in the process, the imple-mentation of their goals (objectives) andthe achievement of the planned results ac-cording to the quality requirements. Jointdevelopment of for company specialists al-lows to design educational programs coor-dinated with the strategy of the enterprise.

The competence models design for thecompany specialists is performed under theanalysis of two interrelated systems: a com-plete system of business objectives, definingthe area of final results that are achieved bytotal implementation of all activities of thecompany management; complete systemof enterprise processes and functions requiredfor the operational management under theformed task system. The advantage of thisapproach is that the process of defining therequired competencies of staff and theirsubsequent development are related to theprocesses of development, coordination andimplementation of organizational tasks. Itis provided the ability to change the re-quirements for the staff competence in thecase of new enterprise development goalsand, therefore, the new features of employeeswork in order to prevent the emergence ofinconsistencies in the manufacturing processdue to timely raise of the requirements tothe personnel competences.

The main assessment tools for in-crease of the personnel competencesduring the education and after it arethe following technologies: the use ofautomated information system, meas-uring the competencies using a test,unification of the results into groupsof competencies, drawing of a radarchart of student competences and over-lay of it on the radar chart of requiredcompetencies; self-appraisal of thecompetencies change for the imple-mentation of which each student isprovided with the available in the edu-cational complex tasks for self-controland control questions. It is also expectedto modify the automated informationsystem of competencies measurementto enable on-line access for the studentsinvolved in the training program.

In general, the developed two-level sys-tem for training specialists provides the im-plementation of an optimal training pathsfor each student and allows to form thenecessary competencies for the program.The proposed studying program can beused to develop a competence-oriented pro-gram of advanced training of personnel fornanotechnology companies. Test scores afterthe subjects studying, and the results ofgraduation thesis are evident of the acquiredcompetences that will be used in the furtherproduction activity of the specialists at thenanoidustry and aeroengine production en-terprises.


Термин «композиция» обозначаетсложение, состав, построение

художественного произведения, опре-деленные системы средств раскрытияи организации образов, связи и от-ношения этих образов. Изучениемпроцесса и результатов композицион-ного моделирования архитектурнойформы занимается специальная наука— теория архитектурной формы икомпозиции. Создание художествен-но-композиционной модели будущегообъекта, фиксация ее в объемныхмакетах, схемах, эскизах — важней-шая стадия архитектурного проекти-рования. Издревне на первичном эта-пе проектирования зодчие исполь-зовали архитектурную композицию,характерной особенностью которойявляется трехмерное представлениебудущего здания или сооружения.

Методика архитектурного про-ектирования, основанная на объ-емном моделировании, является глав-ной на первых курсах, когда основноевнимание направлено на структур-но-композиционную сторону архи-тектурных объектов. Процесс работынад проектом начинается с форми-рования отвлеченной объемно-про-

странственной геометрической ком-позиции, обладающей некоторымиконкретными признаками будущегообъекта. Сначала создается обоб-щенная геометрическая модель-макет,пространственные характеристикикоторой соответствуют габаритам иимеют характерный силуэт-абриспроектируемого сооружения (рис. 1).

Это промежуточная стадия междуабстрактной графической объемнойкомпозицией (которая имеет лишь ху-дожественно-прикладное значение) иитоговым проектным решением (ар-хитектурно-строительной виртуальноймоделью объекта, комплектами рабочейдокументации) (рис. 2).

Современная теория архитектур-ной композиции определяет общиекатегории взаимоотношений архи-тектурного объема-массы, геометри-ческого пространства, физиологиче-ских законов восприятия цвета и све-та. Различаются виртуальные ком-

9

УДК 721.011 + 37.025

ПРЕДМЕТНОЕ ОБЪЕМНО-ПРОСТРАНСТВЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В АРХИТЕКТУРНОМ

ПРОЕКТИРОВАНИИ

Миронюк А. В., канд. архитектурыУхтинский государственныйтехнический университет,Россия

Участник конференции,Национального первенства по научной аналитике

В статье рассматриваются вопросы архитектурного проектирования, основанные наобъемном моделировании, этапы архитектурном композиции, цели объемно-пространственногомоделирования, процесс создания архитектурного произведения с привлечением архитектурнойкомпозиции.

Ключевые слова: теория архитектурной композиции, объемное моделирование, маке-тирование, композиция ограниченного пространства, композиция открытого пространства,абстрактное мышление, композиционный замысел, пластика формы.

In this paper, architectural design, based on comprehensive modeling stages of the architecturalcomposition, purpose three-dimensional modeling, the process of architectural work involving thearchitectural composition.

Keywords: theory of architectural composition, solid modeling, layout, composition of limitedspace, the composition of open space, abstract reasoning, compositional design, plastic form.

Рис. 1. Студенческие работы по архитектурной композиции (абстрактные модели)

Рис. 2 Объемные модели общественных и жилых зданий (студенческие работы)


10

позиционные модели ограниченныхи открытых архитектурных про-странств.

Композиция ограниченного про-странства решается с помощью ор-ганизации различных геометрическихэлементов, расположенных внутривизуальной границы восприятия ар-хитектурного пространства (по пе-риметру, на поверхности основанияи поверхности перекрытия). К таким

композиционным моделям относятобъемно-пространственную компо-зицию отдельного фрагмента зданияили сгруппированных фрагментовсооружения, интерьера, конструк-тивного каркаса (рис. 3).

Композиция открытого простран-ства решается формированием пла-стики поверхности тектоническогооснования и объектов-доминант (рис.4). Пластика основания задает ха-

рактер движения в трехмерном про-странстве и определяет сценарийвосприятия архитектурного решения.Объекты-доминанты определяют ха-рактер различных связей между со-подчиненными им элементами ком-позиции. В число указанных компо-зиционных моделей входят ланд-шафтные композиции, варианты объ-емных решений экстерьера объектов,сценарные градостроительные ком-позиции.

Исследования проблемы форми-рования у человека образов, действийи понятий, проведенные психологамии педагогами, дают основание гово-рить о дидактическом эффекте пред-метного моделирования. Предметноеобъемно-пространственное модели-рование, как метод, сопутствующийтворческим стадиям архитектурногопроекта, — активное средство об-учения, имеющее преимущества пе-ред графическими средствами. Приграфической работе студент посте-пенно учится преобразовывать мыс-лительный образ будущего объектав изображение, тогда как при прове-дении предметной деятельности —моделировании — это происходитскорее. В моделировании творческийзамысел материализуется, получаетнаглядное выражение [1].

Объемно-пространственное мо-делирование преследует следующиецели:

• содействовать творческому по-иску;

• быть геометрически нагляднойпроверкой объемно-пространствен-ного, композиционного и конструк-тивного построения объекта илигруппы объектов;

• служить предметной иллюст-рацией для контрольной проверкиконечного результата проектирова-ния.

Процесс создания архитектурногопроизведения — это движение ком-позиционной модели от первоначаль-ной идеи (представленной в видепростейших геометрических форм,рожденных образной ассоциацией)через организацию пространства изгрупп усложненных форм к конструк-тивно-технологической системе до-кументов, выраженной в понятии«проект». В методологическом от-

Рис. 3 Учебные студенческие работы по архитектурной композиции

Рис.4 Композиции открытого пространства (студенческие работы)

Рис. 5 Объемно-пространственные модели (студенческие работы):1 – средняя общеобразовательная школа, 2-3 – выставочные павильоны

Рис. 6 Объемно-пространственные модели общественных зданий (студенческие работы):

1 – реконструкция учебного корпуса, 2 – здание банка, 3 – реконструкциявходной группы общежития, 4 – реконструкция университетской столовой,

5 – благоустройство городского квартала, 6 – реконструкция вестибюля учебного корпуса


11

ношении наиболее продуктивно ра-бочее моделирование, проводимое сцелью поиска композиционного ре-шения. Организация исполнения ра-бочих макетов студентами на этапахпроектного поиска наряду с графи-ческим эскизированием становитсятворческим методом вариантногопроектирования. Рабочее моделиро-вание (макет) предполагает активнуюдеятельность студентов, связаннуюс визуализацией — мыслительным«обмериванием» макета, отыскива-нием соотношений между частями,проверкой различных точек зренияи соотношений внутреннего и внеш-него пространства. Макетированиеразвивает способность фиксироватьсвою мысль, зрительно воспринимать

и оценивать решение. Абстрактноемышление получает опору в нагляд-ности — студент творчески осваиваетметод макетирования. Навыки повсем видам композиции закрепляютсяна конкретных упражнениях и про-ектах, на основе тщательно разра-ботанных функциональных про-грамм-заданий: при градостроитель-ном макетировании достигается един-ство планировочного замысла и про-странственной идеи застройки, связьс природной и градостроительнойситуацией; объемно-пространствен-ное макетирование проектов павиль-онов, клубов, школ способствует вы-работке трехмерного пластическогопредставления о сооружении как обабстрактной объемной форме (рис.

5); макетирование интерьера позво-ляет показать многоуровневое раз-витие пространства.

Первичный композиционный за-мысел развивается только тогда, когдаформируются различные модели про-ектируемого объекта (функциональ-но-планировочная, эргономическая,конструктивная и т.д.), которые со-гласуются с архитектурной компо-зицией, уточняя и конкретизируя ее.

Литература:1. Никитина Н. П. Аналитический

метод изучения архитектурной ком-позиции / Н. П. Никитина // ИзвестияУральского государственного уни-верситета. – 2010. – № 4(81). – С.71-73.


VaR - is an estimate of the maximumpotential loss on a financial instrument orportfolio over a given period of time in theevent of adverse changes in market factors,calculated with a certain confidence interval.

At present, the risk management activitiesbanks moving towards automation of cu-stomer service, forecasting, and quantitativeassessment of risk. The use of agents in adistributed Internet and cloud computingtechnologies for risk management, allowsus to consider hundreds of possible scenariosof market behavior and calculate the possibleresults of it. In addition to the functions ofmodeling such systems should support theadministration and tracking of risk strategy.Timely, accurate and complete informationis the basis for a quantitative assessmentand monitoring of financial risks.

Structure established by the bank limitsof risk reflects its strategy and «appetite forrisk». Limits on the level of risk is determinedfor specific counterparties, markets and in-struments.

In the process of risk management forthe financial market participant is a veryimportant question, or may not be includedin the risk situation? Different behavior, inthis context, is characterized by risk appetite.In the decision of risk plays an importantrole informing the parties, his experience,skills, competencies. Willingness to takerisks to a large extent also depends on theresults of implementation of the previousdecisions taken in the same conditions. Therisk management process is dynamic enoughand its effectiveness depends on the speedof response to changing market conditions,the economic situation in general, thefinancial condition of the commercial bank.Of particular importance in solving problemsis risk manager intuition, which is the abilityto find the right solution.

One of the traditional methods of as-sessing and managing risk is a statisticalmethod. The basic tools of statistical analysisare - variance, standard deviation, coefficientof variation. The essence of this approachis to analyze statistical data for the greatestpossible period of time, so you can comparethe frequency of loss of the bank with theprobability of their occurrence. This methodcan be applied to the evaluation of differenttypes of risks the bank, both external andinternal. The frequency of occurrence of anacceptable level of losses for the bankdepends on the number of cases, the onsetof a specific level of losses and the total

number of cases in the statistical sample.The statistical method is to study the

statistics of losses and profits that occurredwhen making similar decisions, to establishthe magnitude and frequency of receipt ofan economic impact, and then conduct aprobabilistic analysis and forecast of thefuture market behavior.

Analysis of the financial condition of theborrower held by the manager based on fun-damental analysis, and includes a detailedstudy of the operations of the borrower, thedynamics of its cash flows, the value of itsfuture earnings. The main objective here is toassess the solvency of the borrower. In carryingout the analysis must be considered:

— the probability of default of the bor-rower;

— probability distribution of lossessubject of default of the borrower.

For a reliable estimation of the probabilityof default, and other parameters requiredhistorical data for many years. With somefrequency the world's largest credit ratingagencies Standard & Poor's, Moody's Inve-stors Service, Fitch Ratings, Thomson Bank-Watch and others publish statistical analyzesborrowers. For each rating group provideshistorical data frequency of default, defaultrate variation and the frequency of transitionsfrom one rating category to another. Recentvalues form the so-called transition matrixof credit scoring.

We define a matrix of transition proba-bilities, the probability of default of theborrower correcting the assumption that, inany period, the probability of default is di-stributed from min (0) to the value adoptedfor the probability of the rating agency andis subject to normal distribution:

Where: , Ph- relative probability;K - Transition probability;U - The domain of the probability of

default;P - The probability of default of the

borrower;µ - Membership function;T - A set of terms;i = 1 ... n period (month, year, ...);j =1 ... n.Define the membership function of

probability of default of the borrower:

As an assessment of the credit risk isdetermined by the expectation of losses de-pending on the relative probability of defaultby the formula:

where: R - the rate of interest;S –The amount of the loan;h = m - a relative term (horizon of

the loan).Determine the relative probability of

default of the borrower, provided the man-ager:

Next, the mathematical expectation ofloss assessment manager:

This makes it possible to determine theoptimal placement of the credit limit, as theoperation of intersection sets estimates oflosses:

where: Ho –the optimal boundary ofthe loan period.

According to the analysis it can be con-cluded whether the loan. In the proposedmodel credit risk assessment produced sig-nificant differences, are as follows:

— determination of the probability ofdefault of the borrower reflects the possibilityof a default in any of the periods of thehorizon of the loan;

— accounted for the variation frequencyof default and the frequency of transitionsfrom one rating category to another whenevaluating potential losses;

— The choice of the optimal period ofthe loan.

References:1. Money, Credit, Banks: ed. Lavrushina

O.M. M: Finance and Statistics, 2004. -464s.

2. Algin A.P. Brink of economic risk.M.: Knowledge, 1991.

3. Principles for the management of in-terest rate risk. Basel Committee. www.bis.org

4. Managing Interest Rate Risk in theBanking Book. www.oenb.at

13

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)


14

Многочисленные исследования уче-ных, как в России, так и за рубежом

убедительно свидетельствуют о том, чтовсе нескальные грунты обладают свой-ством деформационной анизотропии. [1]В связи с этим, учет анизотропныхсвойств грунтов в расчетах грунтовыхоснований позволяет уточнить их ре-альные свойства и в настоящее времяприобретает свою неоспоримую акту-альность. Для достижения этой цели ав-торами были проведены многочисленныеэкспериментальные и теоретические ис-следования по выявлению и оценке на-пряженно-деформированного состояния

(н.д.с.) анизотропных грунтовых осно-ваний, целью которых являлось создатьпрактический метод расчета деформацийфундаментов, позволяющий учесть ихдеформационную анизотропию. [2] Этотметод заключается в следующем. Напервом этапе при оценке инженерно-геологических условий необходимо опре-делить модули деформации грунтов подвум взаимно перпендикулярным на-правлениям. Для определения деформи-руемости грунтов по взаимно перпен-дикулярным направлениям пробы грунтанеобходимо отбирать при вертикальноми боковом положении колец (по шесть

проб в каждом случае) (рисунок 1). Ис-следования грунтов естественного сло-жения были проведены по стандартнымметодикам в уплотнителях системы ”Гид-ропроект” (рисунок 2).

Исследования деформационной ани-зотропии грунтов, имеющих структуру,сформированную простой отсыпкой,уплотнением виброванием и трамбова-нием были проведены в приборе трех-осного сжатия (ПТС системы А.Л. Кры-жановского) с независимым регулиро-ванием переменных величин главныхнапряжений. Прибор создан на кафедреинженерной геологии, оснований и фун-

УДК 624.131.5

МЕТОД РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ УЧЕТА ДЕФОРМАЦИОННОЙ АНИЗОТРОПИИ ГРУНТОВ

В РАСЧЕТАХ ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЙ

Коробова О.А., д-р техн. наук, проф. Бирюкова О.А., аспирантЛюбич И. В., аспирантНовосибирский государственный архитектурно-строитель-ныйуниверситет (Сибстрин),Россия

Участники конференции,Национального первенства по научной аналитике,Открытого Европейско-Азиатского первенства по научной аналитике

В статье представлен усовершенствованный метод расчета деформаций грунтовыхоснований, позволяющий учитывать деформационную анизотропию грунта. Исследо-ваниями выявлено, что влияние деформационной анизотропии на величину прогнозируемыхосадок при слабо выраженной анизотропии обычных грунтов оценивается величиной,достигающей 10-40% от расчетной осадки фундамента, расположенного на изотропномосновании. Полученные данные можно использовать в расчетах оснований по деформациямпри надстройке зданий и сооружений, принимая во внимание, что для анизотропныхгрунтов показателем анизотропии < 1 расчет по методике СП 22.13330.2011 «Ос-нования зданий и сооружений» не учитывающей анизотропию, приводит к завышеннымзначениям осадок, а также при таких способах усиления фундаментов, как уширениеподошвы фундамента, устройства обойм, рубашек, наращиваний и т.п. Для грунтов,характеризующихся показателями анизотропии > 1, традиционный расчет даетуменьшение значения осадок, и если учесть, что для таких грунтов особенно великовлияние деформационной анизотропии, т.к. это, как правило, грунты, имеющие слоистуюили столбчатую текстуру, то пренебрегать этим фактом при реконструкции недопу-стимо.

Ключевые слова: деформационная анизотропия, грунты, анизотропное грунтовоеоснование, метод расчета по деформациям, усовершенствованный метод.

An improved method of calculating the deformation of soil bases for incorporating strainanisotropy of the soil is presented in the article. Research has shown that the influence ofstrain anisotropy on the value of the predicted settlings with poorly expressed anisotropy ofordinary soils is estimated to reach 10-40% of the theoretical foundation settlement, locatedon the isotropic base. The obtained data can be used in the calculation of basis for distortionsin the superstructure of buildings and structures, taking into account that for anisotropicsoils the anisotropy index a<1 by the method of calculation of SP 22.13330.2011 "Foundationsof buildings and structures" which ignores the anisotropy, leads to overstated values ofsettling and in such a ways of the foundations enhancements as the foundation basebroadening, the clips arrangement, casings, build-ups, etc. For soils with the anisotropyindex a> 1, the traditional calculation gives the decrease of the settling values. Consideringthat strain anisotropy impact is particularly high as these are usually soils with a layered orcolumnar texture, neglecting of this fact during the reconstruction is unacceptable.

Keywords: strain anisotropy, soils, anisotropic foundation bed, stiffness analysis method,improved method.


даментов Новосибирского государствен-ного архитектурно-строительного уни-верситета (Сибстрин) (рисунок 3). [2]

Полученные в экспериментах значе-ния деформаций образцов грунта в вер-тикальном и горизонтальном направле-ниях были использованы для оценки де-формационной анизотропии грунтов.При анализе полученных результатовоказалось возможным оценить степеньдеформационной анизотропии грунтовпоказателем анизотропии = Ez/Ex =sx/sz = εx/εz; где Ez и Ex – модули дефор-мации в вертикальном и горизонтальномнаправлениях, sz и sx , εz и εx –абсолютныеи относительные деформации в верти-кальном и горизонтальном направленияхсоответственно, а для грунтов, испытан-ных в приборе трехосного сжатия этаоценка была проведена по отношениюsx/sy (по взаимно перпендикулярным го-ризонтальным направлениям y и x). По-казатели анизотропии исследованныхвидов грунта изменились от 0,5 до 2,1,чтопрактически ощутимо.

Модули деформации Еz и Еx можноопределять известными методами в со-ответствии с СП 22.13330.2011 «Осно-вания зданий и сооружений» [3] по ре-зультатам компрессионных испытанийстандартных образцов грунта, вырезан-ных из монолита или непосредственнов месте отбора проб грунта по верти-кальному и горизонтальному направле-ниям. Значения εx и εz можно определитьтакже испытаниями образцов в стаби-лометре. Значения коэффициента Пуас-сона yx в расчетах н.д.с. анизотропнойполуплоскости (слоя) для различныхгрунтов рекомендуется принимать таб-личными и равными для песков – 0,25;супесей – 0,30; суглинков – 0,35 и глин –0,40.

Значения модуля сдвига Gxz, в связис малым влиянием его на результаты на-пряженно-деформированного состояния(н.д.с.) анизотропной полуплоскости(слоя), представленной грунтами с нечетковыраженной слоистостью текстуры, ре-комендуется вычислять по зависимости:

Напряженно деформированное со-стояние трансверсально-изотропной по-луплоскости (слоя) рекомендуется уста-

15

Рисунок 1. Схема отбора образцов грунта

Рисунок 2. Уплотнители системы ”Гидропроект”

Рисунок 3. Прибор трехосного сжатия /ПТС/ с независимым регулированиемвеличин главных напряжений

(1)

где


16

навливать по результатам расчетов, вы-полненных методом конечных элементовпо любым существующим в настоящеевремя программам, по которым можнополучить картину н.д.с. грунтовых ос-нований (COSMOS, COSMOS/M, AN-SYS, PLAXIS и др.) при известных значе-ниях модулей деформации грунтовойсреды Еz и Еx; коэффициентах Пуассонаvyx и vxz в предположении vyx = vxz, гдепервый параметр характеризует боковоерасширение грунта в плоскости изотро-пии (в горизонтальной плоскости xy), авторой – расширение в вертикальномнаправлении от нормальных горизон-тальных напряжений; модуле сдвига Gxz

в вертикальной плоскости деформиро-вания; величина vzx = vxz (Еz / Еx). Присравнении полученных результатов рас-чета н.д.с. однородно-анизотропных иизотропных оснований в виде слоев раз-личной мощности и полуплоскости ока-залось возможным простым способомучесть деформационную анизотропиюгрунтов основания при помощи коэф-фициентов влияния анизотропии грунта.Эти коэффициенты показывают, какуюдолю от напряжения в изотропной средесоставляют соответствующие напряженияв анизотропной. Значения коэффициентоввычисляются по формулам:

Кα = σzα / σz

Кα′ = σхα / σx.где Кα и Кα′ – поправочные коэффи-

циенты влияния анизотропии грунта;σzα и σхα – вертикальные и горизон-

тальные напряжения для анизотропнойсреды;

σz и σx – то же, для изотропной.Напряжения σzα и σхα, σz и σx вы-

числяются для характерных точек грун-тового массива, расположенных на цент-ральной и угловой вертикалях загружен-ного участка поверхности. Поправочныекоэффициенты влияния анизотропиигрунта можно применять для корректи-ровки величин осадок фундаментов, рас-считанных любым из существующих внастоящее время методов. [3] Эти данныедостаточны для расчета осадок фунда-ментов, расположенных на поверхностиполуплоскости или слоев различноймощности. Для удобства практическогоиспользования коэффициентов Кα и Кα′они вычислены для середин горизон-тальных слоев, назначаемых под подош-вой фундамента по СП 22.13330.2011«Основания зданий и сооружений» [3]

через 0,4b (b – ширина загруженногоучастка основания, равная ширине по-дошвы фундамента). В случае необхо-димости нетрудно провести интерполя-цию значений Кα и Кα′ как по показателюα, так и по глубине расположения точек,в которых вычисляются значения напря-жений σzα и σxα. Коэффициенты, опреде-ляемые для точек угловой вертикали,необходимы для расчета осадок с учетомвлияния нагрузок от соседних фунда-ментов. Значения горизонтальных на-пряжений σx и σxα применяются для рас-чета осадок более строгими методами, вкоторых учитывается возможность бо-ковых деформаций грунта основания.Влияние заглубления фундамента можетбыть учтено введением в расчет допол-нительных напряжений от равномернойнагрузки на условной поверхности ос-нования с интенсивностью, равной при-родному давлению грунта σzg,o на уровнеподошвы фундамента.

Полученные расчетам результатыпозволяют усовершенствовать методпослойного суммирования деформаций.Усовершенствование метода заключа-ется в учете деформируемости грунтапо вертикальному и горизонтальномунаправлениям при действии вертикаль-ных σzp,α и горизонтальных σxp,α до-полнительных напряжений, рассчиты-ваемых для точек полуплоскости, ко-торые расположены на центральнойвертикали посредине слоев hi, пред-усмотренных формулой:

Наиболее просто влияние анизотро-пии можно учесть по формуле (4) путемкорректировки только напряжений σzp,i,т.е. по формуле:

При этом точность расчета осадокнесколько снижается.

Толщина hi и количество слоев nпринимается в соответствии с СП22.13330.2011 «Основания зданий и со-оружений».

Дополнительные напряжения вычис-ляются по зависимостям:

где σzp(σyzp) и σxp(σyxp) дополнительныенапряжения в соответствующих точкахi изотропной полуплоскости определяют-ся по имеющимся решениям для линей-но-деформируемой среды;

Kα(Kyα) и K’α(Ky’α) – коэффициентывлияния анизотропии грунта для харак-терных точек центральной и угловойвертикалей. Значения Kα(Kyα) и K’α(Ky’α)получены путем сопоставления соответ-ствующих напряжений, рассчитанныхметодом конечных элементов при α = 1и α ≠ 1.

В случае необходимости определениязначений Kα(Kyα) и K’α(Ky’α) для другихточек центральной и угловой вертикалейих значения находятся интерполяциейрезультатов.

Вывод. Установлено, что в тех слу-чаях, когда основание имеет показательдеформационной анизотропии α < 1,значение расчетного сопротивления грун-та основания R увеличивается, что при-водит к уменьшению размеров подошвыфундаментов и к получению экономи-ческого эффекта, и, наоборот, при α > 1требуется увеличение размеров подошвыпо сравнению с установленными по СП22.13330.2011 «Основания зданий и со-оружений». Исследования показали, приприменении изотропной модели для рас-четов грунтовых оснований приводит кискажению действительной картинын.д.с. основания. Предлагаемый практи-ческий метод учета деформационнойанизотропии может быть рекомендовандля внедрения в практику проектированияи строительства фундаментов.

Литература:1. Рыбин В. С. Проектирование

фундаментов реконструируемых зда-ний / В. С. Рыбин. – М. : Стройиздат,1990. – 296 с.

2. Коробова О.А. Основные резуль-таты экспериментально-теоретическихисследований деформационной анизо-тропии грунтов// Ползуновский альманах/АлтГту им. И.И. Ползунова.- Барнаул,2001.- № 1-2.- С.82

3. СП 22.13330.2011 «Основания зда-ний и сооружений».- Актуализированнаяверсия СНиП 2.02.01-83*; Введ.20.05.2011.- Минрегион России. - М.:ОАО "ЦПП", 2011.-157 с.

(2)

(3)

где

(4)


При системном анализе и моделиро-вании деятельности распредели-

тельных сетевых компаниях (РСК) особоевнимание уделяется, как правило, биз-нес-процессу (БП) «Технологическоеприсоединение» (ТП), являющемуся на-ряду с БП «Распределение электрическойэнергии» основным доходным процессомРСК. От качества реализации БП ТП взначительной мере зависит не толькофинансовый успех РСК, но и её деловаярепутация у клиентов, стейкхолдеров ивластных структур муниципального ирегионального уровней. Нормативно-правовые отношения РСК и клиентоврегламентирует [3], устанавливающеедостаточно жёсткие сроки реализациизаявки. В связи с этим задача планиро-вания работ по исполнению заявок и ра-ционального распределения ресурсовРСК является весьма актуальной.

Для решения указанной задачи не-обходимо, прежде всего, построить егоадекватную математическую модель. Помнению авторов в качестве такой моделицелесообразно использовать систему мас-сового обслуживания (СМО), что поз-волит количественно оценить важнейшиестатические и динамические показателиисследуемого БП. Первый вопрос, кото-рый возникает при синтезе модели СМО,формулируется следующим образом: ка-кому закону подчиняется входной потокзаявок?

Для ответа на этот вопрос авторамипроведен статистический анализ факти-ческих данных, собранных соответствую-щими службами филиала ОАО «МРСКЦентра» – «Костромаэнерго» в 2008-2012 г.г. Весьма значительный объём

этих данных позволяет утверждать, чтоони представляют собой репрезентатив-ную выборку, обеспечивающую требуе-мый уровень достоверности полученныхрезультатов.

1 Анализ распределения заявок во времени

На рисунке 1 приведен временнойряд количества поступающих заявок наТП в месяц.

Очевидно, что со временем количе-ство заявок растёт линейно, однако коэф-фициент детерминации имеет очень малоезначение, что не дает возможности опре-делить параметры функции, отражающейэту зависимость. Из рисунка 1 видно,что отклонения от тренда носят перио-дический характер с периодом в одингод. Для проверки данного утвержденияпостроен график скользящей средней иоценены колебания относительно нее.Полученные в результате кривые пока-зывают высокую степень корреляции слинейным и синусоидальными трендами

соответственно, что позволяет описатьзависимость количества заявок от времениследующим образом:

З(м)=aм1м + aм2sin((м–1)/6–/2))+bм, (1)

где м=1,2… – номер месяца, начинаяс января 2008 года.

Методом корреляционного анализабыли определены коэффициенты функ-циональной зависимости (1), что иллю-стрирует таблица 1.

Из таблицы 1 следует, что все значе-ния являются достоверными по критериюСтьюдента с вероятностью ошибки менее5%. Расчетное значение коэффициентаФишера – F = 56,73, что больше таблич-ного значения, равного 3,16. Эти резуль-таты позволяют утверждать о достовер-ности и адекватности предложенной мо-дели (1) с вероятностью ошибки менее5%. Что иллюстрирует рисунок 2.

2. Анализ интенсивности потока заявок в день

Для модели в виде СМО квант в

17

СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОТОКА ЗАЯВОК НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРИСОЕДИНЕНИЕ

К ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЕТЯМ

Денисов А.Р., канд. техн. наук, доцентЛевин М.Г., д-р техн. наук, проф.Некрасова Т.Н., д-р техн. наук, соискательКостромской государст-венный университет им.Н.А. Некрасова, Россия

Участники конференции,Национального первенства по научной аналитике,Открытого Европейско-Азиат-ского первенства по научной аналитике

Обосновывается, что в распределительных сетевых компаниях поток заявок на технологическоеприсоединение к электрическим сетям подчинен закону Пуассона, интенсивность которогоможно определить по предложенной регрессионной модели. Выделены потоки заявок внутриобщего потока в зависимости от категории заявителя и заявленной мощности.

Ключевые слова: технологическое присоединение к электрическим сетям, системы массовогообслуживания, поток Пуассона.

It is justified that in the distribution grid companies the requests flow for technological association toelectrical networks is subordinate to the Poisson law which intensity it is possible to determine by theoffered regression model. Request subflows in the general flow depending on category of the applicantand the declared capacity are selected.

Keywords: technological association to electrical networks, queuing systems, Poissonflow.

Рисунок 1. Распределение заявок во времени


приятий, причём долю заявок каждойгруппы можно считать постоянной.

Результаты проверки выборки покритерию Стьюдента позволяют сделатьвывод о том, что с точки зрения матема-тической статистики достоверными яв-ляются значения для физических лиц,малых и средних предприятий.

Распределение заявок по заявленноймощности иллюстрируют таблица 4.

Результаты проверки выборки покритерию Стьюдента позволяют сделатьвывод о том, что достоверной можносчитать долю заявок с заявленной мощ-ностью менее 15 кВт.

На основании полученных резуль-татов целесообразно выделить две группызаявок с заявленной мощностью менее15 кВт: физические лица, малые и средниепредприятия (таблица 5).

Приведенные в таблице 5 результатыговорят о достоверности по критериюСтьюдента вклада заявок указанныхгрупп в общий поток.

ВыводыТаким образом, в общем потоке за-

явок, подчиненному закону Пуассона,выделяются следующие потоки:

поток S1 – заявки физических лиц сзаявленной мощностью менее 15 кВт;доля – 71,62%; модель – поток Пуассонас интенсивностью 1(м)=0,7162(м);

поток S2 – заявки физических лиц сзаявленной мощностью более 15кВт;доля – 1,9% (73,52–71,62); модель – потокЭрланга 53 порядка с интенсивностью2(м)= (м);

поток S3 – заявки малых и среднихпредприятий с заявленной мощностьюменее 15 кВт; доля –14,03%; модель –поток Эрланга 7 порядка с интенсив-ностью 3(м)= (м);

поток S4 – заявки малых и среднихпредприятий с заявленной мощностьюболее 15 кВт; доля – 5,21% (19,24–14,03);модель – поток Эрланга 19 порядка синтенсивностью 4(м)= (м);

поток S5 – прочие заявки с заявленноймощностью менее 15 кВт; доля – 5,68%(91,33–71,62–14,03); модель – поток Эр-ланга 18 порядка с интенсивностью5(м)= (м);

поток S6 – прочие заявки с заявленноймощностью более 15 кВт; доля – 1,56%(100–91,33–1,9–5,21); модель – поток Эр-ланга 64 порядка с интенсивностью6(м)= (м).

В итоге, поставленная в работе задача

решена: определены модели потока заявокразличных групп, что дает возможностьполучить численные показатели БП ТП,моделируемые с помощью СМО.

Литература:1. Денисов А.Р. Синтез и анализ мо-

дели «как есть» бизнес-процесса «Тех-нологическое присоединение к электри-ческим сетям» / А.Р. Денисов, М.Г. Левин,А.В. Рыбинский, Т.Н. Некрасова // ВестникКГУ им. Н.А. Некрасова. – 2012. – №1.

2. Клейнрок Л. Теория массового об-служивания / Л. Клейнрок; пер. с англИ.И. Грушко; ред. В.И. Нейман. – М.:

Машиностроение, 1979. – 432 с.3. Постановление Правительства РФ

от 27.12.2004 г. № 861 «Об утвержденииПравил недискриминационного доступак услугам по оперативно-диспетчерскомууправлению в электроэнергетике и ока-зания этих услуг, Правил недискрими-национного доступа к услугам админи-стратора торговой системы оптовогорынка и оказания этих услуг и Правилтехнологического присоединения энер-гопринимающих устройств (энергети-ческих установок) юридических и фи-зических лиц к электрическим сетям» (вдействующей редакции).

19

Рисунок 4. Сравнение фактических данных с модельнымиТаблица 3.

Распределение заявок по группам

Таблица 4.Распределение заявок по заявленной мощности

Таблица 5.Распределение заявок по категориям заявителей

и заявленной мощности


20

Natural stone - is a unique material,which is the standard combination of

durability, reliability and beauty. Therefore,natural stone is still popular, along withmodern synthetic materials, especially at atime when important aesthetic qualities.

A variety of patterns and textures of na-tural stone provides petrochemical processesthat occur in the magma at the stage of for-mation of rocks. To form the texture of thestone the most important process is the se-paration of the melt to separate liquid phases.These phases differ in density, composition,color, shape, mineral aggregates, etc.

The role of magmas in the formationof bundles of macro-and micro-structureof the rockshas been evaluated recently.In chemistry, the existence of two im-miscible liquids of different densitieshas long been known, the simplestexample of such a system of "oil-water." At the end of the XIX century.The view emerged that immiscibilitymay be present in the molten silicatemagma, this phenomenon is called"phase separation" or "liquation diffe-rentiation" [1]. Study of this pheno-menon and its influence on the forma-tion of the rocks studied by well-knownforeign and domestic scholars like Le-vinson-Lessing, Bowen and Greig [2,3].The main directions of the discussionaround the phenomenon of phase se-paration, there were two: whether itexists and if there is any rock mayresult from this process. Much less at-tention is paid to the crystallization ofsilicate melt stratified rocks. It wasbelieved that each of the liquid phasescrystallize separately, suggesting thatthese processes occur in parallel [4].

With the development of research tech-niques, it was shown that phase separationis present in some granites, basalts, as wellas in lunar rocks [5]. It was found that the

effect of stratification is present in virtuallyall glass and many other synthetic silicatemelts. The phenomenon of phase separationis most effective in the study of syntheticmaterials. Of all the materials that separateinto two liquid phases, synthetic mineralalloys are most similar to the rocks [6].

Synthetic mineral alloys (siminals) - atype of petrurgical materials obtained bycrystallization of molten rock, or variouswaste products of basic and ultra basic cha-racter. Siminals - it is also a material obtainedby the relaxation of physical and chemicalprocesses associated with the cooling ofthe melt produced by oxide mixture with ahigh concentration of silica.

Siminals structure is a combination ofcrystalline aggregates, ranging in size from100 nm to 800 microns, and an amorphousglassy phase with nanoscale nucleation.

Earlier phase separation siminalsnot investigated because it was believedthat the phenomenon of immiscibilityexists only at high temperatures, andhence, by the time of crystallization,even if there was segregation, the meltbecomes homogeneous state. We believethat the liquid phase in the melt siminalscertainly interact, as well moistenedwith each other. The study of the cry-stallization of silicate melts from theseparated state, taking into account theinteraction between the phases is anurgent task. The solution to this problemwill manage the processes of phase se-paration in order to achieve certainproperties siminals, including aesthe-tic.

The purpose of this study is to examinethe interaction of fiber in the melt phaseduring crystallization siminals.

The phenomenon of phase separationin the melts siminals was first discovered inthe industrial manufacture of products fromthem for stone casting technology. Watchingthe process, the engineers found that by po-uring superheated melt products are highlyfragile. On the cleaved products such visiblebanded structure. The shape and distributionof contrasting bands of repeating the directionof flow of melt in the mold. This texture iscalled "tree". Since the phenomenon of

phase separation led to the marriage of pro-ducts, the only focus of his study was toidentify the conditions under which it cannot arise. Once these conditions are foundin practice, research on this matter haveceased.

In the works of Fenner [7] notes thatmelt into fibers when the system loses itsbalance. The melt can lose your balancewhen lowering the temperature or the tem-perature drops and the simultaneous cry-stallization.

Therefore, segregation can be stableand metastable [8]. Recognized as a stableone that occurs before the liquidus and themetastable one which occurs in the intervalbetween the liquidus and solidus. In practice,most siminals production is a metastablephase separation.

In the works of American ScientistsRutherford and Hoffman [9,10], noted thatthe allocation of droplets of one liquid inanother, a further change in composition ofthese fluids depends on the diffusion of ele-ments in both melts and the surface phasesections. This process is similar to the pro-cesses of nucleation and crystallization ofsolid solutions from the melt, but the rate ismuch higher, as occurs in fluid.

Visually segregation in siminals hasbanded texture on the macro - and micro -level (Fig. 1), since the melt siminals dy-namically positioned (poured into a mold).

Liquation siminals texture can be desc-ribed as a mass matrix are areas with verydifferent composition and structure.

In 1987 E. Roeder [11], a famous scholarof lunar rocks, explained a clear selectivity,because of the growing crystal is a two-phase melt inclusions in the form capturesthat fluid, which strongly differs from it incomposition, since the components of thesecond liquid consumed with growth.

Therefore, the phase separation in si-minals is not a process parallel to the cry-stallization of two liquid phases, and theprocess of combating a specific mineralphases for the "Leadership", a kind of "ex-pansion".

Since the beginning of deposition ofdroplets of one phase relative to the other,immediately begins a rapid exchange of

LIQUATION DIFFERENTIATION AND INTERACTION OF LIQUID PHASES IN SYNTHETICMINERAL

ALLOYS MELTS

Ignatova A.M., assistant lecturer Ignatov M.N., Dr. of technical sciences, prof.Perm National Research PolytechnicUniversity, Russia

Conference participants,National championship in scientific analyticsOpen European and Asian research analyticschampionship

elements. One phase is the one whose freeenergy at the surface above begins to activelygrow at the expense of pumping from theother siblings, capturing some parts of"donor" phase.

However, the images obtained by opticalmicroscopy revealed the presence of nottwo components, and three. As alreadymentioned, the phase separation in themetastable siminals has character, that is, atthe time of separation in the melt is alreadypresent, and even crystal nucleation in theinitial stages of growth. Nucleation andcrystal nuclei are formed by the phases, themelting point of which the most high. Pre-vious studies of phase composition siminalswith phase separation [12] showed that, intheir present diopside, augite, aegirine, andquartz (Fig. 2). Moreover, the compositionof diopside (Na5Cа5)(Cr5 Mg5)Si (Al)2O6 , the concentration of chromium insiminals low, about 5-6%, so it is obviousthat the first nucleation will be the nucleationof diopside. However, their growth will belimited due to the low concentration ofchromium in the melt. The refore, nucleationof diopside can develop into a small chiplocated at a large distance from each other.

Nucleation of diopside are "me-chanical modifiers", they acquire aphase close to the augite(Са,Nа)(Мg,Fе2+,Fе3+,Аl3+)[(Si,Аl)2О6]. As the crystallization of augite capturesa small drop of "donor" phase, whichis a mixture of quartz and aegirine, ae-girine part of a mixture of quartz andsolidifies in amorphous glassy state.

In support of the above-described se-quence of crystallization processes are im-ages(Fig. 3) and the results of spectral mi-croprobe analysis (Table 1) obtained byelectron microscopy. Scanning electron mi-croscopy and microprobe analysis performedat the facility JSM-6390LV.

When taking the sample surface in themodes of chemical and topographical con-trasts revealed that the theoretical assumptionmade above is confirmed.

Consider the images of the same plot.In Fig. 4, and the image that takes intoaccount the chemical contrast, and Fig. 4b -topography. Lots of diopside, which are instark contrast to the chemical composition,almost not detectable visually on the to-pography. From this we can conclude thatthey are in the surrounding augite formations.Augite is strongly distinguished from theheight of the relief of that part which is a


21

Fig. 1. Siminals structure with the addition of chromite in the charge, an optical microscope, x100 (nicols crossed)

Fig. 2. Diffractogram of the sample siminals a fixed state of phase separation

Table 1The composition of the elements at the points of the spectral analysis

Fig. 3. Image of the surface of the samples obtained by scanning electronmicroscopy, indicating the points of spectral analysis


22

mixture of quartz and aegirine (it hardenspartially amorphous state, according to thefracture, Fig. 5).

It turns out that, in a metastablestate, without regard to hetero-and ho-mogeneous nucleation, is a selectivecapture of one liquid phase, the otherliquid phase. An exciting phase hasthe form of drop-shaped inclusions,and exciting distributed among themin the form of worm-like structures.We can say that the relaxation processesin the crystallization of the melt phaseseparation take place successfully insome phases, but in general the com-plete relaxation occurs.

The successive stages of crystallizationof the two-phase liquid melt siminals wepresented graphically in Fig. 6, and themost indicative and reinforced our view ofelectron microscopy images (Fig. 6b).

Thus, thanks to the research foundthat in general the whole process of struc-ture formation of the two-phase meltsiminals can be characterized as a process

catalyzed exchange of items between thetwo phases on the basis of the basicity inthe crystallization conditions. As a result,one of the other fluids trapped as inclu-sions, there are areas with a chaotic dis-tribution of components and atypicalmorphology, which follows the shape ofone of the two-phase melt of liquidphases. This allows further, using the in-stalled feature, to manage the process ofphase separation of silicate melts, pre-dicting the composition of the liquidphases, the nature of their interaction atdifferent stages, and hence to achieve acertain color contrast of these phases,the amount of layers to separate them inthe solid state and thus does not mimicthe natural beauty and harmony of stoneand reach her, driving petrochemical re-actions in the melt.

References:1. Becker G.F., Some queries on rock

differentiation, Am. J. Sci, 3, 21-40, 1897.2. Levinson-Lessing F. Ju., Petrografija,

5 izd., Magma — L., 19403. P. I. Lebedev. Akademik F. Ju. Levin-

son-Lessing kak teoretik petrografii Izd-voAkademii Nauk SSSR, M.-L., 1947 g.

4. Redder Je. Likvacija silikatnyh magm// Jevoljucija izverzhennyh porod / Pod red X. Jodera. - M.: Mir. 1983. S. 24-67.

5. Roedder E., Weibien P.W. Lunarpetrology of silicate melt inclusions, Apollo11 rocks// Proceedings of the Apollo 11lunar science conference. V. 1 (Mineralogyand petrology). Pergamon Press, 1970. P.801-837.

6. Ignatova A.M. Priroda likvacionnyhjavlenij v sinteticheskih rasplavah kamennogolit'ja// Uspehi sovremennogo estestvoznanija.- №8, 2010. – s. 22-23.

7. Fenner S.N., The crystallization ofbasalts. Am. J. Sci., 18, 225-253, 1929.

8. Martin B., Kushiro I. Immiscibilitysynthesis as an indicator of cooling rates ofbasalts // Volcanol. Geothermal Res. 1991.- 45. - P. 289-310.

9. Hess P.C., Rutherford M.J.,Guillemette R.N., Reyrson F.J., TuchfeldH.A., Residual products of fractional crys-tallization of lunar magmas: An experimentalstudy, Proc. Sixth Lunar Sci. Conf., Geochim.Cosmo. Acta Suppl., 6, 1-895-909/

10. Hoffmann A.W., Diffusion of caand Sr in a basalt system, Carnegie Institutionof Washington Year Book 74, for 1974-1975, 183-189, 1975.

11. Redder Edwin, The role of liquidimmiscibility in igneous petrogenesis: adiscussion, J. Geology, 64, 84-88. 1956.

12. Ignatova A.M., Nikolaev M.M.,Hanov A.M., Chernov V.P. Issledovanie irazrabotka osnovnyh pravil upravlenijastrukturnym mirom silikatov i tehnologijpoluchenija steklokristallicheskogo i slju-dokristallicheskogo kamennogo lit'ja. – Ma-terialy XLVII MNSK «Student i nauchno-tehnicheskij progress», sekcija: «Himija» –Novosibirsk: NGU, 2009. – s.161.

Fig. 4. Image of the surface area of a sample surface at different shooting modes forelectron microscopy: a - a chemical contrast, b - topographical contrast

Fig. 5. The site of fracture on the surface of the hardened area in the amorphous-glassy state

Fig. 6. The order of crystallization siminals of the two-phase fluid: a - scheme, b -electron microscopy images illustrating the pattern


Исследование эффективности и ме-ханизма дисперсионного упрочне-

ния кавитационностойкой Cr-Mn-V-N-стали нового поколения со стабильнымаустенитом для высокотемпературнойтеплоэнергетики показало [1], что кроменаноразмерных некогерентных частицосновной упрочняющей фазы

VN, в стали 17X15Г19АФ, содержа-щей (масс.%): 0,17С; 0,08Si; 18,97Mn;14,89Cr; 0,223N; 0,32V; 0,045Al; 0,011S;0,013P, в зависимости от температурыстарения, образуются и другие фазы. Ихколичество и химические составы былиопределены путем электрохимическогорастворения металлической основы [2],c последующим химическим и рентге-нофазовым анализом [3].

С целью приближения системык равновесию, по данным [4] о влия-нии температуры старения на ско-рость выделения частиц VN в Cr-Niаустените, установили длительностьизотермического нагрева, котораядля отдельных образцов составила:ч. (при температурах,ºС) 2(1200);4(1100); 6(1000); 10(900); 20(800);30(700). 30(700). По содержанию эле-ментов в электролитических осадкахи литературным данным о форми-ровании возможных фаз в аустенит-ных Cr-Mn-V-N-сталях определилифазовый состав стали в зависимостиот температуры старения (рис 1).

* Продолжение исследованийопубликованных в сборнике мате-риалов XXIV Международной на-учно-практической конференции ипервого этапа первенства по научнойаналитике в физических, математи-

23

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕЕ В КАВИТАЦИОННОСТОЙКИХ

CR- MN-V-N-СТАЛЯХ*

Исаева Л. Е., канд. хим. наук, доцентЛев И. Е., д-р техн. наук, проф.Национальная металлургическая академия Украины, УкраинаШипицин С.Я., д-р техн. наук, зав. отделомФизико-технологическийинститут металлов и сплавов, Украина


Исследована эффективность дисперсионного упрочнения кавитационностойких Cr-Mn-V-N-сталей нового поколения со стабильным аустенитом. Определены фазы и структуры, образующиесяпри отжиге образцов в интервале 700-12000 С. Показано, что общий уровень кавитационнойстойкости стали с нестабильным аустенитом значительно ниже, чем со стабильным аустени-том.

Ключевые слова: аустенитная сталь, фаза, структура, дисперсионное упрочнение, кавитационнаястойкость

Рис. 1. Влияние температуры старения на количество Qнеметаллических фаз: Cr23C6 (1), VN (2), Сr2N (3), MnmNn (Mn4N, Mn2N,

Mn3N4) (6), AlN (5), MnS (6) в стали 17Х14Г19АФ

Рис.2. Микроструктуры исследованных сталей а, б – 2ч. (1200ºС); в,г –30ч. (700 ºС); д, е – 10ч. (900 ºС);

при увеличении а, в, д – 1500; б, г, е – 10000.


24

ческих и технических науках. Лон-дон, 3-13 мая 2012 г., С.86-89.

Согласно полученным данным,двухчасовая гомогенизация при1200ºС с закалкой в воде обеспечи-вает практически гомогенное состоя-ние матрицы; т.е. только ее твердо-растворимое упрочнение С, N, V,Cr.Кроме крупных овальных включенийна основе Al2O3 , в структуре награницах первичных зерен присут-ствует AlN и MnS (Рис.2.а, б).

Старение при 700ºС обеспечиваетв основном внутризеренное диспер-сионное упрочнение нитридами ва-надия размером до 40нм в количестве18% . Несмотря на большое массовоеколичество в этом образце Cr23С6 ,их влияние на дисперсионное упроч-

нение неэффективно, вследствие ихразмеров до нескольких микрометрови выделения их по границам аусте-нитного зерна и в двойниках (Рис.2д, е).

При старении при 900-1000ºСмассовая доля частиц VN составляет~50% от их количества при старениипри 700ºС, что обеспечивает ком-плексное твердорастворное и дис-персионное упрочнение аустенита.(Рис.2 в,г).

Кавитационную стойкость образцовисследованных сталей определяли маг-нитострикционным методом на установкеУЗДН-2т в водопроводной воде при ком-натной температуре и частоте колебаний22кГц по убыли массы ∆Р∙ 102 , кг/м2

(Рис.3).

Для сравнения, определяли ка-витационную стойкость и в аусте-нитной стали с нестабильным аусте-нитом (17Х14Г14АФ), которая при-меняется в настоящее время. Потерямассы после 20ч испытаний соста-вила таблица при твердорастворном/ комплексном / дисперсионномупрочнении аустенита 2,8 / 3,4 / 6,5и 2,3 / 1,9 /1,5 (для сталей17Х14Г14АФ с нестабильным аусте-нитом) и 17Х15Г19АФ соответствен-но.

Видно, что общий уровень кави-тационной стойкости стали с неста-бильным аустенитом заметно ниже,чем стали со стабильным аустенитом,кроме того, в первой замена твердо-растворного упрочнения аустенитана дисперсионное приводит к суще-ственному снижению кавитационнойстойкости, а во второй , наоборот,повышает. Это согласуется с даннымио влиянии вида упрочения аустенитана степень и механизм деформацион-ного упрочнения.

Важное преимущество деформа-ционного упрочнения по дислока-ционному механизму – его повы-шенная тепловая стабильность что,бесспорно, делает стали типа17Х15Г19АФ с дисперсионномупрочнением более приемлемымидля теплоэнергетики.

Литература:1. Isayeva L., Shypitsyn S.Y., Lev

I.Ye. The formation of nitride and car-bide phsesa under dispersion hardeningof Cr-Mn-V-N austenic steels // Theoryand practice in the physical, mathe-matical and technical sciences, 2012.P.86-89/

2. Исаева Л.Е., Грещик А.М., ЛевИ.Е. Исследование процесса изоли-рования нитридов молибдена из ста-лей // Вопросы химии и химическойтехнологии. Общегосударственныйнаучно-технический журнал. Дне-пропетровск. 2005. № 1. С.163-167.

3. Лев И.Е., Покидышев В.В., Ла-зарев Б.Г., Мицкевич Н.С. Анализ азот-содержащих соединений в сплавах же-леза. М.Металлургия. 1987. 120с.

4. Бабаскин Ю.З., Шипицин С.Я.,Кирчу И.Ф. Конструкционные и спе-циальные стали с нитридной фазой.– Киев: Наукова думка, 2005. – 371с.

Рис.3. Потеря массы ∆P образцов в зависимости от продолжительности τиспытаний на кавитационную стойкость. a – cталь 17Х14Г14АФ; б –

17Х15Г19АФ. Упрочнение аустенита: 1 – твердорастворное (гомогениза-ция при 1200 оС); 2 – комплексное (старение при 900 оС); 3 – дисперсное

(старение при 700 оС)

Таблица. Изменение твердости образцов после деформационного упрочнения

и дальнейшего отпуска при 300 °С – 2 часа.


1 ВведениеУспешное электронное обучение про-

исходит в рамках комплексной системы,которая объединяет инструменты длясоздания электронных учебных мате-риалов, подсистемы контроля знаний иподсистем для поддержки учебного про-цесса. Кроме того, практикующая кре-дитно-модульная система организацииучебного процесса делает разработкуэффективных средств контроля знанийстудентов важным. Исследовательскийанализ этой проблемы показывает тен-денцию расширения использования те-стов в качестве инструмента оценки ка-чества изучаемого материала [1]. Основ-ным преимуществом компьютерных те-стов является возможность задать всемстудентам в равных условиях вопросы ив соответствии со шкалой равных оценок.Это повышает объективность контролязнаний по сравнению с традиционнымиметодами.

В настоящее время существует мно-жество систем тестирования в различныхобластях знаний, например OLAT [2]Moodle [3], Sakai [4] и Authorware [5].Большинство из этих инструментов обес-печивает возможность создания мульти-медийных тестов, тестирование для тра-диционного обучения и электронногообучения, сохранения и передачи резуль-татов учителю для управления пользо-вателями и учебными группами.

С другой стороны, использованиетрадиционных тестов предлагает выборответов (и их оценки, соответственно)

на основе двухпозиционной логики [1].Это приводит к совершенно простойформулировке вопроса, которые "лежатна поверхности". Для "открытого" конт-роля знаний вопросы (без предложенныхвариантов ответов) являются более эф-фективными. Тем не менее, адекватнаяавтоматическая проверка ответов на во-просы этого типа является трудной за-дачей. Шаблоны ответов в виде стан-дартных выражений не в состоянии при-нять во внимание разнообразие присущееродному языку. Кроме того, требуетсяавтоматическое обнаружение случайныхошибок (опечаток, типографических оши-бок), и правописания.

Для того, чтобы облегчить недостатоктестового контроля знаний в этой статьемы предлагаем применение методов ис-кусственного интеллекта и средств, вчастности, онтологической инженерии.Описание основного знания онтологииПланиметрия представлено в статье.Классы понятий, их структура и свойстваопределены. Список использованной ин-формации и характеристик продукцииучтены.

Для текстов геометрического решениязадач онтологическое описание ситуацийпредставлено в результате преобразованияи оценки структуры концепции. Показано,что анализ текста на основе онтологийможет открыть "анатомию" подготовкиправильного ответа, который может бытьиспользован при анализе ответов сту-дентов и поиске именно того момента,который вызвал трудности в их рассуж-

дениях.Результаты исследования могут быть

использованы при создании интеллек-туальных систем тестирования при об-работке казахского языка. Предлагаемаяконцепция системы тестирования поз-воляет использовать результаты интел-лектуальной оценки уровня пользователяи предоставляет набор тестов, приспо-собленных к уровню подготовки теста.Система распределяет вопросы по слож-ности, основываясь на данных, полу-ченных в ходе тестирования. Это даетвозможность построения адаптивных те-стов, которые не требуют коррекции науровне пользователей.

Работа организована следующим об-разом. Раздел 2 описывает соответствую-щую работу. В разделе 3 мы проводимПланиметренную онтологию. Раздел 4описывает систему тестирования пред-лагаемой концепции, основанной на ана-лизе текста, основанного на онтологии.Мы заканчиваем с некоторыми выводамии дальнейшей работой в разделе 5.

2 Связанные работы2.1 Автоматизированная про-

верка знанийДля многих стран, электронное об-

учение ценится и используется в качестведвижущей силы для ускорения техни-ческого, промышленного и экономиче-ского развития общества. Как предметисследования, электронное обучение яв-ляется мультидисциплинарным и меж-дисциплинарным и охватывает широкий

25

МЕТОДЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ

ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

Кабенов Д.И.,PhD, докторантРазахова Б.Ш. канд. техн.наук, доцентСатыбалдина Д.Ж., канд.физ.-мат.наук, PhD докторМуратхан Р.,PhD, докторантЕвразийскийнациональный университета им Л.Н. Гумилева, Казахстан

Участники конференции,Национального первенства по научной аналитике,Открытого Европейско-Азиат-ского первенства по научной аналитике

В этой статье предлагается основа для проектирования и разработки интеллектуальнойинформационной системы контроля знаний. Использование традиционных тестов предполагаетвыбор ответов на базе нечеткой логики. Предполагается использовать их должным образомтолько в случае строго формально задаваемых вопросов. Это приводит к совершенно простымвопросам. Но приобретение знания включает в себя не только (и не столько) запоминаниеаприорных подлинных фактов, но способность понимания общих явлений, тенденций. Дляуправления этим знанием "открытые" (без вариантов ответа) тестовые задания являютсяболее эффективными. В этой работе мы представили подход анализа текста основанного наонтологии для автоматической оценки ответов студента на естественном языке (казахскийязык). Использование интеллектуальных алгоритмов может также быстро менять системуоценки и контрольной схемы, что значительно улучшает качество и скорость тестирования.

Ключевые слова: интеллектуальная система, онтология, анализ текста, контроль знаний, си-стемытестирования


26

спектр научно-исследовательских тем сучеными по различным дисциплинам,проводящими электронное обучение со-ответствующих исследований, начинаяот проекта содержания и до соответ-ствующей стратегии. Продольные тен-денции исследования электронного об-учения с использованием методов ин-теллектуального анализа текста, описаныв [6]. Авторы анализируют значительноечисло научно-исследовательских работи предоставляют полезную информациюдля исследования электронного обученияна ранних стадиях и акцент смещаетсяот вопросов эффективности электронногообучения до преподавания и обучения.

Текущие теории электронного об-учения подчеркивают важность установ-ленного процесса познания и персона-лизированное обучение [6]. Контрользнаний является интеллектуальной про-блемой, требующей высокого качестварешения, которые помогут выйти на но-вый этап в методике преподавания, таккак это может дать возможность реали-зовать идею индивидуального подходак обучению в массовых масштабах. Ав-томатизированное тестирование знанийстановится очень популярным в нашидни, во-первых, потому что это экономитрабочее время учителя, освобождает егоот рутинной работы и позволяет обеспе-чить объективную оценку знаний, ре-зультаты которых не зависят от субъек-тивного мнения разных учителей.

В работе [7] представлена недавноразработанная компьютеризированнаясистема конструктивного тестированиясо множеством выборов. Система соче-тает в себе краткий ответ (КО) и форматмножества выборов (МВ), предлагая те-стируемому лицу ответить на тот же во-прос дважды, сначала в формате КО, азатем в формате НВ.

В работе [8] авторы разработали про-граммный инструмент, который позволяетподготовить тестовые вопросы и прове-дение тестирования с использованиемлюбого из предлагаемых ниже типов во-просов. Описание этого программногосредства и интеллектуальные алгоритмыдля оценки знаний представлены в пре-дыдущей работе авторов [9].

В работах [10, 11] описаны методыреализации механизма контроля знанийстудентов с помощью теории нечеткихмножеств в сочетании с нейронной се-тевой технологией. В работах приме-

няются некоторые серьезные улучшенияв логике оценки знаний и методик ин-терпретации данных студенческих от-ветов. Представленная архитектура яв-ляется типичной конфигурации аппарат-ного и программного обеспечения в средеинтрасети образовательных учреждений.

Анализ указанных работ показы-вает, что обычные линейные испытанияс простыми формами ответа на этотвопрос не совсем отвечают требова-ниям комплексного контроля знанийстудентов. Прежде всего речь идет оестественных и математических науках,особенностью которых является теснаявзаимосвязь понятия, темы и разделыкурса, в качестве основного критериядля обучения - умение решать задачиразличного характера и уровней слож-ности. Поэтому требуется разработкаадаптивных, нелинейных и интеллек-туальные методов испытаний с болееразличными типами задач и формамиответа. В то же время, новые системытестирования должны включать в себявсе достижения инструментов контролязнаний предыдущих поколений.

2.2 ОнтологииДля того чтобы построить онтологию

Планиметрия, выгоднее понять необхо-димость онтологии и некоторых работ,посвященных онтологии на основе ана-лиза текста.

Онтология является явной фор-мальной спецификацией условии в яв-ной спецификации предмета и отно-шений между ними [12]. Онтологиимогут использоваться в качестве сред-ства для поддержки совместного и по-вторного использования знаний [13].Это подход повторного примененияоснован на предположении, что еслисхема моделирования, т.е. онтологии,детально указана и взаимно согласованасторонами, и затем можно ею поде-литься, повторно использовать и рас-пространять знания. Во многих дис-циплинах сейчас разрабатываются стан-дартные онтологии, которые могут ис-пользоваться экспертам в этой областидля совместного использования и ан-нотирования информации в своей обла-сти. Методы решения задач, предмет-но-независимые приложения и про-граммные агенты используют онтоло-гии и базы знаний, построенной наданных онтологии [14].

Повторное использование существую-щих онтологий может быть необходима,если наша система должна будет взаи-модействовать с другими приложениями,которые уже пришли к онтологии иликонтролируемым словарям [14]. Суще-ствуют библиотеки повторно используе-мых онтологий в Интернете и в литера-туре, например, в библиотеке онтологииOntolingua [15], или библиотеке онтологийDAML [16].

Потребность в онтологии связана снеспособностью существующих методовадекватно автоматически обрабатыватьтексты на родном языке. Для получениявысокого качества обработки текста, выдолжны иметь подробное описание про-блемной области с большим количествомлогических связей, которые показываютсвязи между терминами. Использованиеонтологий может обработать текст народном язык таким образом, что он станетдоступным для автоматической обработки[17].

В этой работе мы развиваем онтоло-гию Планиметриии эта онтология ис-пользуется в качестве основы для авто-матической проверки геометрическогорешения задачи. В работе [18] авторыразработали аналогичные онтологии дляавтоматического синтеза структурныхизображений планиметрических рисунков(цифр). Мы используем некоторые по-нятия онтологии, полученные с согласияавторов.

3 Онтология ПланиметрияОнтология является формальным де-

тальным описанием понятий в областидискурса (классов (иногда называютсяпонятиями)), свойств каждого понятия,описывающие различные характеристикии атрибуты понятия (слотов (иногда на-зывают ролями или свойствами)), а такжеограничения на слоты (грани (иногданазываемые ограничения роли)) [14].Онтология вместе с набором индивиду-альных примеров классов представляетсобой базу знаний.

Разработка онтологии включает всебя [14]:

• определение классов в онтологии,• организация классов в таксономи-

ческой (подкласс-суперкласс) иерархии,• определение свойств и описание

допустимых значений для этих свойств,• заполнение значений свойств эк-

земпляров.


Наша онтология состоит из трехуровней. Первый уровень содержит клас-сы, экземпляры которого не могут бытьполучены из других классов. РовнаяФорма Класса представляет все объектыконтурных форм. Конкретные РовныеФормы - экземпляры этого класса.

Ближайшие уровни создаются спомощью процесса рассуждений, тоесть с использованием блока рассуж-дений онтологий или через различныемодули, вызываемыми ReasoningMan-ager (менеджер рассуждения). Чемвыше уровень, тем более подробна ин-формация, например, во втором уровнемногогранники классифицируются впятиугольники или треугольники иличетырехугольники, и в третьем уровнетреугольники классифицируются такжев прямоугольные, равносторонние иравнобедренные треугольники (есликлассификация по сторонам будет учи-тываться см. Рисунок 1).

Если классАявляется суперклассомкласса B, то каждый экземпляр В такжеявляется экземпляром А.Иными сло-вами, класс B представляет собой по-нятие, которое является «разновид-ностью» А [14]. Например, каждыйравносторонний треугольник обяза-тельно является равнобедренным тре-угольником. Каждый равнобедренныйтреугольник обязательно треугольник.Таким образом, класс равнобедренноготреугольника является подклассом клас-са равностороннего треугольника.

Слоты описывают свойства классови экземпляров. Каждое свойство можетбыть установлено на определенноезначение или формулу для расчетастоимости имущества: например, тре-угольник имеет стороны, имеет углы,стороны имеют длины, углы имеютстепень меры. Все подклассы классанаследуют слот этого класса. С другойстороны, подклассы могут иметь своисобственные свойства. Например, рав-нобедренный треугольник имеет сто-роны, которые имеют длину, с этихдвух сторон равны, а третья сторонаимеет специальное название - основа-ние (см. рис.2).

Фрагменты онтологии, в том числеструктуры и свойства понятий являютсяосновой для описания ситуации, ко-торая определяется входными даннымидля решения геометрических задач.Понятия и отношения определяются

входными условиями (текст геомет-рических задач) вводятся в дополнениек этим фрагментам онтологии.

4 Предлагаемая система тестирования концепции,

основанной на анализе текста наоснове онтологии

По сравнению с традиционнымиформами обучения, электронное обучениеимеет ряд преимуществ: адаптация к ин-

дивидуальным особенностям учащихся,свобода выбора времени, места и уровняобразования, использования новых ме-тодов обучения, современных средствсвязи и передачи информации междустудентами и учителями. Тем не менее,контроль знаний особенно важен в связис отсутствием прямого контакта междустудентами и преподавателями.

Организация контроля знаний тесносвязана с проблемой выбора типа во-

27

Рис. 1. Виды треугольников. Классификация по сторонам и классификация по углам.

Мы организуем классы в иерархической таксономии с вопросом, если, будучиэкземпляром одного класса, то обязательно ли объект будет

(то есть, по определению) экземпляром другого класса.

Рис. 2. Равнобедренный треугольник. Углы напротив двух равных сторон, называются углами при основании. Углы напротив основания называется

углом при вершине.


28

просов, способом формирования траек-тории тестирования и методом проверкиответов.

Для решения этих задач мы предла-гаем концепцию интеллектуальной си-стемы тестирования на основе онтологиипредметной области. Планиметрическаяонтология используется в качестве он-тологии предметной области.

Предлагаются следующие типы во-просовдля контроля качества знаний:

- Тестовые вопросы закрытой формы,т. е. когда предлагаютсявопросы с не-сколькими вариантами ответов, один изкоторых является правильным и долженбыть выбран;

- Тестовые вопросы открытой формы,т. е. вопросы без предложенных вариантовответов (такие вопросы полезные дляоценки знаний терминов, определений,понятий и т.д.);

- Ситуационные испытания, то есть,набор тестовых заданий, предназначенныхдля решения проблемных ситуаций (гео-метрические задачи).

Предлагается специальный методвыбора режима траектории тестирова-ния.тестовый набор не формируется слу-чайными примерами из базы данных те-стов. Выбор вопросовосновывается наанализе ответов на предыдущие вопросы.Этот алгоритм основан на оригинальнойметодике выбора вопросов в соответствиис системой, соответствующей современ-ному уровню знаний студентов [11].

Для анализа и проверки ответов сту-дента на вопросы теста открытой формепредлагается анализ текста на основеонтологии. Описание знаний в предмет-ной области онтологии Планиметриябыло представленов Разделе 3. Семан-тический анализ текста на родном языкепредставлен на следующем этапе.

1. Предварительно лингвистическаяобработка исходного текста (морфоло-гический и синтаксический анализ пред-ложения) необходима для отделения тер-минов (классы, подклассы, свойства иотношения).

2. Формальное понимание текста какрезультат построения онтологическойграфы.

В работе были построены [19] фор-мализованные синтаксические правила,анализ и синтез алгоритмов словосоче-тания и предложения на казахском языке.Результаты исследования могут быть ис-пользованы при создании интеллекту-

domainspoligon = triangle;pentagon;quadrangletriangle=triangle1(classification_by_sides);triangle2(classification_by_angles);classification_by_sides=scalene; isosceles_triangle; equilateral_trianglescalene=sc(sides) isosceles_triangle=is_tr(sides)equilateral_triangle=eq_tr(sides)sides=sides(side_a, side_b, side_c)side_a, side_b, side_c =realclassification_by_angles=acute_triangle; right_triangle;obtuse_triangleacute_triangle=ac_tr(angles)right_triangle=r_tr(angles) obtuse_triangle=o_tr(angles)angles=angles(angleA, angleB, angleC)angleA, angleB, angleC =realpredicatesnondetermtreangle_tip(treangle,symbol)Hence, an inference rule describing that the triangle is isosceles can be given bytreangle_tip(treangle(sides(Side_a,Side_b,Side_c),angles(Angle_A,Angle_B,Angle_C)),Y):-Side_a=Side_b, Angle_A=Angle_B,Y=isosceles;Side_b=Side_c,Angle_B=Angle_C,Y=isosceles;Side_a=Side_c,Angle_A=Angle_C,Y=isosceles,!.treangle_tip(treangle(sides(Side_a,Side_b,Side_c),angles(Angle_A,Angle_B,Angle_C)),Y):- Side_a<>Side_b,Side_b<>Side_c, Angle_A+Angle_B+Angle_C=3.14,Y=scalene,!.treangle_tip(treangle(sides(Side_a,Side_b,Side_c),angles(Angle_A,Angle_B,Angle_C)),Y):-Side_a=Side_b, Side_b=Side_c,Y=equilateral;Angle_A=3.14/3,Angle_B=3.14/3, Angle_C=3.14/3, Y=equilateral.treangle_tip(treangle(sides(Side_a,Side_b,Side_c),angles(Angle_A,Angle_B,Angle_C)),Y):-Angle_A<1.57,Angle_B<1.57, Angle_C<1.57,Angle_A+Angle_B+Angle_C=3.14,Y=acute.treangle_tip(treangle(sides(Side_a,Side_b,Side_c),angles(Angle_A,Angle_B,Angle_C)),Y):-Angle_A=1.57, Angle_A+Angle_B+Angle_C=3.14,Y=right; Angle_B=1.57,Angle_A+Angle_B+Angle_C=3.14,Y=right;Angle_C=1.57,Angle_A+Angle_B+Angle_C=3.14,Y=right.treangle_tip(treangle(sides(Side_a,Side_b,Side_c),angles(Angle_A,Angle_B,Angle_C)),Y):-Angle_A>1.57,Angle_A+Angle_B+Angle_C=3.14,Y=obtuse; Angle_B>1.57,Angle_A+Angle_B+Angle_C=3.14,Y=obtuse;Angle_C>1.57,Angle_A+Angle_B+Angle_C=3.14,Y=obtuse.

рис. 3


альных систем человек-машина с воз-можностью взаимодействия на казахскомязыке.

Опишем вкратце предложенный ме-тод проверки геометрического решениязадачи на основе онтологий. Тексты гео-метрической задачи представляют собойнабор связных предложений [18]. К нимотносятся простые и сложные предло-жения, неполные предложения (с ана-форой и многоточиями). Формальноепонимание текста геометрических задачявляется их представлением в языке зна-ний в предметной области онтологииПланиметрии. Это представление должнобыть подключено и расширено с запол-нением значения слота для случаев сописанием ситуации, представленнойтекстом.

Рассмотрение всего процесса анализагеометрических задач в этой статье непредставляется возможным. Поэтому,давайте рассмотрим структуру ситуации,которая должна быть получена в резуль-тате онтологии на основе лингвистиче-ского анализа для одной геометрическойзадачи.

Текст задачи: определить тип тре-угольника, который имеет стороны дли-ной равные 5, 6, 6.Предварительно лин-гвистическая обработка исходного текстапредставляет следующие понятия и ком-бинации понятий, которые сопоставимыс онтологией,представленной на рисунке3, например: тип (треугольник); имеетстороны (из класса треугольника), имеетдлину, равна.

Для формального описания онтологииПланиметриииспользуется Пролог (языкпрограммирования логики) [20]. Меха-низм логического вывода Пролог ис-пользуется для построения онтологиче-ской графы. Формальное описание он-тологии (см. рис. 3) использует следую-щие типы данных с использованием аль-тернативных функциональных элемен-тов.

5 Выводы и последующая работаЭта статья представляет собой под-

ход на основе онтологии, который ре-шает проблему анализа текста на ос-нове онтологии. Мы разработали он-тологию Планиметрия для автомати-ческой проверки ответов на «открытые»вопросы (без вариантов). Результатыисследования могут быть использованыв создании интеллектуальных систем

тестирования на основе обработки наказахском языке.

Нашаконцепция системы тестиро-вания использует результаты интел-лектуальной оценки уровня пользова-теля и предоставляет набор тестов,приспособленных к уровню подготовкистудента. Система контроля знанийраспределяет вопросы по сложности,основанные на данных, полученныхво время тестирования. Это дает воз-можность построения адаптивных те-стов, которые не требуют коррекциина уровне пользователей.

Дальнейшие исследования в рамкахметодологических аспектов автоматизи-рованного контроля знаний будут касатьсяразработки баз данных тестовых вопросовразных типов и разных уровней слож-ности. Кроме того, в рамках техническихаспектов исследователи будут продолжатьразработку программного обеспечения,которая реализует все этапы семантиче-ского анализа текстов на основе онтоло-гической техники и обработки родногоязыка.

Литература:1. Prisyazhnyuk, E.: Fuzzy model of

the Automated System of Module Knowl-edge Control. Int.l J. Information Technolo-gies and Knowledge, Vol.2 (2008) 465-468.

2. OLAT – The Open Source LMS.[Online] Available from: http://www.olat.org/website/en/ html/index.html.

3. Moodle Trust. Moodle.org: Open-source Community-based Tools for Learning.[Online] Available from: http://moodle.org/.

4. Sakai Foundation. Sakai Project.[Online] Available from: http://sakaiproject.org/.

5. Adobe Systems Incorporated. AdobeAuthorware 7. [Online] Available from:http://www.adobe.com /products /authorware/

6. Hung Jui-long.: Trends of E-learningResearch from 2000 to 2008: Use of textmining and bibliometrics. British J. of Edu-cational Technology,Vol. 43.1, (2012) 5–16

7. Park, Jooyong.: Constructive multi-ple-choice testing system. British J. of Ed-ucational Technology. Special Issue: Learningobjects in progress, Vol. 41.6, (2010) 1054–1064.

8. Alexeyev, A.N., Volkov, N.I.,Kochevsky, A.N.: Types of Questions forComputer-Aided Testing of Students’ Knowl-edge Computer Modelling and New Tech-

nologies, Vol.11.3, Riga (2007) 35–42. 9. Alexeyev, A.N., Volkov, N.I.,

Kochevsky, A.N.: Elements of Fuzzy Logicin Computer-Aided Control of Knowledge.Otkrytoyeobrazovaniye, Vol. 4, Moscow(2003) 23–25 (In Russian).

10. Shahbazova, Sh., Freisleben, B.A.:Network-Based Intellectual InformationSystem for Learning and Testing. Proceedingsof the Fourth International Conference onApplication of Fuzzy Systems and SoftComputing, Siegen, Germany (2000) 308-313.

11. Shahbazova, Sh.: Application ofFuzzy Sets for Control of Students Knowl-edge.Application Comput. Math., Vol.10.1,Special Issue (2011) 195-208.

12. Gruber, T.R.: Toward principles forthe design of ontologies used for knowledgesharing. International. J. of Human-ComputerStudies, Vol.43(5-6), (1195) 907–928.

13. Decker, S., Erdmann, M., Fensel,D.and Studer, D. Ontobroker: Ontology basedaccess to distributed and semi-structuredinformation. DS-8: Semantic Issues in Mul-timedia Systems, 1999.

14. Noy, Natalya F. and McGuinness,Deborah L.: Ontology Development 101:A Guide to Creating Your First Ontology'.Stanford Knowledge Systems LaboratoryTechnical Report KSL-01-05 and StanfordMedical Informatics Technical Report SMI-2001-0880, March 2001.

15. Maedche, A., Neumann, G. andStaab, S.: Bootstrapping an Ontology-basedInformation Extraction System. Intelligentexploration of the web, Physica-VerlagGmbH Heidelberg, Germany, (2003) 345 –359.

16. The Ontolingua ontology library.[Online] Available from: http://www.ksl.stan-ford.edu/software/ontolingua/

17. The DAML ontology library. [On-line] Available from: http://www.daml.org/on-tologies

18. Khakhalin, G., Kurbatov, S., Naide-nova K., Lobzin A.: Integration of the Imageand NL-text Analysis/Synthesis Systems.In Rafael Magdalena (eds): Intelligent DataAnalysis for Real-Life Applications: Theoryand Practice. IGI Global (2012).

19. Razakhova, B.: Automation of theanalysis and synthesis of word-combinationsand sentences of the Kazakh language. PhDthesis (in Kazakh language). L. GumilyovEurasian National University. Astana (2009).

20. Visual Prolog 7.3. [Online] Availablefrom: http://www.visual-prolog.com

29


30

Неотъемлемыми составными частямисовременных радиотехнических системявляются антенные системы. Их исполь-зуют для определения направления наисточник излучения или для исследованияположения многих источников излученияв окружающем пространстве, что делаетактуальными задачу оперативного управ-ления формой характеристики направ-ленности антенны и, в частности, задачусканирования диаграммы направленностив пространстве.

Сканирование, т.е. перемещение лучаантенны в пространстве, может осу-ществляться механическим, электроме-ханическим, электрическим и электрон-ным способами.

Существующие способы механиче-ского и электромеханического сканиро-вания не удовлетворяют современнымтребованиям к скорости обзора про-странства и не дают возможности опе-ративно изменять параметры диаграммынаправленности в процессе сканирова-ния.

Предложенный нами способ элек-тронного сканирования, основанный навыполнении зеркала антенны из радио-прозрачного материала, покрытого ре-версивной средой свободен от указанныхнедостатков.

Особенность реверсивной (обрати-мой) среды заключается в том, что в ис-

ходном состоянии она является радио-прозрачной, а при воздействии на нееуправляющего сигнала она приобретаетсвойства радиоотражающей поверхности.В качестве реверсивного материала могутбыть использованы полупроводниковыематериалы (пленки), которые при воз-действии интенсивного светового из-лучения необходимого спектральногосостава приобретают радиоотражающиесвойства за счет возникновения в нихнеравновесных носителей заряда.

В предлагаемом способе сканирова-ния поверхность реверсивной среды осве-щается интенсивным световым пятномнеобходимой формы и размеров, изме-нение размеров светового пятна приводитк изменению ширины диаграммы на-правленности и ее формы в заданнойплоскости по заданному закону. После-довательно перемещая освещенную (воз-буждаемую) область по поверхности зер-кала производится перемещение (ска-нирование) диаграммы направленностив пространстве. При этом скорость ска-нирования ограничивается только ско-ростью перехода реверсивной (обратимой)среды из непроводящего состояния впроводящее и скоростью перемещениясветового воздействия; закон измененияположения освещенной области, а, сле-довательно, и диаграммы направленностиантенны в пространстве может быть лю-

бым заданным. Таким образом, данный способ поз-

воляет получить заданную форму и ши-рину диаграммы направленности антенныв СВЧ-диапазоне, а также управлять диа-граммой направленности антенны в про-цессе сканирования по заданному закону,обеспечивая гибкость траектории и ско-рость развертки.

Описанный способ сканирования за-ложен в основу функционирования не-которых разработанных нами антенн,таких как многолучевая сканирующая,многолучевая двухзеркальная сканирую-щая, многолучевая зеркальная и много-лучевая зеркальная со сферическим ска-нированием и другие. В данных антенныхсистемах за счет воздействия сигналамиуправления на внутреннюю поверхностьзеркала по очереди происходит изменениеэлектродинамических параметров раз-личных участков реверсивного материала,при этом обеспечивается сканированиелучей многолучевой диаграммы направ-ленности в пространстве.

1. Многолучевая сканирующая антенна

Многолучевая сканирующая антеннаясистема имеет зеркало в виде внутреннейповерхности тела вращения параболи-ческой образующей вокруг оси симмет-рии и облучатели, расположенные на

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕВЕРСИВНЫХ СРЕД В АНТЕННОЙ ТЕХНИКЕ.

АНТЕННЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОННОГО СКАНИРОВАНИЯ

Кайда С.В., студентПаслен В.В., канд. техн. наук, доцентДонецкий национальныйтехнический университет,Украина


Рассматриваются модели новых антенных систем электронного сканирования, принципработы которых базируется на свойствах реверсивных сред, а также обосновывается целесо-образность применения реверсивных сред в антенной технике. Что позволяет достичь высокихскоростей сканирования и усовершенствовать характеристики антенных систем, а именнополучить диаграмму направленности антенн необходимой ширины и производить оперативноеуправление ее формой во время сканирования по заданному закону.

Ключевые слова: сканирование, зеркальная антенна, диаграмма направленности, реверсивнаясреда, многолучевая сканирующая антенна, многолучевая двухзеркальная сканирующая антенна ,многолучевая сферическая зеркальная антенна.

We consider models new electronic scanning antenna systems. The principle of work is based onproperties of reversible environments, and the expediency of reversing environments in antenna technology.That allows to reach high-speed scanning and advanced features of antenna systems, that is to get theantenna pattern to produce the required width and operational management of its form during the scanon a given law.

Keywords: scanning, mirror antenna, directivity patter, reversing environment, multi-beam scanningantenna, two-mirror scanning multi-beam antenna, multi-beam spherical reflector antenna.


фокальном кольце. Зеркало антенны вы-полнено из радиопрозрачного материала,поверхность которого покрыта ревер-сивным материалом. Кроме того, даннаясистема имеет источник управляющихсигналов, а облучатели расположены свозможностью перемещения в плоскостифокального кольца. Структурная схемаантенны изображена на рис. 1.

Данное устройство работает следую-щим образом. Облучатели 3 переме-щаются в плоскости фокального кольца.Источник управляющих сигналов воз-действует на поверхность реверсивногоматериала в областях 2 сигналами 4 назеркале 1. В областях падения света нареверсивный материал происходит резкоеизменение параметров материала за счетгенерации неравновесных носителейтока, которые изменяют электромагнит-ные характеристики материала, материалприобретает металлические свойства,что позволяет отражаться электромаг-нитной волне. Это приводит к формиро-ванию нескольких лучей диаграммы на-правленности.

Перемещение области управляющеговоздействия позволяет по очереди изме-нять проводимость различных участковполупроводниковых пластин. Это даетвозможность сканирования лучей диа-граммы направленности в широком сек-торе углов.

Таким образом, использование данноймноголучевой сканирующей зеркальнойантенны позволяет создавать многолуче-вую диаграмму направленности антенныс возможностью сканирования ее лучейв широком секторе углов.

2. Многолучевая двухзеркальнаясканирующая антенна

В рассмотренной выше конструкциине представляется возможным расши-рение сектора сканирования, потому чтоугол раскрытия антенны является не-изменным для зеркала фиксированногодиаметра. Конструкция не предусмат-ривает увеличение усиления антенны навеличину большую, чем максимальновозможная величина для данного зеркала,и уменьшение ширины лучей диаграммынаправленности.

Данные недостатки устраняются засчет усовершенствования рассмотреннойантенной системы путем введения в еесостав помимо основного еще и допол-нительного параболического зеркала, вы-

полненного из радиопрозрачного мате-риала. Основное зеркало расположено вобласти раскрыва дополнительного па-раболического, причем фокус основногопараболического зеркала совпадает с фо-кусом дополнительного параболического,а внутренняя поверхность основногозеркала и внешняя поверхность допол-нительного параболического покрытыреверсивным материалом. Кроме того,антенна имеет дополнительный источникуправляющих сигналов, расположенныйна обратной стороне дополнительного

параболического зеркала.В соответствии с заданным сектором

сканирования, шириной лучей диаграммынаправленности и усилением антеннывыбирается зеркало, которое будет на-ходиться в режиме отражения электро-магнитных волн, а также источник управ-ляющих сигналов, который будет воз-действовать сигналами управления навыбранное зеркало. При этом другое зер-кало, на которое не воздействуют сигналыуправления, находится в режиме про-пускания электромагнитных волн. Облу-

31

Рис. 1. Многолучевая сканирующая антенна

Рис. 2. Многолучевая двухзеркальная сканирующая антенна


32

чатели обеспечивают создание лучейдиаграммы направленности. Возможностьвыбора параболического зеркала, котороебудет отражать электромагнитные лучи,обеспечивает расширение сектора ска-нирования, создание лучей диаграммынаправленности различной ширины, атакже возможность изменения усиленияантенны. Структурная схема антенныизображена на рис. 2.

Принцип осуществления сканиро-вания данной антенной системой анало-гичен принципу осуществления скани-рования в многолучевой сканирующейантенне. Таким образом, использованиеданной многолучевой двухзеркальнойсканирующей антенны позволяет рас-ширять сектор сканирования, создаватьлучи диаграммы направленности раз-личной ширины, а также изменять уси-ление антенны.

3. Многолучевая сферическая зеркальная антенна

Зеркало данной антенны образовановращением круговой образующей, засчет чего геометрическая форма возбуж-денного участка поверхности зеркала независит от направления воздействия сиг-нала управления, что позволяет получитьнеизменную диаграмму направленностив пространстве, и дает возможность сфе-рического сканирования лучей диаграммынаправленности в пространстве. Крометого, облучатели размещены с возмож-ностью перемещения по сфере фокуса.

Структурная схема многолучевой сфе-рической зеркальной антенны изображенана рис.3.

Устройство работает таким образом:ооблучатели перемещаются по сферефокуса. Источник управляющих сигналоввоздействует на поверхность реверсивногоматериала, и на внутренней поверхностиантенны формируются возбужденныеобласти, геометрическая форма которыхне зависит от направления сигнала управ-ления. При этом формируется нескольколучей диаграммы направленности. Пе-ремещение области управляющего воз-действия позволяет по очереди изменятьпроводимость различных участков ре-версивной поверхности. Это дает воз-можность сферического сканированиялучей диаграммы направленности в про-странстве. Ширина лучей диаграммынаправленности зависит от размеров иформы возбужденных областей.

Таким образом, использование данноймноголучевой сферической зеркальнойантенны позволяет создавать многолуче-вую диаграмму направленности антеннысо сферическим сканированием лучейдиаграммы направленности в простран-стве.

ЗаключениеРассмотренный в статье метод элек-

тронного сканирования обладает рядомпреимуществ, которые существенно рас-ширяют возможности его дальнейшегоиспользования, что видно из разрабо-танных моделей антенных систем.

Литература:1. Ерохин Г.А. и др. Антенно-фи-

дерные устройства и распространениерадиоволн: Учебник для вузов/ – 2-еизд., – М.: Горячая линия – Телеком,2004. – 264 с.

2. Вайнберг И.А., Вайнберг Э.И.,Павельев В.А. Индикация структурыэлектромагнитного поля при помощи не-равновесных носителей тока в полупро-водниках. Радиотехника и электроника,– М.: Наука, 1971. №3. – 356 с.

3. Зуев В.А., Саченко А.В., ТолпыгоК.Б. Неравновесные приповерхностныепроцессы в полупроводниках и полу-проводниковых приборах. – М.: Советскоерадио, 1977. – 356 с.

4. Луханина О.В., Мотылев К.И.,Гончаров Е.В., Хорхордин А.А., Ше-банов А.О., Паслен В.В. Развитиетеории и техники антенн // МатеріалиІІІ Міжнародної науково-практичноїконференції «Дінаміка наукових до-сліджень 2004». Том 8. Технічні нау-ки. – Дніпропетровськ: Наука і освіта,2004. – 356 с.

5. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антен-ны. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Энергия,1975. – 528 с.

6. Нашельский А. Я. Технологияполупроводниковых материалов, – М.:Наука, 1973. – 466 с.

7. Паслён В.В. О возможностииспользования реверсивных сред вантенной технике / Международнаянаучно-практическая конференция«Человек и космос»: Сборник тези-сов. – Днепропетровск: НЦАОМУ,2004. – 396 с.

8. Хорхордин А.А., Носко Ю.В., Пас-лен В.В. О возможности использованияреверсивных сред в антенной технике //Міжнародна молодіжна науково-прак-тична конференція “Людина і космос”:Збірник тез. – Дніпропетровськ: НЦА-ОМУ, 2004. – 496 с.

9. Патент № 49709, Украина, МПК(2009) H01Q19/10. Многолучевая зер-кальная сканирующая антенна. Донецкийнациональный технический университет.Паслён В.В, Федотова М.В., МихайловМ.В., Михайлова А.В., Иваницин В.Е.,Вахнова Е.Е. Публ. – 11.05.2010. Бюл.№9. – 8 стр.

10. Декларационный патент № 25901Двухзеркальная сферическая антенна\Хлуднева Г. В., Михайлов М. В., Оль-шевський А. Л., Паслён В. В.

Рис.3 Многолучевая сферическая зеркальная антенна


House of Scientists was built spe-cially for the elite Soviet scientists de-signed by the architect A.B. Bobovichin 1951 on Zhibek Zholy Street. Thehouse consists of five 2-room sections;all are 5-bedroom apartments, in thehouse thirty apartments only. Accordingto the project, it has five separate sec-tions of semi-detached blocks, separatedby anti-seismic joints, which form anaxial symmetrical composition with ahalf-open courtyard. At each porch aretwo staircases that are not connectedto one another, a grand, wide, bright,luxuriantly decorated, the second - the'black', economical, visually hiddenstaircase, the purpose of the two laddersis determined by a way of life of itsinhabitants, two staircases or two ent-rances to one apartment conduct a vi-sible distinction between owners andservants.

The stairs are climbed by owners -the scientists, and from the backdoor -uneducated servants, maids, or workerswho are included in the service area -the kitchen and aucillary. Apparently,Stalin’s socialism still could not imaginea comfortable house without the attri-butes of the old capitalist system - theworkers, who at that time becameknown as a maid. The elite of Sovietscientists in the Stalin’s period received5-bedroom apartments of 180 squaremetres, regardless of the number offamily members, and it was assumedthat the service will be provided to amaid. In the Stalin’s period, the scien-tists received high salaries, they wereable to pay for their labour, but such aluxury was permitted to the elite only.In the troubled times of Stalin’s periodlaws did not act equally for all, sothere used to happen that an allocated

apartment could be divided into twoparts, so in this case a family had touse the backdoor only. So there wereredevelopment and changes in the arc-hitecture of the building. The respon-sibility of the housekeeper includedcooking, cleaning houses, babysitting.Maids were paid by the owners, thestatus of workers has been officiallyrecognised, like all citizens at retirementage, they received the pension for theirjob. Each apartment, in addition maid’sroom, had a hall, living-room, threebedrooms and a study. All thirty five-bedroom apartments had geniune fire-places that were installed in living ro-oms. In the central part of the house atground level was built a shop, so itwas a prototype of a residential complexwith a value of urban services.

The northern main facade consistsof three sections located along the Zhi-bek Zholy Street, and flanked by twosections of the house, turning at rightangles to the Pushkin and ValikhanovStreets. The central section is moreadvanced towards the street, as wellas flanking sections, thereby creatinga rhythmic plastic in the architectureof the house, reminiscent of the palacebuildings. The central projecting sectionof the main façade is higher in termsof altitude than the rest building of thehouse and split into two parts: the levelof the ground floor, where the store isarranged, and the upper floors, whichare compositionally combined by tre-mendous warrant at the corners of thesection. The angles of the central pro-jecting part are cut by deep archedloggias at the height of the second andthird floors. The architecture of themain facade is construed in the classicproportions, giving the building mo-

numentality - heavier rusticated lowerand lighter than the top. The plane ofthe main facade is divided intercom-munication belt - the cornice, whichallocates two parts: the larger divisionof the first floor window openings andsmaller apertures of the upper floors.Massive lancet window frames formof the first floor contrastly stands outwith the plane of the rusticated baseand walls of a higher first floor.

The main entrance to the residentialsection - a staircase separated verticallystriped various openings: the archedportal of the entrance door on thesecond floor - one-stop portal with awide ornamented with a keystone atthe center and two twin lancet windowson the third floor of the species. Inter-window pier paired windows of theupper floor is decorated with capitals.The third floor windows have lancetshape, more lightweight in form thanthe openings of the lower floors. Atfirst floor level on the corners of thecentral projecting section of the inputare arranged, designed in the form ofportals with pointed arches, which areused around the massive columns witha unique small-caps. This cheerful ca-pitol radiates healthy, it is made of ap-ples and grapes, "stacked" in the bas-ket.

In the decoration of a residentialbuilding along with the motives of clas-sical order system are used Kazakh na-tional ornaments. The building is com-pleted in the entablature over the pro-truding part of a lush than the entirebuilding; balconies are used with deco-rative supporting crackers, also differentorders of scale, huge balconies on theorder of two storeys in height and tinyDoric columns - the balusters on the se-

33

UNIQUE RESIDENTIAL HOUSE IN ALMATY, THE STALINIST PERIOD IN ALMATY

Kissamedin G.M., Prof. Kazakh Leading Academy of Architectureand Civil Engineering,Kazakhstan

Conference participant,National championship in scientific analytics

Residential buildings of the Stalin era before the war and postwar periods in Almaty, built inneoclassic style, despite the fact that they are already more than half a century, are still expensive andcomfortable housing in the real estate market. This article is devoted to one of these houses. House ofScientists has a unique planning organisation, inspired by the "non-socialist ideas of a comfortablehouse"

Keywords: architecture, elite house, idea of the elite house in the Stalin period,neoclassicism, Kazakh ornament.


There are cycle processes in to economic.It’s necessary them test for admission

management solutions. For this affect isneeded to use concept of trend of senses ofindexes of indicators. There are offer nextapproaches to use.

If Хmin2>Х max1 and (Xl, Xl+1) Х2>Х1,then it can consider, that trend of change sof concept of economic development oforganizations as positive and strong.

If Хmax1>Х max2 and (Xl, Xl+1) Х2>Х1,then it can consider, that trend of changesof concept of economic development oforganizations as positive, but weak.

If Хmax1=Х max2 and (Xl, Xl+1) Х2>Х1,then it can consider, that trend of change sof concept of economic development oforganizations as simply positive.

If Хmax1<Х max2 and (Xl, Xl+1) Х2<Х1,then it can consider, that trend of changesof concept of economic development of or-ganizations as negative and strong.

If Хmax2>Х max1 and (Xl, Xl+1) Х2<Х1,then it can consider, that trend of changesof concept of economic development oforganizations as negative but weak.

If Хmax2=Х max1 and (Xl, Xl+1) Х2<Х1,then it can consider, that trend of changesof concept of economic development oforganizations as simply negative.

Border (limit) between strong or weakof trends of negative or positive charactersare needed mathematical estimate.

Trend is stable variations of fluctuatingoperational indicators of organization. It isoften required with measured fluctuationsof values of its economic condition indicatorsto set limits of the trend of enterpriseoperation indicators growth theoretically[1]. To determine them in a first approxi-mation we assume that the life cycle of or-ganization is sinusoidal. Peak values of in-dicators in this cycle are Аm.. It is measuredaverage values of i-indicators - Хiu=Хi+1. It

is required to set a coefficient of propor-tionality (coefficient of the trend – k, wherek > 1) among values Xl, Xl+1, if growth ofindicators is observed. In addition it issatisfied a relation that maximum of valuesof i-indicator in the previous cycle is notmore than minimum of values of i-indicatorin the consequent cycle (Fig. 1).

Let

Construct the following (Fig. 1). Draw a tangent – ВА between the points Хi1maxХi2max and the line of average values

of i-indicator – ML through the pointsXl, Xl+1. From the point А (Хi2min) drop aperpendicular – AF to ML. From the pointМ (Xl) drop the perpendicular MN to DN(line Xl+1) From the point N draw the lineNK parallel to ML, and drop from the pointD to NK the perpendicular DK.

From constructed right-angled triangle∆MDN express sinα:

where DN=Xl+1 — Xl (MN_DN) Insert-ing dependence (1) for Xl-1 fix

In this case:

Consider the similar triangles (fig.1):ΔOFA ~ ΔMDN(DF coinsides with MD, FА┴DF, DM

┴MN). It is followed from the triangleΔOFA

where FA ≤ Am,FO ≤ OL = 3/4 Tоц

which are to be inserted into the expression(3), then:

It is followed from the similar triangles ΔDNK ~ ΔOFA (DN┴OA, DK┴OF):

where K ≤ Am, DN = Xi (k-1), whichare to be inserted into the formula (5) andtransform it:

Taking into account that include values sin α from the equation (2),and cos α from the formula (6). Set theconstraints for tg α from the expression (4).

35

JUSTIFICATION OF TRENDS WHEN CYCLICVARIATIONS OF INDICATORS

Krukov A.F., Dr. of Economics, prof.Krukova I.A., teacher ofEconomicsFederal University of Sibiria,Russia

Conference participants,National championship inscientific analytics, Open Europeanand Asian research analytics championship

This article speaks about reflection of time indexes of progress and it give estimate ,which describe the direction of economic progress of organizations .

Keywords: Reflection. Time indexes. Progress. Estimate. Direction of economic progress.

(1)

Fig. 1. Graph with trend

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)


Архитектура и предметно-про-странственная среда издревле

являлись материальной основойсуществования человека. Рассмат-ривая дизайн как предметное окру-жение (мебель, одежда, посуда,предметы быта, транспорт и пр.)можно говорить об истоках дизайнас древнейших времен. Для архи-тектурно-предметного формообра-зования конкретного историческогопериода были характерны общиехудожественно-стилевые черты, про-диктованные различными фактора-

ми: ландшафтными условиями(Древний Египет, Древняя Греция);религией (Византийский стиль, го-тика); властью и роскошью коро-левского двора (барокко, рококо);развитием научно-инженерной мыс-ли (Возрождение, классицизм) ит.д.

По наиболее распространеннойи общепринятой версии, дизайн,как самостоятельный вид художе-ственной деятельности, зарожда-ется в условиях промышленногопереворота и связан с переходом

от ручного труда к машинному исерийному производству вещей.Первые вещи, выполненные про-мышленным способом, а также самистанки и механизмы, были далекиот совершенства. Художники и ре-месленники впадали в разные край-ности, работая в таких стилях какархитектурный или инженерный.При архитектурном стиле исполь-зовались архитектурные детали,причем движущаяся часть станкамогла быть выполнена виде ордера,изначально олицетворяющем ста-

37

ВЗАИМОЗАВИСИМОСТЬ ФОРМ АРХИТЕКТУРНОЙ И ПРЕДМЕТНОЙ

СРЕДЫ В ПРОЦЕССЕ ЭВОЛЮЦИИ

Михнова П. В., канд. архитектурыВосточно-Казахстанскийгосударственный техническиуниверситет им. Д. Серикбаева, Казахстан

Участник конференции, Национального первенствапо научной аналитикеОткрытого Европейско-Азиатского первенства по научной аналитике

В статье рассматривается взаимосвязь архитектурных и дизайнерских форм впроцессе эволюции. Зачастую, предметы (мебель, станки) заимствовали архитектурныеэлементы и, только в условиях промышленного переворота, когда зарождаетсядизайн, произошло отделение предметного мира от архитектуры. На сегодняшнийдень опять наблюдается стирание границ: архитектурное здание все чаще напоминаеттехнический компьютеризированный объект.

Ключевые слова: архитектура, устойчивая архитектура, предметный мир, дизайн,художественные стили, формообразование.

In article the interrelation of architectural and design forms in the course of evolution isconsidered. Frequently, subjects (furniture, machine tools) borrowed architectural elementsand, only in the conditions of industrial revolution when the design arises, there was abranch of the subject environment, from architecture. Today deleting of borders is againobserved: the architectural building often

Keywords: architecture, sustainable architecture, subject environment, design, art styles,form-creating.

Рис. 1 Архитектурные формы в мебели, предметах быта, станках

а б в


38

тичность. Следует отметить, чтоисторически, мебель и предметыбыта зачастую также использовалиархитектурные элементы (рис. 1).В инженерном стиле вещи получа-лись брутальными и громоздкими.Еще одной крайностью стал худо-жественный китч, проявляющейсяв росписи, резьбе, обилие декора-тивных элементов, имитирующимиручную работу.

Таким образом, первый этап вэволюции архитектурно-предмет-ных форм - производство пред-метов в эпоху ремесленного про-изводства - 3000 г.д.н.э.1 - кон.XVIII века - характеризуется ху-дожественным единством архитек-турной и предметной среды в рамкахконкретного стиля. Стиль зарож-дается в архитектуре и распростра-няется на предметное окружение(рис. 2).

Великая промышленная выстав-ка, проводимая в 1851 г. в Лондоне,вывила проблему несоответствияновых в техническом отношениивещей и их эстетического вопло-щения.

Следует отметить и положитель-ные примеры в проектировании пер-вых предметов дизайна на серийнойоснове. Так, австрийским мебель-

щиком М. Тонетом была спроекти-рована серия венских стульев, гденовая технология (трехмерноегнутье) удачно воплотилась в лако-ничной форме. Кроме того, венскомустулу, модели № 14, присущи такиепрогрессивные черты как: унифи-кация деталей, возможность раз-борки для транспортировки, лег-кость изделия, минимум деталей.Автор проводил тщательные пред-варительные исследования, чтопозднее стало необходимым придизайн-проектировании (изучениесоциального заказа, социологиче-ский, маркетинговый анализы ипр.). В начале ХХ века немецкийархитектор и дизайнер П. Беренс вразработке предметного ансамбляэлектрических чайников для ком-пании АЭГ предлагает вариатив-ность моделей - по материалу, фор-ме, емкости.

В течение ХХ века позиции ди-зайна прочно укрепились как в прак-тике, так и в теории. Важную рольв этом сыграли первые школы ди-зайна - Баухауз, ВХУТЕМАС, Уль-мская школа дизайна. Дизайнерыиз Германии, России, США зани-мались разработкой специальныхформ для мебели, бытовой техникии других предметов, отказавшись

от архитектурных мотивов и вы-являя особенности именно дизай-нерской вещи (тактильные ощуще-ния, форма, ясность в панели управ-ления, эргономика).

Итак, второй этап - зарождениедизайна и развитие его в само-стоятельную сферу художествен-ной деятельности - кон. XVIII -кон. XX веков. Некоторые стиле-вые тенденции проявляются как вархитектуре, так и в дизайне (функ-ционализм, органичный стиль, по-стмодерн), но при этом у каждоговида искусства свои критерии, прио-ритеты, особенности формообразо-вания. Так, французский архитекторЛе Корбюзье выявил пять отправныхточек современной архитектуры, анемецкий дизайнер Д.Рамс, автор«браунстиля» - десять принциповхорошего дизайна.

К концу ХХ века научно-техни-ческий прогресс набирает небыва-лый темп: Интернет, автоматизацияи диспетчеризация всех процессов,дистанционное управление и пр.Технические новинки, появившисьв аудио-видеотехнике, предметахбыта, средствах связи, компьютерахвсе больше проникают из предмет-ного мира (дизайна) в мир архи-тектуры. Сначала появились «ум-

Рис. 2 Стилевое единство архитектурной и предметной среды. Древняя Греция, готика, барокко.

а б в

1 За отправную точку взято возникновение Раннего царства в Древнем Египте, как первой целостной цивилизации, когда появились первые образцымебели, посуды, одежды и пр. предметов


ные» стиральные машины и холо-дильники, а сегодня уже строятся«умные» дома с энергосберегаю-щими технологиями. Отказавшисьот исторически сложившихся эле-ментов (ордер, карниз, портал), вбудущем архитектура, возможно,перестает быть статичной и привя-занной к местности. Умный домсправедливо сравнивают с салономавтомобиля высокого класса, какпо оснащению, так и по возможноймобильности. Современные зданияв стилях бионики, хай-тека, декон-структивизма теперь больше напо-минают некие дизайнерские техни-ческие разработки (рис. 3).

Свое отражение в архитектуренашла и тенденция устойчивого раз-вития общества, предполагающеедальнейшее развитие цивилизации(транспорт, энергетика, строитель-ство) без ущерба для окружающейсреды, с максимальной экономиейресурсов и с комфортом для чело-века. Сегодня здание должно нетолько защищать человека от окру-

жающей среды, но и самим бытьдля этой среды максимально без-опасным.

Итак, сегодня мы наблюдаемтретий этап в сосуществованиии взаимосвязи архитектуры ипредметного окружения – интел-лектуальная архитектура и ди-зайн – кон. ХХ- нач. XXI веков.Постиндустриализм, техногенныепроцессы, экологический кризисXXI века привели к новому этапув истории архитектуры и дизайна.Жилые дома и офисы все большенаполняются техникой, которая се-годня стала неотъемлемой частьюнашей жизни. Этот процесс не-избежно привел к тому, что самымсложным техническим «прибором»в системе жизнеобеспечения сталсам дом. Если ранее мебель, станкии прочие предметы заимствовалиархитектурные формы, то сегодняархитектура и само пространствоинтерьера превратилось в техно-генную систему, управляемую ком-пьютером. Еще И. Кант назвал мир

вещей - второй природой. Сегодняже человечество на примере неко-торых объектов архитектуры ди-зайна создало второй разум.

Таким образом, ретроспективныйанализ архитектурных и предметныхформ позволяет выявить три основ-ных этапа их взаимосвязи в хроно-логической последовательности:

1. Исторически формообразова-ние предметной среды зависело отгосподствующего художественногостиля, зародившегося в архитектуре(XXX в. д.н.э. - кон. XVIII в.)

2. С промышленного переворотаформы архитектуры и дизайна раз-виваются самостоятельно, по своимкритериям и приоритетам (кон. XVI-II - кон. XX вв.)

3. Архитектура и предметы ди-зайна ближайшего будущего - этоавтоматизированные объекты, яв-ляющиеся следствием развития ком-пьютеризации, средств связи, дис-танционного управления и прочихтехногенных процессов. (кон. XX-нач.XXI вв.)

39

Рис. 3 Новые формы архитектурной и предметной среды.Н. Фостер. Офис страховой компании. З. Хадид. Музей истории средиземноморья.

Стиральная машина Alternative Clothes Cleaner


40

На современном этапе развития пи-щевой промышленности для всего

цивилизованного мира, актуальной яв-ляется проблема внедрения эффективныхи научно обоснованных подходов к во-просам связанных с обеспечением без-опасности продовольствия.

Актуальность исследования обуслов-лена тем, что система НАССР (англ. Haz-ard Analysis and Critical Control Points –анализ рисков и критические контрольныеточки) является эффективным методомв управлении безопасностью пищевойпродукции, который применяют для за-щиты производственных процессов отпотенциально возможного негативноговоздействия биологических (микробио-логических), химических, физических идругих рисков.

Принимая во внимание убедительныерезультаты научных исследований [1-4],активную тенденцию внедрения прин-ципов изложенных в международныхстандартах серии ISO 2200, и тот факт,что для многих стан мира, таких какСША, Канада, Япония, Новая Зеландия,Украина и другие, внедрение системобеспечения безопасности пищевой про-дукции является обязательным, следуетконстатировать актуальность и эффек-тивность системы НАССР.

Целью данного исследования являет-ся разработка эволюции системы управ-ления безопасностью пищевой продук-ции, основанной в соответствии прин-ципам НАССР. Методологическую и тео-ретическую основу работы составляютисследования, основанные на сопостав-лении исторических, социально-эконо-мических факторов, а так же технических

аспектов производства пищевой продук-ции, определяющих возникновение иэтапы формирования системы управлениябезопасностью пищевой продукции.

Инновационная деятельность в пи-щевой промышленности характеризуетсязначительными изменениями техноло-гических процессов, а именно: появле-нием новых способов и возможностейвыбора поставщиков, использованиемингредиентов, что, естественным образом,привело к увеличению объемов про-изводства, и, как следствие, повышениювероятности появления на продоволь-ственных рынках продукции, способной

причинить вред здоровью человека. Имен-но поэтому, на законодательном уровнев Европейском Союзе, США, Канаде,Японии, Новой Зеландии, Украине имногих других странах, внедрение си-стемы управления безопасностью, ужесегодня является обязательным для пред-приятий пищевого сектора. Но так былоне всегда.

В той связи, повышенный интереспривлекает исследование эволюции си-стемы управления безопасностью пи-щевых продуктов, которая началась ещев 60-х годов ХХ века.

В результате исследования, истори-

ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Малыгина В.Д., д-р экон. наук, проф.Сусская М.Н., ст. преподавательДонецкий национальныйуниверситет экономики иторговли им. М. Туган-Барановского, Украина

Участник конференции, Национального первенствапо научной аналитикеОткрытого Европейско-Азиатского первенства по научной аналитике

В статье рассматриваются актуальные проблемы обеспечения безопасности пищевойпродукции. Определены четыре ключевых этапа эволюции НАССР, которые отображают ис-торически сложившиеся предпосылки трансформации научных подходов в обеспечении безопасностипищевой продукции.

Ключевые слова: НАССР, система, безопасность, производство, эффективность, исследова-ние.

Actual problems of the alimentary products safety ensuring are examined in the article. Four keystages of the HACCP, which display the historically established preconditions of the transformation ofscientific approaches in ensuring the alimentary products safety.

Keywords: HACCP system, security, production, efficiency, research.

Рис.1. Схема эволюции системы управления безопасности пищевой продукции


ческих, экономических факторов, тех-нологических особенностей и геополи-тической обстановки в мире, которыепрямо и косвенно повлияли на процессформирования системы управления без-опасностью были получены результаты,которые в виде схемы представлены нарисунке 1.

На рисунке 1 продемонстрированычетыре ключевых периода, которые ото-бражают эволюцию подходов в обес-печении безопасности пищевой продук-ции, основу которых составляет НАССР.Историческая перспектива, представлен-ная на рисунке 1 начинается в 60-х годыХХ века. Приведем поэтапную характе-ристику каждого из периодов.

І Базовый период(І. Foundation period).Следует уточнить, что на данном «базо-вом» этапе эволюции ученые США впроцессе создания пищи для астронавтовстолкнулись с проблемой обеспечениябезопасности, вследствие чего и быларазработана концепция НАССР, перво-начально основанная на идеях инженер-ной системы FMEA (анализ видов и по-следствий отказов). Особенностью пер-воначального периода является осознаниебазисных подходов к процессам, спо-собным обеспечить безопасность пище-вой продукции.

ІІ Период формирования комплексногопохода в управлении безопасностью (ІІ.Сomplex period). Важным является за-

мечание о том, что только на второмэтапе эволюции, который начинается с1996 года, концепция НАССР приобрела«окончательный вид», и трансформиро-валась в систему НАССР, основанную всоответствии принципам представленныхна рисунке 2.

Стоит сказать, что второй периодэволюции характеризуется активнойтенденцией внедрения НАССР в про-изводственную практику во всем мире,в том числе и Европейских странах.Наглядным примером, подтвержденияэффективности системы НАССР яв-ляется ее «одобрение» международ-ными организациями: Комиссией CodexAlimentarius, ВОЗ а так же Междуна-родной комиссией по микробиологи-ческой спецификации пищевых про-дуктов. Кроме того, система НАССРбыла признана обязательной для внед-рения в отрасль переработки мяса идомашней птицы Управлением по над-зору за качеством продуктов питанияи медикаментов (FDA) [5], а в Канадевнедрение и применение системы с2001 года является обязательным об-стоятельством в пищевой промышлен-ности.

ІІІ Период интеграции (ІІІ. Periodof integration. Как было указано в схемерисунка 1 причинно-следственным об-стоятельством для перехода от второгопериода эволюции к третьему является

разработка серии международных стан-дартов ISO 22000 – комплекса, спо-собного к интеграции в структуру ISO9000, 14 000, SA 8000 и др., формируяинтегрированные систему управлениядля производственных предприятийпищевой промышленности. Выявлено,что основной целью серии стандартовISO 22000 является внедрения прин-ципа, который получил девиз «от фер-мы (поля) к столу». Другими словами,для каждого участника непосредствен-но или опосредованно принимающихучастие в пищевой цепи, открываетсявозможность создания системы управ-ления безопасностью, например, дляпроизводителей кормов и/или ингре-диентов, предприятий оптовой и роз-ничной торговли, производителей ипоставщиков оборудования для пище-вой промышленности и др, и дажевнедрения интегрированных системуправления.

Называя характерные особенноститретьего периода эволюции необходимосказать, что помимо международныхстандартов серии ISO 22000 системаНАССР нашла свое отображение вряде стандартов, которые применяютв отдельных странах и регионах или вотдельных звеньях пищевой цепи.

В качестве примера, назовем наи-более употребляемые стандарты: BritishRetail Consortium Global Standard –британский стандарт ассоциации роз-ничных торговцев; International FoodStandard – международный стандартрозничных торговцев; Dutch HACCP– голландский стандарт системыНАССР; FSSC 22000:2010 – стандартдля производителей отдельных кате-горий пищевых продуктов, объеди-няющий требования ISO 22000 и PAS220:2008, внедренный объединениемспециалистов по пищевой безопасностиGlobal Food Safety Initiative.

ІV Инновационный период (ІV. Рe-riod of innovative). Результаты данногоисследования выявили, что процессыразработки и внедрения системы управ-ления безопасностью пищевых про-дуктов на предприятии – длительныйи трудоемкий процесс, который затра-гивает все службы и персонал, и неограничиваются только разработкойдокументации и усовершенствованиемсанитарных условий производства, чтоиллюзорно может показаться на первый

41

Рис.2 Принципы НАССР


42

взгляд. Следует обратить внимание,что для внедрения эффективной си-стемы управления безопасностью пи-щевых продуктов необходимо, преждевсего, обучение наивысшего руковод-ства, группы НАССР, персонала, вы-полняющего работы, влияющие на без-опасность продуктов и сотрудников,ответственных за осуществление опе-ративного контроля. Вместе с тем, сле-дует отметить, что ISO 22000:2005имеет обобщенный характер для про-изводства всех групп пищевой про-дукции, и требует специальной адап-тации для каждого производства. Дан-ные обстоятельства значительным об-разом усложняют массовое распро-странение принципов НАССР.

В этой связи была разработанаинновационная модель системыуправлению безопасностью «НАССР– бройлерное производство», котораяявляется специально адоптированнойк технологическим особенностямпроизводства мяса бройлеров. По-явление данной авторской разработки[4] непрерывно связано с возникно-вением четвертого периода эволюции.Структуру модели «НАССР – брой-лерное производство» демонстрируетрисунок 3. Авторская модель системысформирована и представлена длявнедрения в практику птицеперера-батывающих предприятий в видекомплекса модельных документов ирекомендаций для оптимизации ра-боты по проектированию бройлер-ного производства или его рекон-струкции.

Стоит отметить, что инновацион-ный характер авторской разработкидостигается синтезом научной и прак-тической сфер деятельности.

Подводя итоги в обсуждении чет-вертого периода хочется отметить,что внедрение инновации моделипозволяет предприятию значительноснизить себестоимость процессовразработки и внедрения системыуправления безопасностью. Так жеобозначим, что предлагаемая разра-ботка способствует увеличению объе-ма реализации за счет положитель-ных следствий, определенных такимифакторами: 1) уменьшение производ-ственных рисков; 2) экономия затратсвязанных с разработкой и внедре-нием системы; 3) увеличение при-

были за счет уменьшения доли некачественной и опасной для здоровьяпродукции; 4) преобразования про-дукции в бренд.

Важно отметить, что в процессе внед-рения системы изменяется психологиясотрудников, приходит осознание важ-ности вопросов, формируется пониманиетого, каким должно быть современноепредприятии для достижения максималь-ной результативности в обеспечении без-опасности пищевых продуктов.

В результате исследования эво-люции системы управления безопас-ностью пищевой продукции, опре-делены основные четыре периода:базовый, период формирования ком-плексного похода в управлении без-опасностью, период интеграции иинновационный период, которыебыли сформированы в условияхтрансформации концепции НАССР.

Подводя итоги исследования, ска-жем, что актуальной проблемой обес-печения безопасности пищевой про-дукции является разработка и научноеобоснование модельных системуправления безопасностью пищевойпродукции, обладающих инновацион-ными признаками и способствующихпроцессу оптимизации производ-ственных условий, а вместе влияю-

щих на процесс формирования рынкабезопасной продукции для здоровьянации.

Литература:1. Баль-Прилипко, Л. В. К вопросу о

производстве и создании здоровых, эко-логически чистых мясных продуктов /Л. В. Баль-Прилипко,В. И. Задорожный,Л.В. Онищенко // Мясной бизнес. – 2006.– № 8. – C. –36–37.

2. Директива Европейского союза93/43 О гигиенических требованиях кпищевым продуктам. // Официальноеиздание. - принята 14 июня 1993Неба-луева Л. А. Система менеджмента без-опасности: технология разработки / Л.А. Небалуева // Методы менеджментакачества. – 2005. – №8. – С. 23-25.

3. Мунтавилов СИ.,Васюков М.СХАССП и система менеджмента качества:единство или альтернатива? // Стандартыи качество. - 2005. -№12, с. 40-41

4. Свідоцтво про реєстрацію авторсь-кого права.Модель системи управліннябез-печністю «ХАССП-бройлерне ви-робництво» №45315;заяв.26.06.2012;опубл. 27.08.2012.

5. Generic HACCP Model for Meatand PoultryProducts with SecondaryIn-hibitors, not shelf stable – Режим доступа:http://www.fsis.usda.gov/index.htm.

Рис.3. Структура модели «ХАССП – бройлерное производство»


Важной задачей совершенствованияконструкции лесопильных агрегатов

и инструмента является обоснованныйвыбор режимных параметров переработкибрёвен и брусьев при продольном ци-линдрическом фрезеровании с учётомпараметров обрабатываемого сырья, егофизико-механических свойств, требова-ний к качеству продукции. Исходя изэтого, определяются режимы переработки,включая кинематические параметры ре-зания (скорости резания V и подачи U),взаимное расположение инструмента ипредмета переработки (кинематическиеуглы встречи Q – углы между векторамискоростей резания и подачи), параметрыконструкции фрез. К этим параметрамотносятся: диаметры (радиусы) резанияD (R); рабочая ширина фрез hp; уголрезания в основной секущей плоскостифрезы (в плоскости движения, перпен-дикулярной оси вращения фрезы) δс;угол разворота главной режущей кромкирезца относительно оси вращения фрезыλ и некоторые другие (углы заострениякромок, уголы резания боковых кромкирезца и т. д.).

Для получения качественных пи-ломатериалов на лесопильных агрега-тах особенно тонких боковых досок,разнотолщинность которых не должнапревышать ±1мм, очень важным яв-ляется исключение ненормированнойподачи обрабатываемого материала нафрезы и пиковых значений силы реза-ния, вызывающих в ряде случаев пе-ребазирование бревен и брусьев при

обработке на фрезернопильном обору-довании.

Для исключения ненормирован-ной подачи обрабатываемого мате-риала на фрезы автором предложеныресурсосберегающие торцово-кониче-ские (конические) фрезы (патент РФ№ 1782732 [1]) с литыми профилируе-мыми корпусами.

Переходы корпусов фрез между рез-цами оформлены по криволинейнымповерхностям по спиралиАрхимеда

ρ = R – Uz sin Q Z 1 w, (1)где ρ - текущий радиус-вектор спи-

рали Архимеда, мм;R - радиус резания фрезы в плоскости

движения, мм;Uz - подача на резец фрезы, мм; Q – кинематический угол встречи,

град, w - текущий угол поворота фрезы,

град;Z 1 - число резцов в одном ряду.Указанное техническое решение по

зависимости (1) целесообразно исполь-зовать и в конструкции цилиндрическихфрез лесопильных агрегатов. Оно ис-ключит надёргивание перерабатываемогоматериала на инструмент при большихпиковых силах резания (например, пе-реработка мёрзлой древесины), снизитнеравномерность силы резания при работеинструмента, что положительным образомскажется на качестве пиломатериалов итехнологической щепы.

Для обеспечения требуемой стан-

дартом шероховатости пиломатериалов,вырабатываемых на лесопильных агре-гатах, они оснащаются трёхкромочнымирезцами (с главной режущей кромкойпараллельной оси вращения фрезы идвумя боковыми кромками, находящи-мися в плоскости движения фрезы), фор-мирующими поверхности пиломатериа-лов. При применении прорезных ци-линдрических фрез, формирующих пла-сти брусьев (для выработки пиломате-риалов по ГОСТ 26002-83Э), их целе-сообразно оснащать специальными про-резными или зачистными пильными дис-ками по патенту РФ № 1159777 [2].

Инструмент в этом случае стано-вится комбинированным. Пильные дис-ки, установленные на торцах фрез вотличие от обычных круглых пил, уста-новленных в делительных узлах ФПО,работают в условиях не закрытого, аполузакрытого (менее энергозатратно-го) резания. Кроме этого значительноповышается их устойчивость за счеткрепления пильных дисков к корпусуфрезы. Поэтому снимаются ограниче-ние по выбору кинематических пара-метров инструмента (скоростей U иV) по условию устойчивости пил.Остаются лишь ограничения на ско-рость подачи по условию работоспо-собности пил, допустимого уровня ше-роховатости поверхности пиломате-риалов и установленной мощностиэлектродвигателя механизма резания,которые рассчитываются, например,согласно методическим положениям

43

УДК 674 .055: 621.914.2

АНАЛИЗ РЕЖИМОВ ПРОДОЛЬНОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГОФРЕЗЕРОВАНИЯ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ

ЛЕСОПИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

Таратин В.В., канд. техн. наук, доцентСеверный (Арктический)федеральный университетимени М. В. Ломоносова, Россия

Участник конференцииНационального первенства по научной аналитикеОткрытого Европейско-Азиатского первенства по научной аналитике

Получены аналитические зависимости и выполнена оценка влияния режимных параметровна фактические и номинальные динамические углы резания лесопильных агрегатов, атакже на угол среза технологической щепы. Выполнена оценка влияния режимныхпараметров на качество продукции.

Ключевые слова: лесопильные агрегаты, цилиндрические фрезы, углы резания, уголсреза технологической щепы.

Analytical relations allowing to estimate the character of condition parameters on the actualand data-sheet dynamic cutting angles sawmill aggregates (Chip-N-Saw) machine, as well as onangle of the cut wood chips has been obtained. The influence of condition parameters on qualityproduct of sawmill aggregates machine has been obtained.

Keywords: sawmill aggregates, cylindrical milling cutters, cutting angles, angle of the cutwood chips.


44

Ю.М. Стахиева [3].Геометрические параметры техно-

логической щепы для ЦБП: длинащепы lщ, угол среза щепы φщ, а такжеее однородность по размерам (фрак-ционный состав) регламентируютсяГОСТ 15815-83 «Щепа технологиче-ская. Технические условия».

Длина щепы lщ, мм, определяетсяпо зависимости

lщ = Uz = 103 U n Z1, (2)где n - частота вращения фрез,

мин -1 . Однородность щепы зависит от по-

стоянства ее длины lщ, толщины tщ иширины bщ.

Параметры tщ, bщ зависят от физи-ко-механических свойств древесины, ско-ростей V и U, углов Q, δс, λ, толщиныснимаемого слоя, угловых параметровпроцесса резания, состояния режущихкромок резцов и т.д., поэтому их значенияопределяются эмпирическим путем настадии лабораторных исследований ииспытаний опытных образцов инстру-мента и оборудования [9].

Угол среза щепы для ЦБП φщ постандарту должен быть от 30 до 60˚ изависит от конструктивных параметровδс, λ, Q [4]. Угол φщ - это угол междунаправляющим вектором C, совпадаю-щим с направлением волокон древесины

(рис. 1), и его проекцией на срез щепы(в качестве допущения за срез щепыпринимали плоскость). Следовательно,по расчетной схеме угол φщ определяличерез угол между нормалью к плоскостирезания (плоскость среза щепы) N ивектором C, который равен 90 ˚ - φщ.

Важной задачей совершенствованияконструкции цилиндрических фрез ле-сопильных агрегатов является обосно-ванный выбор их угловых параметров ирациональных значений углов резаниярезцов фрез в плоскостях нормальных крежущим кромкам с учётом траекторииотносительного движения резца в обра-батываемом материале. Такие углы ре-

xУ

Z

a

срN

f

с

гpNb

l λ°90

°90°90

°90

°90

сδ

θ U

V

n'dd'

δнф

δн

ϕд

У’(X’)

Z’

щϕ−°90

30

40

60

40 50 0

15

.. , градδc

Лλ,град

50

δ δн нф, ,град

- 2

- 1

504015

25

41

43

45

47

U, м/мин

V,м/с

- 1

- 2- 3

δнф,град

60 130 U,м/мин30

60

V,м/с

-4-5

- 6

0

20

40

ϕщ,

град

15 λ, град15

Q,град

45

60

ϕщ = 30°

ϕщ = 60°

40 50 δс, град

- 1- 2

Рис.1. Расчётная схема для определения зависимостей δнф,δн, φщ от параметров U , V, Q, δс, λ .

Рис.2. Зависимости δнф и δн от δс и λ при U = 50м/мин, V = 25 м/с: 1 - δнф от U, V, Q, δс , λ; 2 - δн от δс, λ.

Рис.3. Зависимости δнф от U и V при δс = 45°, Q= 40°: 1 - λ = 0º, 40 ≤ U ≤ 60 (м/мин), 15 ≤ V ≤ 35 (м/с); 2- λ =0º, 60 ≤ U ≤ 200 (м/мин), 30 ≤ V ≤ 90 (м/с); 3 - λ = 15º, 40 ≤ U

≤ 60 (м/мин), 15 ≤ V ≤ 35 (м/с); 4 - λ = 15º, 60 ≤ U ≤ 200(м/мин), 30 ≤ V ≤ 90 (м/с); 5 - λ = 30º, 40 ≤ U ≤ 60 (м/мин), 15

≤ V ≤ 35 (м/с); 6 - λ = 30º, 60 ≤ U ≤ 200 (м/мин), 30 ≤ V ≤ 90 (м/с).

Рис.4. Зависимости угла среза щепы φщ от параметров: 1-φщ от δс и Q при λ = 15º; 2 - φщ от λ и Q при δс = 50º.


зания в плоскостях нормальных к режу-щим кромкам, определяют направлениенормальных давлений [5]. Они служатфакторами, влияющими на показателистойкости инструмента в зависимостиот выбранных углов заострения резцов,а также на показатели качества обраба-тываемой поверхности бревна или брусаи на степень деформации торцовых кро-мок срезаемой щепы в зависимости отзадних углов резцов.

Методические положения по опре-делению зависимости номинальногодинамического δн, и фактического ди-намического δнф углов резания соответ-ственно от параметров угла резания восновной секущей плоскости δс, угларазворота лезвия относительно оси вра-щения фрезы λ и от U, V, Q, δс, λ былирассмотрены ранее [6].

Представим математически методикуопределения зависимости угла срезащепы φщ от параметров δс, λ, Q.

Координаты нормали к плоскостирезания в статике (плоскости среза щепы)Ncp с учётом преобразования координатвекторов и из вспомогательной системы- X’Y’Z’ в основную систему координатXYZ:

Зависимость угла среза щепы φщ откоординат Ncp :

φщ = arcsin [Вcр (Acр2+ Вcр2+Сcр2

)-0.5]. После Ncp подстановки коорди-

нат{Acр,, Вcр,, Сcр } и математиче-ских преобразований в окончательномвиде зависимость φщ от δс, λ, Q пред-

ставлена следующим выражением:φщ = arcsin<sinQ(cos λ - sinλ)

{[ sinQsinλ cos(Q + δс) - cosQsinλ sin(Q + δс)]2 +

(cos λ - sinλ)2}-0.5>. (3) Результаты определения углов ре-

зания δн, и δнф соответственно от па-раметров δс, λ и от U, V, Q, δс, и угласреза щепы φщ от параметров δс, λ, Qпо зависимости (3) представлены нарис. 2 - 4. В качестве центральных играничных значений диапазонов изме-нения углов δс и Q, а для диапазоновV и U соответственно 15 ≤ V ≤ 30(м/с) и 40 ≤ U ≤ 60 (м/мин) взяты ре-комендуемые значения этих парамет-ров [7-12]. Для параметров V и U(рис. 3) соответственно диапазоны 30≤ V ≤ 90 (м/с) и 60 ≤ U ≤ 200 (м/мин)приняты исходя из возможных по тех-ническим характеристикам значенийбез учёта качественных показателейпродукции. Центральное значениеугла λ принято равным 15º, что соот-ветствует рекомендуемой величинеугла для формирования цилиндриче-скими фрезами ступенчатого двух-кантного бруса и его горизонтальнойповерхности. Граничное значение λ =30º соответствует рекомендуемомузначению угла для формирования бо-ковых пластей четырёхкантного бруса[4,111].

Увеличение угла резания в основ-ной секущей плоскости δс и угла раз-ворота главной режущей кромки резцаλ (рис. 2) ведёт к возрастанию номи-нального и фактического динамиче-ских углов резания δн и δнф. Этизависимости носят линейный характерпри δс = 50º, 60º и увеличении угла λв диапазоне 0...30º или при δс = 40º -слегка выраженный криволинейныйхарактер. Наибольшее влияние на δн иδнф оказывает угол δc. Так в диапа-зоне δc от 40º до 60º при λ = 0º уголδн увеличивается на 50,0 %, при λ =30º - на 44,1 %. Влияние угла λ на δни δнф несколько меньше, чем угла δc,но также значительное. В диапазоне λот 0º до 30º при δc = 40º угол δн уве-личивается на 10,3 %, а при δc = 60º -на 5,67 %.

Изменение режимных параметровпроцесса фрезерования – скоростейподачи U и резания V, а также кине-матического угла встречи Q не стользначительно сказывается на фактиче-

ском динамическом угле резания δнф,как δc, λ на δн и δнф (рис. 3). При по-стоянных значениях δc = 45º, λ = 0ºэто влияние характеризуется следую-щим образом. В диапазоне U от 40 до60 м/мин при V = 15 м/с (рис. 3, зави-симости 1, 3, 5) угол δнф уменьшаетсяна 1,84 %, а при V = 35 м/с - на 0,90%. В диапазоне V от 15 до 35 м/с приU = 40 м/мин угол δнф увеличива-ется на 2,07 %, а при U = 60 м/мин -на 3,05 %. В диапазонах U от 60 до200 м/мин и V от 30 до 90 м/с (рис.3.зависимости 2, 4, 6) характер зависи-мостей существенно не меняется, уголδнф изменяется в пределах 2 – 4 %.

Приведенные результаты расчетови анализ конструкций цилиндриче-ских фрез показывают, что углы за-острения резцов фрез не должныпревышать 38 - 40º, чтобы избежатьотрицательного влияния на процессфрезерования и режущий инструментфактического заднего угла резания, ве-личина которого должна быть неменее 2,5 - 4,0º.

Результаты вычислений по зависи-мости (3) показали (рис. 4), что наи-большее влияние на показатель φщоказывает кинематический уголвстречи Q. В диапазонах углов Q от15˚ до 75˚ этот оценочный показательувеличивается от 3,77 раза при λ = 15˚,до 4,62 раза при λ = 30˚, причем эта за-висимость имеет в основном линей-ный характер, но с увеличением λприобретает слегка выраженный кри-волинейный характер. Углы δс и λ ока-зывают значительно меньшее влияниена φщ, чем кинематический уголвстречи Q. Так, в диапазоне δс от 40˚

до 60˚ угол φщ уменьшается на 2,16% при Q = 15˚ , λ = 15˚ и на 3,35 % приQ = 60˚, λ = 15˚ ; в диапазоне λ от 0˚ до15˚ - на 4,48 %; в диапазоне λ от 15˚ до30˚ при Q = 45˚, δс = 50˚ - на 20,2 %.

Допустимые значения угол φщпринимает в следующих диапазонахQ: от 30˚ до 60˚ при λ = 0˚, δс = 50˚; от35,9˚ до 64,5˚ при λ = 15˚, δс = 50˚; от37,5˚ до 75,0˚ при λ =15˚, δс = 60˚.

Результаты расчётов по формуле(3) полностью соответствуют значе-ниям угла φщ по номограмме [7] на ос-новании опытных замеров углов напласти φп и кромке φк щепы.

Приведённая методика и полученныезависимости позволяют аналитически

45


46

определять влияние режимных парамет-ров: кинематики (скоростей резания иподачи), взаимного расположения ин-струмента и предмета переработки (ки-нематических углов встречи), исходныхугловых параметров резцов цилиндри-ческих фрез на фактические и номи-нальные динамические углы резанияпроцесса продольного цилиндрическогофрезерования лесопильных агрегатов ина угол среза технологической щепы.Эти уравнения могут быть использованыкак составляющие системы зависимостейдля совершенствования фрезерного ин-струмента агрегатного лесопильного обо-рудования, а также нахождения опти-мальных значений его параметров.

Литература: 1. Пат. 1782732 Российская Федера-

ция, МПК4 В27, G13/02, 13/04. Торцо-во-коническая малоножевая фреза [Текст]/ В.В. Таратин, А.П. Тарутин; заявительи патентообладатель Центральный науч.-исслед. ин-т механ. обраб. древ. - №4840963/15; заявл. 23.12.90; опубл.23.12.92, Бюл. № 47. – 47 с.

2. Пат. 1159777 Российская Феде-рация, МПК4 В27, В33/08. Комбини-рованный инструмент [Текст] / В.В.Таратин, А.П. Тарутин, С.А. Маточкин,МП. Авксентьев; заявитель и патен-тообладатель Центральный науч.-ис-след. ин-т механ. обраб. древ. - №3572772/29-15; заявл. 04.04.83; опубл.07.06.85, Бюл. № 21. – 32 с.

3. Стахиев, Ю.М. Работоспособностьплоских круглых пил [Текст] / Ю.М.Стахиев. - М., Лесн. пром-ть, 1989. -384 с. Таратин, В.В. Влияние геометри-ческих параметров фрезерного инстру-мента агрегатного оборудования на ве-личину угла среза технологической щепы[Текст] / В.В. Таратин // Лесн. журн. –1997. – № 3. – С. 64-69. ( Изв. высш.учеб. заведений).

4. Таратин, В.В. Влияние геометри-ческих параметров фрезерного инстру-мента агрегатного оборудования на ве-личину угла среза технологической щепы[Текст] / В.В. Таратин // Лесн. журн. –1997. – № 3. – С. 64-69. ( Изв. высш.учеб. заведений).

5. Грубе, А.Э. Дереворежушиеинструменты [Текст] / А.Э. Грубе. -М.: Лесная промышленность, 1971.- 3344 с.

6. Таратин В.В. Определение ки-нематических и ряда других пара-метров на фактические углы резанияцилиндрических фрез лесопильныхагрегатов / В.В. Таратин // Space andtime – coordinate system of humandevelopment: Materials digest of theVIII International Research and PracticeConference (Kiev, London, August 25– September 1, 2011). Technical, phy-sical and mathematical sciences / All– Ukrainian Academic Union of spe-cialists for professional assessment ofscientific research and pedagogical activity/ InPress. London, 2011. – P. 46-

50.7. Боровиков, Е.М. Лесопиление на

агрегатном оборудовании [Текст] / Е.М.Боровиков, Л.А. Фефилов, В.В., Шеста-ков. - М.: Лесная промышленность, 1985.- 216 с.

8. Таратин, В.В. Лесопильные агре-гаты: современное состояние и тенденцииих совершенствования [Текст] / В.В. Та-ратин // Деревообраб. пром-сть. - 1998. -№1. - С. 3-6.

9. Таратин, В.В. Применение систем-ного подхода к исследованию разнотип-ных фрез лесопильных агрегатов [Текст]/ В.В. Таратин // Деревообраб. пром-сть.- 1998. - №6. - С. 9-12.

10. Таратин, В.В. Определение фак-тических углов резания торцово-кони-ческих фрез агрегатного лесопильногооборудования [Текст] / В.В. Таратин //Лесн. журн. – 1995. – № 2-3. – С. 78-83. (Изв. высш. учеб. заведений).

11. Елькин, В.П. Повышение эффек-тивности фрезернопильного оборудова-ния на основе разработки конструкцийцилиндрических фрез для получениятехнологической щепы [Текст]: автореф.дис. … канд. техн. наук / В.П. Елькин, -Л., 1989. – 17 с.

12. Таратин, В.В. Обоснование ско-рости подачи фрезернопильного обору-дования с учётом энергозатрат выработкипродукции [Текст] / В.В. Таратин // НаукаСеверному региону: Сб. науч. тр. АГТУ,вып. 62 – Архангельск, АГТУ, 2005, С.158 – 161.


Внаш век, несмотря на разнообразиеимеющихся материалов и появление

новых, металлы и металлические сплавы,в частности, сталь, продолжают оста-ваться основным конструкционным ма-териалом, возможности которого реали-зованы еще не в полной мере. При этомв ряде промышленно развитых странметаллургия является базовой отрасльюэкономики. В частности, в Украине вкладметаллургии в ВВП составляет примерно1/3 и 1/4 – валютных поступлений вбюджет страны. Суть основной проблемы,решаемой сегодня мировой металлургией,состоит в поиске инновационных эко-логически безопасных, энерго- и ресур-сосберегающих технологий производстваконкурентоспособной металлопродукции.Существенное истощение повсеместнозапасов природных ископаемых, требуетбережного отношения к природным ре-сурсам и поиска альтернативной их за-мены при одновременном удовлетворениипостоянно ужесточающихся требованийсо стороны металопотребляющих отрас-лей промышленности, техники и пр. куровню физико-механических и эксплуа-тационных свойств металлопродукции.

Одним из эффективных путей ре-шения рассматриваемой проблемы яв-ляется разработка технологий и про-изводство композиционных металлоиз-делий и, в частности, наноструктуриро-

ванных и биметаллических. Такой подходпозволяет получить металлопродукциюс принципиально новым уровнем тре-буемых свойств, недостижимых в обыч-ных металлических материалах, или тре-бующих существенных затрат дорого-стоящих компонентов. Для производствакомпозитной биметаллической продук-ции, рассчитанной на массового потре-бителя, целесообразно использовать тех-нологию получения слоистых заготовокв процессе непрерывного литья. Намирассмотрен вариант получения стале-медных заготовок, представляющих собоймедную наноструктурированную матрицу,армированную по центру стальной встав-кой, что обеспечивает, одновременно,повышение износостойкости и конструк-тивной прочности композита [1].

В условиях отсутствия собственныхразработок меди на Украине, периоди-ческом дефиците и постоянно растущейцене на нее на мировом рынке, а такжеросте потребности в медной продукцииособую актуальность приобретает пере-работка вторичных медных отходов. Од-ним из возможных вариантов решенияпроблемы увеличения объема производ-ства высокопрочных медных заготовок,по размерам, близким к размерам готовыхизделий, является их получение в про-цессе непрерывной или полунепрерывнойразливки меди. Хорошо известно, что

широкое и повсеместное использованиемеди в различных отраслях промыш-ленности и техники во всем мире об-условлено, прежде всего, ее высокойэлектро- и теплопроводностью. Однаконизкие прочностные характеристики непозволяют использовать этот металл вусловиях высоких динамических нагру-зок. Области применения этого, практи-чески незаменимого, металла можнозначительно расширить, повысив проч-ностные свойства меди. Применяемыеобычно методы упрочнения меди либопрактически исчерпали свои возможности(термоупрочение, легирование), либо (ар-мирование) ведут к потери ее электро-проводности. Для избежания этого не-гативного явления нами предпринята по-пытка наноструктурирования меди в про-цессе воздействия наночастиц тугоплав-ких соединений на ее расплав.

Создание и отработка технологииполучения принципиально нового видаметаллопродукции, начиная со стадиивыплавки и разливки металла, в частно-сти, отработка параметров технологииполучения медных и сталемедных не-прерывнолитых заготовок в реальныхусловиях производства, связаны с боль-шими материальными и фининсовымизатратами и усложняется «работой» свысокотемпературными и непрозрачнымирасплавами металлов. В данной ситуации

47

УДК 621.763: 621.74.047

ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И СРЕДСТВ СОВРЕМЕННОЙ

ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ ПРИ СОЗДАНИИ ИННОВАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА НАНО-СТРУКТУРИРОВАННОЙ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ

Титова Е.С., ведущий инженерИнститут черной метал-лургии Национальной академиинаук Украины, УкраинаТитова Т.М., канд. техн. наук, доцентДнепродзержинский государственный техниче-ский университет, Украина

Участник конференцииНационального первенства по научной аналитикеОткрытого Европейско-Азиат-ского первенства по научной аналитике

Представлены результаты оптимизации технологических параметров непрерывнойразливки, полученные на основании изучения теплофизических процессов затвердеваниянепрерывнолитой биметаллической сталемедной заготовки с использованием матема-тического моделирования. Для оценки эффективности воздействия наночастиц намикроструктуру литых биметаллов привлечены средства современной электронноймикроскопии.

Ключевые слова: математическое моделирование, электронная микроскопии, за-твердевание, наночастицы, микроструктура.

The results of optimization of process parameters of continuous casting, obtained on thebasis of studies of thermal solidification processes of continuously steel-copper bimetallicbillets using mathematical modeling are submitted. Tools of modern electron microscopyinvolved to assess the effectiveness of the impact of nanoparticles on the microstructure ofcast composite metals.

Keywords: mathematical modeling, electronic microscopy, solidification, nanoparticles,microstructure.


48

целесообразно прибегнуть к математи-ческому моделированию, как наиболееэффективному и рациональному приемурешения такого рода задач.

Анализ современных публикаций непозволил выявить наличие математиче-ских моделей описания процесса затвер-девания сталемедной заготовки, полу-чаемой в процессе взаимодействии рас-плава меди со стальной вставкой. По-ставленная в работе цель, состоящая вопределении особенностей влияния теп-лофизических параметров литья на про-цесс затвердевания сталемедной заготовкив кристаллизаторе для оптимизации па-раметров разрабатываемой технологии,достигается посредством создания со-отвествующей базовой математическоймодели, описывающей теплофизическиепроцессы, происходящие в водоохлаж-даемом кристаллизаторе с учетом кри-сталлизации и плавления заготовки. Ма-тематическая модель включает уравнения

передачи теплоты для медного расплава,стальной вставки, внутренней и внешнеймедной стенки кристаллизатора с соот-ветствующими краевыми условиями. Уч-тен также тепловой поток, отведенныйот стенки кристаллизатора к воде, а такжевозможные наплавка слоя меди на сталь-ную вставку и подплавление меднойоболочки. Для описания перемещенияфронта кристаллизации в формирую-щейся заготовке введен эффективныйкоэффициент теплопроводности в двух-фазной среде, учитывающий механизммассопереноса тепла по длине заготовки[2]. При этом исходили из предположения,что ввод в медный расплав незначитель-ного количества (тысячные доли %) мел-кодисперсных частиц тугоплавких со-единений нанометрового диапазона неокажет существенного влияния на тем-пературу и скорость вытягивания затвер-девающей заготовки.

Численные и графические расчеты,

выполненные по программе реализацииматематической модели, позволили опре-делить параметры технологического про-цесса и условия управления процессомобразования затвердевающей корочкипосредством изменения скорости вытя-гивания заготовки, а также, зная необхо-димую минимальную толщину корочки,определить максимальную скорость вы-тягивания, при которой невозможен про-рыв оболочки заготовки. Изменение жетемпературных параметров литья, режимаохлаждения и скорости вытягивания за-готовки позволяет управлять процессамипродвижения фронта кристаллизации итемпературой заготовки на выходе изкристаллизатора, которые могут оказыватьзначительной воздействие на качествополучаемой заготовки. В качестве при-мера на рис. 1 показано определение оп-тимальной скорости вытягивания ста-лемедной заготовки (Vвыт.) при изме-нении расхода воды (G) – (верхние ко-

Рис. 1. Изменение параметров разливки и затвердевания сталемедной заготовки.


лонки) и температуры нагрева стальнойвставки (Твст.) – (нижние колонки). Раз-работанная модель может быть исполь-зована для математического моделиро-вания параметров технологий, предусмат-ривающих формирование в кристалли-заторе непрерывнолитой заготовки издругих металлов или их композиций.

Ввиду отсутствия общепризнаннойтеории модифицирования, нанострук-турирования и направленного измене-ния структуры металлов и сплавов спомощью ультрадисперсных добавокособую актуальность представляет де-тальное исследование микроструктурыметаллических композитов с предва-рительно введенными в них наноча-стицами, исследование которых сталовозможным только благодаря появле-нию современных средств электронноймикроскопии. Это, несомненно, поз-волит подвинуться по пути разработкитеоретических основ наноструктури-рования высокотемпературных метал-лических расплавов и понимания ме-ханизма воздействия наночастиц наих микроструктуру в процессе затвер-девания, что представляет значитель-ный научный и практический интерес,прежде всего, для грамотного и целе-направленно эффективного использо-вания таких высокоактивных реагентовв металлургии.

При исследовании полученных ли-тых сталемедных заготовок с введен-ными наночастицами различных ту-гоплавких соединений преследовали,прежде всего, цель определения эф-фективности воздействия последнихна микроструктуру меди. При этомоценочной характеристикой являласьстепень дисперсности микроструктурымеди. С помощью средств современнойэлектронной микроскопии: растровогоэлектронного микроскопа Ultra plusфирмы Carl Zeiss, японского микро-анализатора нового поколения фирмыJeol, а также микрорентгеноспектраль-ного анализа (Camebax) уточнен состави морфология вводимых ультрадис-персных частиц, полученных плазмо-химическим синтезом. (Рис. 2 иллю-стрирует морфологию и размер вво-димых наночастиц).

В ходе проведенного металлографи-ческого исследования обнаружено су-щественное измельчение микроструктурымеди (в 5-10 раз) под действием наноча-стиц меди, карбидов кремния, бора икарбонитридов титана (рис. 3).

Результаты микрорентгеноспектраль-ного анализа и замеры микротвердостизоны контакта слоев сталемедного ком-позита свидетельствуют о ее прочностии надежности.

Ввод в медный расплав наночастиц,

обеспечивающих получение однородноймелкодисперсной микроструктуры вовсем объеме подвергнутого воздействиюслитка (заготовки), может быть суще-ственным резервом повышения качестваметаллопродукции.

Изучение теплофизических про-цессов затвердевания и микрострук-туры биметаллических заготовок с на-ноструктурированным поверхностнымслоем с помощью математического мо-делирования и средств современнойэлектронной микроскопии обеспечи-вают активное воздействие на процесскристаллизации непрерывного слитканепосредственно по ходу разливки сгарантированной возможностью управ-ления процессом структурообразованияформирующихся композитных непре-рывнолитых заготовок. Выполненныеисследования показали, что получениекачественно нового состояния тради-ционно используемой меди на основеформирования и самоорганизацииупрочняющих наноструктур представ-ляет важнейший компонент повышенияконкурентоспособности медных изде-лий на мировом рынке.

Литература:1. Титова Е.С., Титова Т.М. Концепция

технологии получения литых нанострук-турированных сталемедных композитови ее поэтапная реализация / Металлур-гическая и горнорудная промышленность.– 2010. – №7. – С. 184-186.

2. Титова Е.С. Математическое мо-делирование процесса затвердеваниямедных и сталемедных заготовок принепрерывном литье / Е.С. Титова Е.С,А.Н. Сокол, Т.М. Титова [и др.] / Про-гресивні технологii i системи машино-будування: Мiжнародний зб. науковихпраць. – Донецьк: ДонНТУ, 2011. - Вип.42.– 324с. – С.274 – 278.

49

Рис. 2. Общий вид и размер ультрадисперсных частиц TiCN (а – увел. 20 000) и наночастиц меди (б – увел. 200 000);состав наночастиц меди (в).

Рис. 3. Микроструктура меди без присадок наночастиц (а) и наноструктурированной наночастицами меди (б).


50

ВРоссии на пылеугольных тепловыхэлектростанциях для растопки кот-

лов, подсветки факела и стабилизациивыхода жидкого шлака ежегодно расхо-дуется более 5 млн. тонн мазута, ценакоторого непрерывно растет и составляетсейчас более десяти тысяч рублей затонну. В связи с этим становится оче-видным актуальность замены мазута прирастопке и подсветке факела топочныхкамер котельных агрегатов ТЭС деше-выми углями Канско-Ачинского бассейна,стоимость которых в 20-25 раз нижестоимости жидкого топлива – мазута.

На кафедре «Тепловые электрическиестанции» Политехнического институтаСибирского федерального университетасотрудниками лаборатории «Термическаяподготовка углей» усовершенствованатехнология сжигания канско-ачинскихуглей (КАУ) с использованием универ-сальных горелочных устройств, пол-ностью исключающих сжигание жидкоготоплива. Такие горелочные устройствамогут быть использованы как в режимерастопки и подсветке факела топочныхкамер котлов, так и в качестве основныхгорелок. Разработанная технология сжи-гания КАУ принципиально отличаетсяот системы электрорастопки, испытанной

на ТЭЦ-1 г. Красноярска [1].В данной работе было выполнено

трехмерное аэродинамическое модели-рование с целью уточнения конструкции

горелочного устройства и численное ис-следование процесса термической под-готовки потока угольной пыли высокойконцентрации (ПВК) в муфельной части

УДК 662.933.12 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГОРЕЛОЧНЫХ

УСТРОЙСТВ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВ-КОЙ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ

Дубровский В.А., д-р техн. наук, доцент Третяк Н.В., аспирантЧернецкий М.Ю., канд. техн. наук, преподавательСибирский федеральныйуниверситет, Россия

Участники конференции,Национального первенства по научной аналитике

Работа посвящена исследованию горелочного устройства с предварительной тер-мической подготовкой потока угольной пыли, предназначенного для сжигания бурыхуглей Канско-Ачинского бассейна на тепловых электростанциях (ТЭС). Выполнено чис-ленное моделирование муфельной части горелочного устройства с целью уточненияконструкции и определения необходимых режимов работы исследуемого объекта.

Ключевые слова: численное моделирование, энергосбережение, горелочное устройство,термическая подготовка угля, сжигание угля, математическая модель.

Now the problem of replacement of masut is actual at a kindling and illumination of a jetof furnace of boiler by cheap coals of Kansko-Achinsk basin, which cost more than 10 timesless cost of liquid fuel - masut. Work is survey research burners with preliminary thermal pre-treatment of a stream of the pulverized coal intended for burning of brown coals of Kansko-Achinsk basin on thermal power plant. Numerical modelling muffle parts burner for thepurpose of specification of a design and definition of necessary operating regime ofinvestigated object is executed. The finding will allow to generate further practical recom-mendations about creation high–economical energy-efficient universal burners.

Keywords: numerical simulation, energy-saving, burner, coal gasification, coal burning,mathematical model.

Рис. 1 Эскиз всережимного горелочного устройства


горелочного устройства для установлениядиапазона значений коэффициента из-бытка воздуха, когда обеспечивается глу-бокая термическая подготовка топливаи его устойчивое воспламенение.

Всережимное горелочное устройство,эскиз которого представлен на рис.1,предназначено для сжигания высокоре-акционных углей с предварительной тер-мической подготовкой потока угольногопыли высокой концентрации (ПВК) вего муфельной части [2].

Горелочное устройство состоит измуфельной части горелки 1 диаметром600×8 мм и короба подачи вторичноговоздуха 2. Подача угольной пыли осу-ществляется по пылепроводу 3 диметром89×3 мм, который входит в муфельнуючасть по оси горелки. Регулированиерасхода ПВК осуществляется пылепи-тателем, оборудованном двигателем счастотным приводом. Число оборотовлопастного питателя пыли (ППЛ-5) из-меняется от 150 до 1500 об/мин, что со-ответствует расходам пыли от 0,139 до1,39 кг/с. Первичный воздух подаётсятангенциально через воздухопроводы 4диметром 89×3 мм, расположенные наторцевой стенке горелочного устройства.По трубопроводу 5 диаметром 219×5 ммсоосно пылепроводу 3 поступает воздухот короба вторичного воздуха 2. Для ре-гулирования расхода первичного воздухапредусмотрена установка запорно-регу-лирующей аппаратуры, что позволяетварьировать значение коэффициента из-бытка воздуха, изменяя глубину гази-фикации потока угольной пыли.

В начальный период работы горелкиразогрев стенки муфельной части про-изводится системой электронагрева 6 дотемператур 600–700˚С.

По нашему мнению за счет излученияот стенок муфеля частично происходитпрогрев потока пыли высокой концент-рации и выход летучих веществ из угляпри коэффициенте избытка воздуха значи-тельно меньших единицы с образованиемсмеси горючих газов и коксовых частиц.

Температура в пространстве муфелядолжна поддерживаться в пределах 800-1000˚С, чтобы обеспечить устойчивоевоспламенение пылегазового потока навыходе из горелочного устройства присмешении со вторичным воздухом ипредотвратить шлакование муфельнойчасти.

Для описания гидродинамики, теп-

лообмена и горения угольной пыли ис-пользовалась математическая модель,реализованная в пакете программ Sig-maFlow и SigmaFlame [3].

В качестве математической моделидля описания течения в муфельной частигорелочного устройства была принятамодель неизотермического несжимаемогомногокомпонентного газа. В рассматри-ваемой задаче течение газа считаетсяустановившимся, поэтому все уравнениязаписываются в стационарной постановке.Математическая модель включает урав-нение неразрывности, уравнения балансаколичества движения, уравнение переносаконцентрации (массовой доли) i-го ком-понента, уравнение переноса энергии.

Как показывает практика расчетовпроцесса горения в топочной камере,применение k-модели турбулентностипозволяет с достаточной степенью точ-ности получить необходимые турбулент-ные характеристики для потока. В даннойработе используется модифицированнаявысокорейнольдсовая k- модель тур-булентности. Для определения пульса-ционных характеристик течения вблизистенок был использован метод присте-ночных функций. Введение пристеночныхфункций позволяет не детализироватьрасчетную сетку вблизи стенок.

Высокий температурный уровень то-почной среды и поверхностей обуслав-ливает преобладание радиационного теп-лообмена. Решение уравнения переносалучистой энергии базируется на P1 ап-проксимации метода сферических гар-моник. Коэффициенты поглощения газавычисляются по модели суммы серыхгазов.

Расчет горения летучих компоненттоплива основан на использовании гло-бальных необратимых реакций междугорючим и окислителем. Скорость горе-ния i-реагента, в том числе и летучихвеществ, определяется с учетом реак-ционной способности и концентрациигорючего и окислителя, а также скороститурбулентного перемешивания топливаи окислителя. Данная модель представ-ляет комбинацию кинетической моделигорения газовых компонент с моделью«обрыва вихря» (eddy break up model).

Моделирование движения частицпроводится в рамках лагранжева подхода.Учет влияния турбулентности потока надвижение частицы производится введе-нием случайных флуктуаций скорости

газа в уравнение движения. Температураугольной частицы определяется из урав-нения сохранения энергии для частицыс учетом конвективного и радиационноготеплообмена с окружающим газом. Дляописания горения угольной частицы ис-пользуется модель [4], где горение пред-ставляется в виде последовательных ста-дий: выход влаги, выход летучих и горе-ния коксового остатка. А также исполь-зуется ряд эмпирических коэффициентов,позволяющих более точно оценить теп-лообмен и время сгорания угольной ча-стицы.

Для решения уравнений сохранениядля газовой фазы используется широкоизвестный метод контрольного объема,суть которого заключается в разбиениирасчетной области на контрольные объе-мы и интегрировании исходных уравне-ний сохранения по каждому контроль-ному объему для получения конечно-разностных соотношений. Для вычис-ления диффузионных потоков на граняхконтрольного объема используется цент-рально-разностная схема, имеющая вто-рой порядок точности. При аппрокси-мации конвективных членов использо-валась схема второго порядка точности.Для решения полученной системы урав-нений применен метод неполной факто-ризации, в котором факторизованы толькодиагональные члены.

Для осуществления связи поля дав-ления и скорости среды в настоящей ра-боте использовалась SIMPLE-подобнаяпроцедура на совмещенных сетках [5].Устранение осцилляций поля давления,возникающих при использовании совме-щенных переменных осуществляется пу-тем использования подхода Рхи-Чоу, прикотором в уравнение для поправки дав-ления в правую часть вводится моното-низатор [5]. При движении частиц черезконтрольный объем формируется источ-никовый член, через который учитываетсяобмен импульсом и энергией междугазом и дисперсной фазой [6].

РезультатыПроведенные численные исследова-

ния изотермической задачи движенияугольной пыли в объеме муфеля горелкипоказали, что стабильность потока уголь-ной пыли (отсутствие сепарации угольныхчастиц на стенки муфеля) обеспечиваетсяподачей первичного воздуха в танген-циальные патрубки.

Получена и оценена масса сепари-

51


52

рующих частиц угольной пыли в единицувремени на поверхности муфельной частигорелки от угла расположения танген-циального патрубка подачи первичноговоздуха. Рассматривалось изменение углаот 10° до 90° с шагом 10°. Полученныеданные представлены на рисунке 2.

Увеличение угла ввода патрубка тан-генциальной подачи воздуха более 50°приводит к резкому увеличению массысепарирующихся частиц угля в муфеле.При значениях ниже 50° наблюдаетсянезначительное количество сепарирую-щихся угольных частиц, масса их со-ставляет в среднем 3–5% от общего ко-личества, поступающего в горелку топ-

лива. Но в тоже время уменьшение углаввода патрубка менее 40° приводит квозникновению циркуляционных зон вгорелочном устройстве и нестабильностипылевоздушного потока. Это приводитк неравномерному распределению уголь-ных частиц на выходе из муфельнойчасти горелки, и как следствие, к не-устойчивому воспламенению в объеметопочной камеры котла.

Таким образом, наилучший уголввода патрубка тангенциальной подачипервичного воздуха для исследуемогогорелочного устройства находится в пре-делах 40°–50°.

По результатам численного расчета

аэродинамики установлено, что мини-мальные значения расхода первичноговоздуха составляют 300-1000 м3/час впатрубок осевой подачи, и не менее 300м3/час в тангенциальные вводы.

Были проведены расчетные иссле-дования по установлению режимов тер-мической подготовки угольной пыли длярасходов угольной пыли от 150 до 1500об/мин (от 0,139 кг/с до 1,39 кг/с).

По полученным результатам опре-делена зависимость коэффициента из-бытка воздуха от нагрузки пылепитателя,обеспечивающая режим газификациипотока угольной пыли (рис.3, кривая1). Анализ полученных результатов рас-чета показал, что при значениях коэф-фициента избытка воздуха выше кривой1 не наблюдается необходимый прогревугольной пыли. Это происходит ввидусмещения зоны начала выделения ле-тучих веществ к выходному срезу му-фельной части горелки. Кроме того,определены минимально допустимыезначения коэффициента избытка воз-духа, ниже которых наблюдается про-цесс сепарации угольных частиц настенки муфеля (рис. 3, кривая 2).

Таким образом, область между кривой1 и 2 (рис. 3) определяет диапазон режимаработы горелочного устройства с пред-варительной термической подготовкойтоплива, обеспечивающий необходимыеусловия на выходе из муфеля горелкидля устойчивого воспламенения и горенияугольной пыли в объеме топочной камерыкотла.

Анализ результатов численного ис-следования показал, что на выходе изгорелочного устройства формируетсявысокотемпературный химически ак-тивный двухкомпонентный поток про-дуктов термической подготовки угля(таблица 1).

При изготовлении опытно-промыш-ленного образца всережимного горелоч-ного устройства были учтены результатытрехмерного аэродинамического моде-лирования. Горелочное устройство уста-новлено на котле БКЗ-420 ст. №9Б Крас-ноярской ГРЭС -2 .

ЗаключениеВ результате трехмерного математи-

ческого моделирования аэродинамикиуниверсального горелочного устройстваустановлено, что при подаче первичноговоздуха под углом 40-50° обеспечиваетсянаиболее эффективная закрутка пылеу-

Рис. 2 Зависимость массового расхода сепарирующих угольных частиц в объеме муфеля от угла расположения тангенциального патрубка подачи

первичного воздуха

Рис. 3 Диапазон значений коэффициента избытка воздуха в муфельной частигорелочного устройства от нагрузки пылепитателя для обеспечения

устойчивого процесса темоподготовки ПВК.


54

Многообразие слоистых компози-ционных материалов определяется

большим выбором дублируемых компо-нентов, а также широкими возможно-стями регулирования условий их соеди-нения, что позволяет создавать композитыс комплексом свойств, не только отра-жающих исходные характеристики ком-понентов, но и удовлетворяющих усло-виям перспективной эксплуатации.

Расширение областей примененияэлементов конструкций из композитовспособствует появлению новых возмож-ностей использования текстильных ар-мирующих каркасов, что обусловленовысокой степенью взаимодействия во-локон между собой и способностью ос-новы по завершению процесса полиме-ризации связующего, принимать формуизделия с размерами, соответствующимипроектным (расчетным) значениям. Крометого, волокнистый каркас позволяетзначительно улучшить прочностные свой-ства композитов: увеличивается сопро-тивление сдвигу и поперечному отрыву,повышается долговечность эксплуатацииизделия.

Однако применение композитов вразличных отраслях промышленностии строительства обуславливает вполнеопределенные требования к физико-ме-ханическим параметрам, при соблюдениикоторых наиболее эффективно их внед-рение для конкретного использования.Вследствие того, что при одинаковомперспективном назначении режимы экс-плуатации изделий из композиционныхматериалов могут быть различны, не-обходимо на стадии проектирования во-локнистой основы композита подобрать

оптимальное сочетание количества ивида волокон, способов изготовления игеометрических характеристик изделийдля обеспечения наилучших эксплуата-ционных показателей при минимальныхзатратах на его изготовление.

Как и любой материал, волокнистаясистема характеризуется взаимодействием(взаимозацеплением) волокон и плот-ностью их расположения в произвольновзятом макрообъеме. К специфическимособенностям таких материалов отно-сятся: непрерывность и различная ори-ентация структурных элементов в про-странстве.

Волокнистые (текстильные) компо-зиты являются комбинацией полимерногосвязующего и основы, представляющейсобой систему волокон или нитей. Причемстепень взаимодействия элементов ар-мирующего каркаса между собой опре-деляются:

• способами изготовления (ткань,трикотаж, нетканый материал, плетеныеизделия);

• направлением расположения, гео-метрическими размерами и особенностьюкомплексов структурных элементов (во-локон и мононитей);

• плотностью (пористостью) волок-нистого холста.

Структурная целостность и техно-логичность изготовления волокнистогокаркаса – основные показатели для ор-ганизации массового автоматизирован-ного производства композитов.

Выбор способа производства основыи используемое сырье часто определяютне только физико-механические свойствакомпозиционного материала, но и до-

ступность и себестоимость изделий. Учи-тывая достаточно экономичную техно-логию выработки с точки зрения, какисходного волокнистого состава, так иусловий работы оборудования, представ-ляется целесообразным использовать не-тканую основу для изготовления компо-зиционных материалов.

Нетканые полотна относятся к наи-более быстро и динамично развиваю-щейся ассортиментной группе текстиль-ной продукции. К основным преимуще-ствам таких изделий следует отнестивысокие прочностные характеристики ивозможность использования самого раз-нообразного волокнистого состава дляих изготовления. Выработка нетканыхполотен, в основном, осуществляется изполимерных волокон, благодаря опти-мальному сочетанию свойств таких во-локон, их стойкости к внешним воздей-ствиям и стоимости (85 % используемогосырья – полиэфиры и полипропилены).

Изготовление композитов в настоящеевремя основывается на выборе компо-нентов таким образом, чтобы физико-механические характеристики основыпревосходили аналогичные показателиполимерной матрицы. Такое соотношениеимеет место при производстве углепла-стиков и материалов на базе стеклово-локнитов. Однако, стоимость этих изделийдостаточно высока, потому их примене-ние, например, в строительстве или жи-лищно-коммунальном и бытовом хозяй-стве, не всегда экономически оправда-но.

Композиционный материал и, какследствие, его волокнистая основа, до-статочно часто должны обладать изо-

УДК 539.3:621.002.3

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КАПИЛ-ЛЯРНОЙ ПРОПИТКИ НЕТКАНОЙ ОСНОВЫ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ

КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Трещалин М.Ю., д-р техн. наук, проф.Трещалин Ю.М., инженерМосковский государствен-ный технологический университет «СТАНКИН», Россия

Участники конференции,Национального первенства по научной аналитике

В статье рассматривается возможность изготовления композиционных материалов наоснове нетканых полотен. Приводятся данные по соотношению волокнистого состава исвязующего. Изложены результаты экспериментальных исследований процесса капиллярнойпропитки нетканой основы.

Ключевые слова: композиционный материал, нетканое полотно, пропитка, связующее, по-лимеризация, капиллярный подъем.

The possibility of manufacturing of composite materials on the basis of non-woven fabrics. The dataon the ratio of fiber composition and binder. The results of experimental studies of the process of capillaryimpregnation nonwoven basis.

Keywords: composite material, non woven, impregnated, middleware, polymerization,the capillary rise.


тропными свойствами. Для многих обла-стей применения композитов изотроп-ность (определяет эксплуатационныесвойства) и пористость или плотность(определяет интенсивность процесса про-питки) – это важнейшие характеристикиармирующих каркасов. В связи с этимследует отдать предпочтение иглопро-бивным полотнам, так как их можно из-готавливать с очень близкими по величинепрочностными показателями во всех на-правлениях приложения нагрузок, что,в частности, существенно уменьшаетвозможность расслоения композита. Приэтом выполняются необходимые функ-циональные требования, предусматри-вающие определенное соотношение меж-ду механическими и термическими свой-ствами армирующих волокон и связую-щего:

• прочность и модуль упругости прирастяжении волокон должен быть большечем связующего. В качестве примераниже, в табл. 1, приведены сравнительныепрочностные характеристики полиэфир-ных и полипропиленовых волокон, а так-же смолы POLYLITE 516-М855, широкоиспользуемой в качестве связующего[1,2].

• термические характеристики воло-кон (температуры плавления или разло-жения) должны быть выше температурысвязующего при его полимеризации.

Одной из основных технологическихопераций, связанных с производствомкомпозиционных материалов, являетсяпропитка армирующей структуры поли-мерным связующим. Особенно важенэтот аспект при использовании в качествеосновы композитов готовых волокнистыхполотен или изделий, к которым, в первуюочередь, следует отнести нетканые по-лотна и плетеные каркасы, имеющие за-данную потребителем форму.

Проблема пропитки заключается в

полном насыщении капиллярно-пори-стого пространства волокнистого каркасаспециальными эпоксидными или фено-лоформальдегидными смолами, разбав-ляемыми ацетоном, спиртом и другимирастворителями. Учитывая, что при по-ступлении в пропиточный агрегат в порахосновы находится воздух, задача сводитсяк максимально возможному его удалениюв момент контакта со связующим.

Способ решения поставленной задачиво многом определяется технологическимпроцессом изготовления композита ипоследующего назначения изделия. Сле-дует отметить, что независимо от способа,строго контролируются вязкость и ко-личество наносимой смолы, сила натя-жения полотна, температура и продол-жительность сушки, количество летучихвеществ и другие параметры.

Для достижения высоких прочност-ных свойств композитов, возможно про-изводить пропитку нетканой основы сле-дующими методами:

• протягиванием через ванну со свя-зующим;

• окунанием волокнистого мате-риала;

• просасыванием связующего черезслой волокнистого материала под дей-ствием разности давлений;

• методом капиллярного насыщения;• комбинированными методами.С точки зрения технологического

упрощения, снижения трудоемкости иэнергетических затрат процесса пропитки,наиболее предпочтительным представ-ляется метод капиллярного подъема. Приэтом расход связующего и интенсивностьпропитки будут зависеть от пористостинетканой основы, способа ее изготовленияи темпов впитывания связующего. Од-нако, учитывая ограниченное время, напротяжении которого связующее нахо-дится в жидком состоянии (до начала

полимеризации), целесообразно провестиэкспериментальное изучение процессакапиллярной пропитки.

Как показали исследования [3] высотаи скорость капиллярного подъема воз-растают с увеличением поверхностной(объемной) плотности полотен. Крометого, капиллярность как по длине, так ипо ширине образцов имеет приблизи-тельно одинаковые значения. Учитываято, что на протяжении первых 10 - 12мин. смачивающая образец жидкостьподнималась на высоту 60-80 мм в зави-симости от поверхностной плотностинетканого полотна, т.е. время, когда свя-зующее еще находится в жидком состоя-нии, проведены исследования образцов№ 1, 2, 3, 4 (табл. 2), изготовленные раз-ными способами и имеющие различныепоказатели.

Эксперимент проводился следующимобразом. В форму, проложенную поли-этиленовой пленкой, наливалось жидкоесвязующее, на которое сверху, без какойлибо нагрузки, укладывался образец не-тканой основы и фиксировался начальныймомент времени. Далее контролировалоськоличество и вязкость связующего, а так-же заполнение порового пространстваобразца за счет капиллярного подъема.

В результате проведения исследова-ний установлено, что все испытуемыеобразцы в течение 6 – 8 минут полностьювпитывают в себя связующее до началаего полимеризации, в количестве, равномобъему порового пространства основы,за счет капиллярного подъема. При этомструктура нетканого полотна не претер-певала никаких изменений. Однако на-блюдается неравномерность количествасвязующего по толщине образца: в ниж-ней части образуется отвердевшая под-ложка, а на внешней (верхней) поверх-ности над слоем матрицы выступаюткончики волокон.

55

Таблица 1


Технический прогресс в космическойтехнике и гиперзвуковой авиации

привел к интенсивному развитию тео-ретических и экспериментальных иссле-дований в области аэродинамики гипер-звуковых течений. Компьютерное моде-лирование позволяет при помощи ин-женерных методов быстро и надежнопроводить анализ аэродинамических ха-рактеристик летательных аппаратов. Приэтом важное значение имеет исследованиедвух предельных областей газовой ди-намики. Одна из них - изучение динамикисплошной среды, а другая – свободно-молекулярная газовая динамика и при-мыкающая к ней среда, где течение газаявляется разреженным [1]. Направлениеисследования гиперзвукового обтеканиятел разреженном газом можно определитьтак: в первом случае в рамках обычнойтеории газовой динамики учитывают яв-ления скольжения на поверхности обте-каемого тела, которое пропорциональноразреженности среды, а второе, исходяиз известной теории свободномолеку-лярного потока, пытаются учесть влияниемежмолекулярных столкновений на аэро-динамические характеристики [2].

Трудность экспериментального ис-следования аэродинамики гиперзвуковыхлетательных аппаратов (ГЛА) обуслав-ливается воспроизведением натурныхусловий полета в аэродинамических тру-бах. Моделирование высокоскоростных

течений предполагает соблюдение кри-териев подобия, в первую очередь почислам Маха, Рейнольдса и отношениемтемператур набегающего потока и тем-пературы поверхности, а также обес-печением низкой степени турбулентностии однородности потока в рабочей частиустановки. При моделировании натурныхусловий основного критерия подобияРейнольдса необходимо выдерживатьцелый ряд других критериев подобия.Одновременное решение этих проблемв рамках одной экспериментальной уста-новки представляется невозможным. За-коны поведения аэродинамических ха-рактеристик в переходной области весьмасложны и не могут быть получены про-стой интерполяцией данных для сплош-ной среды и свободномолекулярных тече-ний [2]. Исследование течений газа впереходной области между течениямисплошной среды и свободномолекуляр-ным представляет собой достаточносложную задачу. Сложность обусловленатем, что описание этих течений выходитза рамки обычной газовой динамики итребует учета молекулярной структурыгаза для чего необходимо решать урав-нение Больцмана. Решение уравненияБольцмана при малых числах Кнудсена,особенно для сложных тел - задача чрез-вычайно трудоемкая. В этой связи есте-ственным является появление и развитиеинженерных методов, обоснованных со-

вокупным материалом эксперименталь-ных, теоретических, численных резуль-татов, дающих возможность предсказанияаэродинамических характеристик (АДХ)сложных тел в переходном режиме. Методоснован на так называемой гипотезе ло-кальности, предполагающей, что потокимпульса на элемент поверхности опре-деляется местным углом его наклона кнабегающему потоку. Обработка экспе-риментальных данных показывает, чтоточность теории локального взаимодей-ствия вполне приемлема для инженерныхрасчетов аэродинамических характери-стик широкого класса тел на этапе пред-варительного проектирования [3, 4].

Целью настоящей работы являетсясоздание в применении инженерной про-граммы определения основных аэроди-намических характеристик сложной фор-мы тел. Программа удобна для учетавлияния числа Re в различных модифи-кациях моделей локальности, предусмат-ривает простой метод задания формытела. Проведены аэродинамические рас-четы воздушно-космического аппарата(ВКА) типов «Клипер (Clipper), модельЦАГИ» и ГЛА «Сокол (Falcon HTV-2)»в разреженной атмосфере с помощьюметода, основанного на гипотезе локаль-ности при различных числах Re.

Трудности решения аэродинамиче-ских задач обтекания пространственныхтел потоком разреженного газа вызвали

57

УДК 629.7

ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИКИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГИПЕРЗВУКОВЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Хлопков Ю.И., д-р физ.-мат. наук, проф.Зея Мьо Мьинт, канд. физ.-мат. наук, докторантХлопков А.Ю., аспирантЧжо Зин, аспирантМосковский физико-тех-нический институт, Россия

Участники конференции,Национального первенстванаучной аналитике, Открытого Европейско-Азиатского первенства по научной аналитике

Предложена методика расчета и проведены исследования расчета аэродинамических ха-рактеристик перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов. Методика и разработаннаяпрограмма расчета позволяют исследовать физику полета произвольных тел на всех этапахтраектории полета: от орбитальной траектории до режима посадки. В частности, исследованыаэродинамические характеристики реальных компоновок гиперзвуковых летательных аппаратовпо Российскому Проекту «Клипер» и Проекту USA «Falcon HTV-2».

Ключевые слова космическая техника, гиперзвуковые летательные аппараты, аэродинамикав переходном режиме, числа Рейнольдса, гипотеза локальности.

Research proposed the method and carried out the calculation of the aerodynamic characteristics ofhypersonic vehicles. Method and this calculation program allow to study physics of flight of arbitrarybodies in all stages of path: from orbital trajectory to landing regime. In particular, it’s investigated theaerodynamic characteristics of actual hypersonic aircraft layouts by Russian project «Clipper» and USAproject «Falcon HTV-2».

Keywords: space technology, hypersonic aircrafts, aerodynamic in transitional regime, Reynoldsnumber, the hypothesis of locality.


58

развитие инженерных полуэмпирическихметодов, использующих накопленныетеоретические, экспериментальные ирасчетные данные. При моделированиинатурных условий необходимо учитыватьвлияние основных критериев подобия.В условиях гиперзвуковой стабилизацииболее рационально использовать в каче-стве критерия разреженности не числоКнудсена, а число Рейнольдса.

В данной работе используются вы-ражения для элементарных сил давленияи трения в форме работы [5].

Здесь коэффициенты p0, p1, τ0 (коэф-фициенты режима течения) зависят отчисла Рейнольдса Re0 = ρ∞V∞L/μ0, в ко-тором коэффициент вязкости μ0 вычис-ляется при температуре торможения T0.Кроме числа Рейнольдса наиболее важ-ным параметром является температурныйфактор tw = Tw/T0, где T0, Tw – температураторможения и температура поверхно-сти.

Зависимость коэффициентов режимав гиперзвуковом случае должна обес-печивать переход к свободномолекуляр-ным значениям при Re0→0 и значениемтеории Ньютона, методов тонких каса-тельных клиньев или конусов при Re0→∞.На основе анализа расчетных и экспе-риментальных данных предложены эм-пирические формулы

Здесь

где h – относительный поперечныйразмер аппарата, равный отношению еговысоты к длине.

Предложенная методика хорошо за-рекомендовала себя для расчета гипер-звукового обтекания выпуклых не оченьтонких пространственных тел. Расчетполностью отражает качественное по-ведение Сx в зависимости от разрежен-ности среды во всем диапазоне угловатаки и дает количественное соответствиес точностью около 5% [6].

Локальный метод расчета аэро-динамических характеристик тел вгиперзвуковом потоке разреженногогаза в переходном режиме дает хо-роший результат по Cх для широкогокласса тел. При малых углах атаки(α < 5о) точность результата ухуд-шается, в этом случае необходимопривлекать более полные модели,учитывающие наличие пограничногослоя [5, 6].

Представлены результаты расчета

коэффициентов силы сопротивлениядля гиперзвуковых летательных аппа-ратов вариантов «ВКА Клипер ЦАГИ(Clipper) [7, 8, 9]» (Рис. 1, 2) и «Сокол(Falcon HTV-2)» (Рис. 3, 4). Расчетыпроводились с использованием локаль-ного метода в диапазоне углов атаки αот 0о до 90о с шагом 5о. Параметры за-дачи были следующие: отношение теп-лоемкостей γ = 1.4; температурныйфактор фактор tw = Tw/T0 = 0.1; числоРейнольдса Rе0 = 0, 10, 102, 104.

Рис. 1. Космический аппарат «Клипер» и быстроходный чайный корабль «Clipper»

Рис. 2. Геометрическое представление варианта «ВКА Клипер,модель ЦАГИ»

Рис. 2. Геометрическое представление варианта «ВКА Клипер,модель ЦАГИ»

Documents

GISAP: Technical Sciences, Construction and Architecture (Issue1)