авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
-- [ Страница 1 ] --

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

ИРКУТСКИЙ ФИЛИАЛ

ФЕДЕРАЛЬНОГО БЮДЖЕТНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО

УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ

АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ И МЕТОДОВ ЕЕ

ЭКСПЛУАТАЦИИ – 2012

СБОРНИК ТРУДОВ

Научно-практической конференции студентов и аспирантов 4 мая 2012 г.

Иркутск – 2012 ББК 052-01 УДК 629.7 А-43 Редакционная коллегия:

Ответственный редактор – к.ф.-м.н. Богданович Д.В.

Технические редакторы – Тихова А.И., Скулина М.И.

Актуальные проблемы развития авиационной техники и методов ее эксплуатации – 2012. Сборник трудов Научно-практической конференции студентов и аспирантов. 4 мая 2012г. – Иркутск.: ИФ МГТУ ГА, 2012. – 144 с.

В сборнике представлены доклады Научно-практической конференции студентов и аспирантов «Актуальные проблемы развития авиационной техники и методов ее эксплуатации – 2012», заявленные в рамках работы секций «Авиационные двигатели», «Авиационные электросистемы и пилотажно навигационные комплексы», «Летательные аппараты», «Авиационное радиоэлектронное оборудование», «Естественно-научные дисциплины» и «Социально-экономические дисциплины».

Освещен широкий круг вопросов теоретического и прикладного характера, касающихся управления воздушным движением;

контроля качества и повышения надежности эксплуатации радиоэлектронного оборудования;

проектирования и испытания узлов и механизмов летательных аппаратов.

Сборник предназначен для студентов и аспирантов авиационных специальностей, а также для широкого круга лиц, интересующихся современными проблемами гражданской авиации.

Сборник издается в авторской редакции.

Содержание СЕКЦИЯ «АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ»

Майрович Ю.И., Боков С.И., Сафарбаков А.М.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ КАМЕР СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ………………………….. Киренчев А.Г., Скоробогатов С.В., Полонский А.П.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛОПАТОК ГТД…………………………………………………………………. Васильев Н.С., Нацубидзе С.А.

РЕМОНТ ТРУБОПРОВОДОВ ЖИДКОСТНО-ГАЗОВЫХ СИСТЕМ ВОЗДУШНОГО СУДНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МУФТ, ОБЛАДАЮЩИХ «ПАМЯТЬЮ» ФОРМЫ…………………………………. Щеглова Н.С., Исаев А.И.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВИХРЕВОГО ТЕЧЕНИЯ В КОЛЬЦЕВОЙ КАМЕРЕ СГОРАНИЯ…………………………………………………………………… Паньков В.В., Ходацкий С.А., Караваев А.Ю.

ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ СИСТЕМ АВИАЦИОННЫХ ГТД………………….. СЕКЦИЯ «АВИАЦИОННОЕ РАДИОЭЛЕКТРОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ»

Яковлев Е.С., Рыжков Д.А.

РЕЖИМ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ В СПУТНИКОВЫХ РНС… Трухин Р.В., Бальчугов А.Ю., Туринцев С.В.

РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ДВУХКООРДИНАТНОЙ ПЛАТФОРМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАБОЧЕГО МЕСТА ПО НАСТРОЙКЕ И РЕМОНТУ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ…………………………….. Рыбакова С.А., Межетов М.А.

ПРИМЕНЕНИЕ ОFDM МОДУЛЯЦИИ В ПЕРСПЕКТИВНЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ ГА……………………………………………………... Батюк В.В., Межетов М.А.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИНЦИПА СВЕРХРЕГЕНЕРАЦИИ В АВИАЦИОННЫХ ПРИЕМНИКАХ………………………………………… СЕКЦИЯ «АВИАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОСИСТЕМЫ И ПИЛОТАЖНО НАВИГАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ»

Журавлева В.Б., Устинов В.В.

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АЛГОРИТМА И ПРОГРАММЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ БОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ НА ЭТАПАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЯ………………………………………………………………… Воробьев А.Д., Логунова М.С., Кивокурцев А.Л.

РОБОТОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА НА БАЗЕ AVR МИКРОКОНТРОЛЛЕРА…………………………………………………….. Куликова Р.М., Устинов В.В.

МЕТОДИКА И АЛГОРИТМ ПОСТРОЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА ВЕДУЩЕЙ ФУНКЦИИ……………. Авхимович В.Ф., Устинов В.В.

ОДИН ИЗ ПОДХОДОВ К МОДЕРНИЗАЦИИ АВИАЦИОННЫХ ТРЕНАЖЕРОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ…… СЕКЦИЯ «ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ»

Соколова Л.А., Барсуков А.Г.

КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ВЗЛЕТА……………………………………………………………………….. Кравченко А.В, Барсуков А.Г.

ШАССИ САМОЛЕТА: ИСТОРИЯ, ПРОБЛЕМЫ, ПУТИ РЕШЕНИЯ …... Евстигнеев А.С., Кривенцов А.Е.

ВЛИЯНИЕ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭКОНОМИКИ НА БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ……………………………………………….. СЕКЦИЯ «ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ ДИСЦИПЛИНЫ»

Емолдинова Т.А., Шелковников В.Н.

ИОНОСФЕРА – ВОЛШЕБНОЕ ЗЕРКАЛО ПЛАНЕТЫ…………………… Хлыстова А.С., Шелковников В.Н.

ГАЛАКТИКИ – ОСТРОВКИ ВСЕЛЕННОЙ……………………………….. СЕКЦИЯ «СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ДИСЦИПЛИНЫ»

Усенко А.Н., Бутаков А.И., Астраханцев О.Н.

ЗНАМЯ ПОБЕДЫ НАД РЕЙХСТАГОМ…………………………………… Бакланов С.Ю., Нурпиисова Е.М.

СМЕРТНАЯ КАЗНЬ: ЗА И ПРОТИВ……………………………………….. Окорокова О.В., Ростов Н.Д.

БЛАГОТВОРИТЕЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ РОССИЙСКОГО ОБЩЕСТВА КРАСНОГО КРЕСТА ТОМСКОЙ ГУБЕРНИИ В ПЕРИОД РУССКО-ЯПОНСКОЙ И ПЕРВОЙ МИРОВОЙ ВОЙН …………………... Иванова С.В., Шутова Т.А.

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРИПИСНОГО ПАРКА ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ОАО «АВИАКОМПАНИЯ «РОССИЯ»…………………………………….. Проньшина М.В., Вишнякова А.А.

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА УСЛУГ, КАК ФАКТОР ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ НА ВОЗДУШНОМ ТРАНСПОРТЕ…... Хлыстова А.С., Портнова Т.Ю.

THE ART………………………………………………………………………. Именной указатель…………………………………………………………… СЕКЦИЯ «АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ»

Председатель – д.т.н., профессор Исаев А.И.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ КАМЕР СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Майрович Ю.И., Боков С.И. Mator38@mail.ru, 1Stas13.09@mail.ru Сафарбаков А.М.

(научный руководитель) safarbakov@yandex.ru Кафедра авиационных двигателей Московский государственный технический университет гражданской авиации Иркутский филиал Газотурбинные двигатели, применяемые в авиации, имеют повышенные расходы топлива, а также производят большой выброс вредных веществ в атмосферу. Для повышения экономичности и снижения выбросов вредных веществ, предложено камеру сгорания непрерывного действия заменить на импульсную камеру сгорания.

Рассмотрены вопросы аэродинамики импульсной камеры сгорания газотурбинного двигателя.

Существует много типов камер сгорания авиационного ГТД, существенно различающихся по размерам, схемам и способам подачи топлива. Однако всем камерам сгорания присущи общие аэродинамические характеристики. Так, для всех камер сгорания воздух из-за компрессора поступает в жаровую трубу через фронтовое устройство, выполненное в виде топливной форсунки и завихрителя вокруг нее. В диффузорах и кольцевых каналах камер сгорания следует уменьшать скорость потока и распределять воздух по всем зонам горения в заданных количествах, поддерживая одинаковые условия течения без паразитных отрывных зон и связанных с ними потерь давления. Внутри жаровой трубы нужно обеспечить существование большой циркуляционной зоны или зоны обратных токов (ЗОТ) для стабилизации пламени, эффективное разбавление продуктов сгорания и экономичное использование воздуха, охлаждающего стенки [1].

Импульсная камера сгорания представляет собой трубчатую КС, у которой фронтовое устройство выполнено в виде обратного клапана, служащего для обеспечения импульсной подачи воздуха в жаровую трубу из-за компрессора.

Рисунок 1. Зона обратных токов в камере сгорания за тарельчатым клапаном.

Воздух, попадая во входное устройство камеры сгорания, проходит через профилированные отверстия в седле обратного клапана и попадает в диффузор.

Скорость его при этом существенно уменьшается. Далее воздушный поток упирается в тарельчатый клапан, смещает его вдоль оси, открывая проход в камеру сгорания, и зажимает возвратную пружину. В данном случае тарелка обратного клапана является плохообтекаемым телом, которое создает зону обратных токов в камере сгорания (рис. 1). В этом случае ЗОТ находится внутри кривой ОВС. Точку В называют точкой торможения. С внешней стороны от линии ОВС находится основной поток, который поддерживает циркуляционное движение вдоль сплошной границы ОВ. Следовательно, максимальное значение напряжения сдвига соответствует точке О. Вдоль потока все составляющие скорости уменьшаются. За точкой торможения В возвратного течения нет, а далее по потоку происходит обыкновенное турбулентное течение, которое выносит вещество из камеры сгорания.

В данном случае размер зоны обратных токов во многом зависит от формы тарелки клапана, от скорости воздушного потока и от площади проходного сечения между диффузором камеры сгорания и тарелкой клапана. По результатам экспериментальных исследований установлено, что ЗОТ занимает от 0.8 до 1.1 Dэкв, где Dэкв (диаметр эквивалентный) – характерный линейный размер, к которому относятся все другие линейные величины Dэкв = Dт, Dт – диаметр тарелки клапана.

На устойчивость горения определяющее влияние оказывает структура течения в первичной зоне камеры. В этой зоне должно быть наличие торроидального циркуляционного течения или зон обратных токов, которое вовлекает в себя часть продуктов сгорания и перемешивает их с поступающим в него воздухом и топливом. Эта зона непрерывно пополняется свежим воздухом, который подается в жаровую трубу через обратный клапан.

Увеличить длину зон обратных токов в камере сгорания можно при помощи установки завихрителя (рис. 2). Завихритель представляет собой устройство, имеющее элементы, закручивающие воздух или топливно воздушную смесь для осуществления процесса горения в камере сгорания (ГОСТ 23851-79).

Рисунок 2. Схема завихрителя.

В данном случае в качестве элементов закручивающих воздух, применяются профили, передняя часть которых ориентирована по направлению воздушного потока, выходящего из компрессора высокого давления, а концевики профилей имеют угол закрутки, позволяющий закрутить поток воздуха.

Одним из наиболее эффективных способов создания ЗОТ в первичной зоне является использование завихрителя в головной части камеры вокруг топливной форсунки [2]. В импульсной камере сгорания завихритель устанавливается следом за диффузором по всей окружности обечайки жаровой трубы.

Показаны только три лопатки. На рисунке: – угол выхода из завихрителя;

c – хорда лопатки;

s – шаг установки лопаток;

z – высота лопатки завихтеля;

Dвт – внутренний диаметр завихрителя;

D sw – внешний диаметр завихрителя под обечайку жаровой трубы.

Образование вихря в закрученных течениях приводит к образованию ЗОТ в центральной области потока, если сообщаемая закрутка становится большой (рис. 3). Циркуляционная зона, создаваемая таким образом, обеспечивает лучшее перемешивание газов, чем в других способах (например, при помощи плохо обтекаемых тел), так как вращательные составляющие скорости создают области сильного сдвига течения с высоким уровнем турбулентности и большой скоростью массообмена. Это свойство закрученных течений используется на практике для повышения устойчивости и интенсивности горения. ЗОТ в этом случае имеют большую протяженность по длине КС.

Рисунок 3. Импульсная камера сгорания с завихрителем.

При проведении экспериментальных исследований по выявлению аэродинамических характеристик импульсной камеры сгорания были выявлены факторы, которые оказывают существенное влияние на размеры зоны обратных токов. Это:

1) угол выхода из завихрителя;

2) угол конфузора;

3) диаметр КС;

4) высота лопаток завихрителя;

5) шаг установки лопаток на малых углах выхода из завихрителя;

6) площадь входа воздуха в камеру сгорания;

7) площадь выходного сечения из камеры сгорания.

Эксперимент по выявлению аэродинамических характеристик импульсной камеры сгорания проводился в гидробассейне. Рабочее тело – вода. В качестве исследуемого образца был изготовлен макет импульсной камеры сгорания с соблюдением геометрического подобия. При проведении эксперимента соблюдались кинематическое и динамическое подобие. Течение жидкости в макете камеры сгорания визуализировалось посредством введения подкрашенной жидкости в поле течения.

Эксперимент проводился путем изменения одного из параметров при фиксированных значениях других параметров. Так изменялся параметр угла выхода из завихрителя при фиксированных значениях других параметров.

Экспериментальные исследования для получения качественной картины течения в импульсной камере сгорания проводились следующим образом.

Через модель камеры сгорания, при определенном значении всех влияющих на структуру течения параметров, задавался определенный расход жидкости G В.

При помощи подкрашенной жидкости визуализировались поля течений и выявлялись геометрические размеры зон обратных токов. Затем изменялся параметр угла выхода из завихрителя и исследования продолжались. Для проведения эксперимента были изготовлены завихрители с углами выхода 30, 45, 60, 70 и 80 градусов.

Рисунок 4. Зависимость площади ЗОТ от угла выхода завихрителя и выхода штока.

В результате проведенных исследований установлено, что все типы перечисленных завихрителей создают ЗОТ по всей длине КС. Структура течения при этом несколько отличается от структуры течения в камерах сгорания, где фронтовое устройство выполнено в виде топливной форсунки и завихрителя вокруг нее. В отличие от таких камер сгорания, в импулсьсных существует протяженная по всей длине КС зона кольцевого течения, под зоной кольцевого течения по всей длине КС располагается ЗОТ, и под ЗОТ примерно в центре КС существует серединный вихрь, который выносит вещество из КС.

В данном случае, так как невозможно определить точку полного торможения потока, геометрические характеристики ЗОТ необходимо оценивать по площади, а не подлине КС.

Экспериментально было установлено, что на макете КС имеющей больший диаметр, конфузор на входе в жаровую трубу и диффузор на выходе из нее, площадь ЗОТ получилась большей, чем на макете КС с постоянным сечением жаровой трубы.

В результате проведенных исследований выявлено, что наибольшей площадью ЗОТ обладает импульсная КС с углом выхода завихрителя градусов, при высоте лопаток 15 мм и выходе штока 5мм (рис. 4).

ЛИТЕРАТУРА 1. Лефевр А. Процессы в камерах сгорания ГТД // Пер. с англ. – М.: Мир, 1986. – 566 с.

2. Нечаев Ю.Н. Теория авиационных двигателей. – М.: ВВИА им. Н.Е.

Жуковского. – 439 с.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛОПАТОК ГТД Киренчев А.Г., Скоробогатов С.В. antonkirenchev25@mail.ru, 1maestro.ru@mail.ru Полонский А.П.

(научный руководитель) Кафедра СМ и ЭАТ, Институт авиамашиностроения и транспорта, Национальный Исследовательский Иркутский государственный технический университет Описывается метод измерения вибрационных характеристик лопатки авиационного двигателя с помощь программы SpectraLAB. Вибрации создавались с помощью электродинамического стержневого вибратора жестко закрепленного с лопаткой.

Основной целью является выявления закономерностей в изменении вибрационных характеристик при увеличении запилов (дефектов). Зная подобные закономерности можно применять данный метод для нахождения дефектов на ранней стадии в любой части конструкции летательного аппарата. Так же описывается математическое моделирование процесса прогнозирования характера изменения виброскорости опор двигателя.

Анализ опыта эксплуатации газотурбинных двигателей (ГТД) показывает, что повреждение лопаток первых ступеней компрессора является одной из основных причин досрочного снятия двигателей. Поэтому при экспериментальном исследовании вибрационных характеристик лопаток компрессора с имитацией дефекта (повреждения) определенный практический интерес представляют следующие вопросы:

1) выявление закономерностей в изменении параметров вибрации лопаток при внесении повреждения;

2) анализ возможности использования параметров вибрации для разработки критерия оценки технического состояния лопаток ГТД.

Рассмотрен метод диагностирования рабочих лопаток ГТД, позволяющий определять трещины, забоины, вмятины и другие дефекты, которые могут привести к разрушению лопатки. Диагностирование дефектов рабочих лопаток в процессе их работы является сложной инженерной задачей, от эффективности решения которой зависит долговечность и безопасность эксплуатации ГТД.

Образование трещин на лопатках определяется условиями их нагружения.

Лопатки в процессе работы подвергаются многоцикловым нагрузкам на рабочих режимах и малоцикловым нагрузкам высокой амплитуды при прохождении резонанса в процессе разгона – остановки. Именно малоцикловая усталость приводит к образованию микротрещин на лопатках, которые в дальнейшем развиваются под действием многоцикловых нагрузок.

В представленной работе опускается большая часть теоретической информации по вибрационным характеристикам ГТД, поскольку эту информацию можно найти в [1].

Объектом испытания была выбрана лопатка первой ступени компрессора ГТД, колебания которой возбуждались при помощи электродинамического вибратора. Лопатка рассматривалась как колебательная система с одной степенью свободы. Обеспечив в креплении лопатки большое усилие, можно пренебречь демпфированием и широкополосное случайное возбуждение, необходимое для имитации реальных условий, можно заменить синусоидальным, что позволило выбрать схему возбуждения колебаний лопатки с помощью стержневого электродинамического вибратора.

Исследования проводились на лабораторной установке. Стержень вибратора крепился на периферийной части лопатки. Лопатка фиксировалась с помощью болтов в зажиме стенда. Считалось, что лопатка закреплена в зажиме жестко, если дальнейшее поджатие зажимных болтов не изменяет частоту собственных колебаний лопаток. Для выявления зависимости измерения параметров вибрации от внесения дефекта по передней кромке пера лопатки производились запилы различной глубины.

Для устранения влияния погрешности усилия крепления на частоту собственных колебаний запилы производились без снятия лопатки со стенда.

При проведении исследований на замок лопатки устанавливался датчик колебаний KS-50, входящий в состав виброметра Robotron 00042. Датчик крепился на замке лопатки удерживающим магнитом, входящим в комплект поставки. Данный вид крепления обеспечивал простоту установки и надежное крепление до ускорения 500 мм/с2, а также приемник электрически изолировался от объекта диагностирования. Датчик работал в диапазоне частот 0,5-4000 Гц и неискажаемо измерял относительные деформации до 1,5%. В качестве усилителя сигнала с датчиков и АЦП была выбрана 16 битная звуковая карта SB-Live. Для регистрации колебаний использовался компьютер.

Для визуального анализа использовался программный продукт SpectraLAB.

При анализе с частотой задатчика 20 Гц видно, что пиковое значение увеличивается с увеличения запила:

- без запила – 23,63%;

- с запилом 10мм – 25,57%;

- с запилом 20мм – 28,57%;

- с запилом 30мм – 48,32%.

Данная закономерность, по результатам испытаний, справедлива в пределах от 18 Гц до 4 кГц. Верхняя граница в 4 кГц обусловлена нелинейным законом изменения частоты после этой границы.

Пиковые значения при частоте задатчика в 200 Гц:

- без запила – 41,98%;

- с запилом 10мм – 49,63%;

- с запилом 20мм – 55,57%.

Данный метод очень прост в использовании, но обладает большим недостатком, так как он может дать только качественную оценку (т.е. больше или в норме), а количественную, прогноз и тип дефекта с помощью этого метода определить нельзя.

Для более точного анализа можно воспользоваться методом огибающих.

Для анализа разделим диапазон частот на три части:

- диапазон низкочастотной вибрации от 1 Гц до 31.5 Гц;

- диапазон среднечастотной вибрации от 32 Гц до 125 Гц;

- диапазон высокочастотной вибрации от 125 Гц до 1 кГц.

Таблица 1. Результаты эксперимента.

Частота задатчика 20 Гц Без запила Запил 10 мм Запил 20 мм Диапазон Пик Гц Пик дБ Пик Гц Пик дБ Пик Гц Пик дБ Низкочастотный 24,9023 46,95106 24,9023 47,40568 24,9023 47, Среднечастотный 73,9746 67,70179 73,9746 67,01051 73,9746 66, Высокочастотный 172,1191 65,67932 172,8516 68,2265 173,584 69, Частота задатчика 200 Гц Низкочастотный 2,9297 27,27715 5,127 29,51386 10,9863 30, Среднечастотный 49,8047 53,6882 49,8047 53,3841 49,8047 53, Высокочастотный 224,1211 64,05192 222,6562 66,37692 673,0957 69, Частота задатчика 2000 Гц Низкочастотный 10,2539 22,54293 5,8594 27,37483 10,2539 27, Среднечастотный 49,8047 53,53686 49,8047 53,23692 49,8047 53, Высокочастотный 249,7559 36,15022 249,7559 36,2968 249,7559 37, Частота задатчика 20000 Гц Низкочастотный 3,6621 32,36388 5,8594 30,4753 11,7188 28, Среднечастотный 49,8047 53,63012 49,8047 53,37695 49,8047 53, Высокочастотный 249,7559 35,52107 249,7559 34,6494 249,7559 35, При низких частотах задатчика (от 20 Гц), пиковые частоты не сдвигаются, а происходит только увеличение уровня вибрации при увеличении запила. Это утверждение верно только для низкой и высокочастотной вибрации, так как на средних частотах очень мало отношение сигнал/шум. При частотах задатчика до 20000 Гц в низкочастотном и высокочастотном диапазоне также имеется увеличение уровня вибрации при увеличении забоины.

При частотах задатчика 20000 Гц все параметры ведут себя нелинейно из за нелинейной зависимости датчика на частотах выше 4000 Гц.

Хочется так же отметить, что помимо экспериментального определения частоты вибрации (вибраскорости) существует очень точный метод программного прогнозирования при помощи нейронных сетей (НС).

Искусственные нейронные сети (ИНС) – математические модели, а также их программные или аппаратные реализации, построенные по принципу организации и функционирования биологических нейронных сетей – сетей нервных клеток живого организма. Это понятие возникло при изучении процессов, протекающих в мозге, и при попытке смоделировать эти процессы.

НС не программируются в привычном смысле этого слова, они обучаются.

Возможность обучения – одно из главных преимуществ нейронных сетей перед традиционными алгоритмами. Технически обучение заключается в нахождении коэффициентов связей между нейронами. В процессе обучения НС способна выявлять сложные зависимости между входными и выходными данными, а также выполнять обобщение. Это значит, что в случае успешного обучения сеть сможет вернуть верный результат на основании данных, которые отсутствовали в обучающей выборке, а также неполных и/или «зашумленных», частично искаженных данных. Для практического применения моделей ИНС можно использовать любой математический редактор, но проще всего работать в программе MathLab. MathLab – это высокопроизводительный язык для технических расчетов. Он включает в себя вычисления, визуализацию и программирование в удобной среде, где задачи и решения выражаются в форме, близкой к математической.

В этой программе имеется компонент SIMULINK, в котором выполняется большинство задач программирования. Достоинством SIMULINK является то, что для работы в нем пользователю не нужно знать полностью язык программирования, так как в программе имеются шаблоны различных математических моделей, функций, блоков и т.д. Благодаря этому данная программа является идеальным вариантам для людей, чьи познания в программировании ограничены рамками их специальности. Более подробно методика работы с этой программой описана в литературном источнике [2].

Для того чтобы показать насколько точны прогнозы, мы приведем данные расчетов, проведенных С.В. Гущиным и А.П. Полонским c помощью НС [3].

Аппроксимация функции с помощью НС проводилась на отрезке при величине наработки [3390, 3635], с использованием следующих экспериментальных данных:

Р = [3390, 3425, 3460, 3495, 3530, 3565, 3600, 3635] – наработка в часах;

Т1 = [0, 0, 10, 10, 6, 4, 14, 20] – виброскорость в мм/с на передней опоре двигателя;

Т2 = [0, 2, 8, 8, 6, 10, 20, 30] – виброскорость в мм/с на задней опоре двигателя.

Для оценки числа нейронов в скрытых слоях однородных НС можно воспользоваться формулой для оценки необходимого числа синоптических весов Lw (в многослойной сети с сигмоидальными передаточными функциями) (mW)/(1+log2N) Lw m(N/m+1 )(n + m + 1) + m, где п – размерность входного сигнала;

т – размерность выходного сигнала;

N – число элементов обучающей выборки.

В нашем случае при n = 1, m = 1, N = 8 необходимое количество синоптических весов будет равно (1 8)/(1 + log28)Lwl(m + 1)(1 + 1 +1) + 1;

3,66 Lw 28.

Видно, что число синоптических весов может быть невелико, а скрытый слой – только один. Создадим сеть прямого распространения с четырьмя нейронами в скрытом слое и одном (задано по умолчанию) – в выходном:

netl = newff(P, Т1, 4).

Следующий этап – обучение созданной сети:

netl = train(net1,P,T1).

Функция train обучает заданную сеть net, используя вектор входов Р и вектор выходов Т1. Результат (структура обученной сети) присваивается переменной netl.

Проверка правильности обучения осуществляется с помощью функции использования НС:

Y1 = sim(net1,P).

Результатом является вектор выходов Y1 как результат воздействия векторов входа на обученную сеть:

Y1 = [2,0105;

0,4258;

6,2591;

10,0477;

12,9218;

14,2367;

14,7273;

19,9605].

Если сравнить результат с требуемым Т1 =[0, 0, 10, 10, 6, 4, 14, 20], видно, что точность аппроксимации недостаточно высока.

Увеличив число скрытых нейронов до шести, можно достигнуть лучших результатов:

Y1 = [0,0180;

0,0059;

9,9088;

10,1282;

5,9983;

1,2487;

13,9986;

19,9941].

При тестировании ИНС по экспериментальным данным виброскорости на задней опоре двигателя получено, что данные реальных замеров Т2 и полученные при работе ИНС с шестью скрытыми нейронами Y2 достаточно хорошо согласуются:

Т2 = [0, 2, 8, 8, 6,10, 20, 30];

Y2 = [-2,2752;

2,2506;

7,9519;

6,6849;

6,7998;

9,9014;

19,1032;

24,5177].

Сравним сеть прямого распространения с сетью с радиальными базисными элементами:

net1rbe = newrbe(P,T 1).

Обучение такого типа сети занимает меньшее время. Проверка результата работы сети при помощи функции sim с учетом входного вектора наработки Р:

Y1R = sim(net1rbe, Р).

Сравнение векторов виброскоростей на передней опоре двигателя показывает их практическое совпадение:

Т1 = [0, 0,10,10, 6, 4,14, 20];

Y1R = [-0,0000;

-0,0000;

10,0000;

10,0000;

6,0000;

4,0000;

14,0000;

20,0000].

Применение сети с радиальными базисными элементами дает аналогичные результаты и для задней опоры двигателя:

Т2 = [0, 2, 8, 8, 6, 10, 20, 30];

Y2R = [-0,0000;

2,0000;

8,0000;

8,0000;

6,0000;

10,0000;

20,0000;

30,0000].

Следовательно, при одинаковой точности аппроксимации сеть с радиальными базисными элементами обучается быстрее.

Перенести полученную обученную ИНС в среду SIMULINK можно с помощью команды gensim(net), где net – имя созданной ИНС. Это позволит использовать обученную ИНС в более сложных математических моделях, описывающих работу двигателей ЛА.

Таким образом, показано, что ИНС являются мощным и доступным инструментом, способным давать достоверные результаты при технической диагностике двигателей летательных аппаратов. И в будущем данная технология несомненно сможет применятся для прогнозирования отказов и их устранения на ранней стадии.

ЛИТЕРАТУРА 1. Полонский А.П., Хрюкина Р.Ф., Пущин Р.В. Исследование вибрационных характеристик лопаток ГТД // Восточно-Сибирский авиационный сборник.

2005, Вып. 3. – 357 с.

2. Щеников Я.А. Программное обеспечение процессов и систем: метод, указания к выполнению практ. занятий № 1-11. – СПб.: Изд-во СПб госуниверситета аэрокосмического приборостроения, 2006. – 78 с.

3. Гущин С.В., Полонский А.П. Использование искусственных нейронных сетей системы SIMULINK/MATLAB в технической диагностике летательных аппаратов //Вестник ИрГТУ, 2011, Вып.11. – 362 с.

РЕМОНТ ТРУБОПРОВОДОВ ЖИДКОСТНО-ГАЗОВЫХ СИСТЕМ ВОЗДУШНОГО СУДНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МУФТ, ОБЛАДАЮЩИХ «ПАМЯТЬЮ» ФОРМЫ Васильев Н.С.

Нацубидзе С.А.

(научный руководитель) Кафедра авиационных двигателей Московский государственный технический университет гражданской авиации Иркутский филиал Рассмотрены физические процессы и технология применения одного из современных, надежных и оперативных методов ремонта трубопроводов жидкостно-газовых систем ВС постановкой специальной муфты обладающей «памятью» формы. Такие муфты были разработаны и внедрены для соединения трубопроводов в гидравлических системах военных самолетов. Этот тип соединения заменяет сварку и предотвращает такие недостатки сварного шва, как неизбежное разупрочнение металла и накопление дефектов в переходной зоне между металлом и сварным швом. Такой метод соединения трубопроводов хорош для финального соединения при сборке и ремонте конструкции, когда сварка из-за переплетения узлов и трубопроводов становится трудно доступной.

На ВС имеются системы, в которых присутствуют в большом количестве трубопроводы. Они выполняют очень ответственные функции, непосредственно влияющие на безопасность полетов.

Трубопроводы жидкостно-газовых систем, как правило, находятся под большим давлением (200 кгс/см2 и более), кроме того на них действуют целый ряд эксплуатационных факторов: вибрация, перепад температур, кавитация, а также влияние атмосферы и агрессивных сред. В результате, на трубопроводах могут возникнуть следующие неисправности: коррозия, вмятины, забоины, трещины, овальности, дефекты соединительной арматуры (штуцерные соединения) и т.д. Все эти дефекты приводят к нарушению их герметичности [1].

Одним из современных, надежных и оперативных методов ремонта является постановка специальной муфты обладающей «памятью» формы.

Эффект памяти формы (ЭПФ) – способность восстанавливать исходную форму при нагреве через интервал мартенситных превращений после предварительного деформирования в низкотемпературной мартенситной фазе.

ЭПФ состоит в восстановлении сформированных при исходной температуре размеров и формы тела после многоступенчатого процесса, состоящего из охлаждения тела до заданной, более низкой температуры, необратимой деформации детали при этой низкой температуре, нагреве тела до исходной температуры (или несколько выше, для лучшей активизации процесса) и в восстановлении при этой температуре первоначальной формы тела [2].

Эффект памяти формы наблюдается у сравнительно небольшого набора сплавов, например, Ni-Ti, Cu-Zn, Fe-Mn, и происходит, как правило, при определенных температурах. При деформации материала при низкой температуре происходит перестройка расположения атомов в кристаллической решетке вещества по мартенситному механизму – коллективному сдвигу некоторых атомов вдоль особо выгодных кристаллографических направлений, характерному для данной кристаллической решетки и данной температуры;

деформация стимулирует этот энергетически выгодный сдвиг [3].

При нагреве детали до температуры обратного мартенситного превращения, сместившиеся при более низкой температуре атомы возвращаются на свои наиболее выгодные при этой температуре места, происходит обратная перестройка структуры и почти полное восстановление размеров и формы тела. Величина относительной линейной деформации и обратного восстановления размеров достигает 20%.

К наиболее известным материалам с эффектом памяти формы относятся:

1) Никелид титана. Температура плавления 1240…1310 C, плотность 6, г/см. Исходная структура никелида титана, стабильная объемно центрированная кубическая решетка, при деформации претерпевает термоупругое мартенситное превращение с образованием фазы низкой симметрии.

Никелид титана обладает:

- достаточной коррозионной стойкостью;

- высокой прочностью;

- хорошими характеристиками формозапоминания;

- высоким коэффициентом восстановления формы и высокой восстанавливающей силой;

- деформация до 8 % может полностью восстанавливаться. Напряжение восстановления при этом может достигать 800 МПа;

- высокой демпфирующей способностью материала.

К недостаткам можно отнести:

- из-за наличия титана, сплав легко присоединяет азот и кислород. Чтобы предотвратить реакции с этими элементами при производстве надо использовать вакуумное оборудование;

- затруднена обработка при изготовлении деталей, особенно резанием (оборотная сторона высокой прочности);

- высокая цена. В конце XX века он стоил чуть дешевле серебра.

Кроме никелида титана эффект памяти формы обнаружен в системах:

2) Au-Cd. Разработан в США. Один из пионеров материалов с памятью формы.

3) Cu-Zn-Al. Наряду с никелидом титана имеет практическое применение.

Температуры мартенситных превращений в интервале от – 170 до 100 C.

Преимущества (по сравнению с никелидом титана):

- можно выплавлять в обычной атмосфере;

- легко обрабатывается резанием;

- цена – в пять раз дешевле.

Недостатки:

- хуже по характеристикам формозапоминания;

- хуже механические и коррозионные свойства;

- при термообработке легко происходит укрупнение зерна, что приводит к снижению механических свойств.

4) Cu-Al-Ni. Разработан в Японии. Температуры мартенситных превращений в интервале от 100 до 200 C.

5) Fe-Mn-Si. Сплавы этой системы наиболее дешевые.

Некоторые исследователи полагают, что эффект памяти формы принципиально возможен у любых материалов, претерпевающих мартенситные превращения, в том числе и у таких чистых металлов как титан, цирконий и кобальт.

Специальные муфты обладающее «памятью» формы, впервые были разработаны и внедрены в США, для соединения трубопроводов в гидравлических системах военных самолетов. В истребителе несколько тысяч таких соединений, которые показали высокую прочность и надежность [3].

Соединительную муфту из сплава никель-титан охлаждают до температуры жидкого азота и деформируют (расширяют, проталкивая через нее специальную оправку – дорн) (рис. 1a).

Рисунок 1. Соединение трубопроводов с помощью муфты из никель-титана.

Затем охлажденную муфту быстро надевают на соединяемые трубки трубопровода (рис. 1b). Муфта нагревается до комнатной температуры, восстанавливает свою форму – сжимается и соединяет детали трубопровода (рис. 1c).

Применение таких муфт заключается в следующем: муфта в исходном состоянии при температуре 20 C помещается в криостат, где при температуре -196 C плунжером развальцовываются внутренние выступы. Холодная муфта становится изнутри гладкой. Специальными клещами муфту вынимают из криостата и надевают на концы соединяемых труб.

Комнатная температура является температурой нагрева для данного состава сплава. Дальше все происходит «автоматически». Внутренние выступы «вспоминают» свою исходную форму, выпрямляются и врезаются во внешнюю поверхность соединяемых труб. Получается прочное вакуум-плотное соединение, выдерживающее давление до 800 кгс/см2. По сути дела этот тип соединения заменяет сварку, и предотвращает такие недостатки сварного шва, как неизбежное разупрочнение металла и накопление дефектов в переходной зоне между металлом и сварным швом.

Такой метод соединения хорош для финального соединения при сборке и ремонте конструкции, когда сварка из-за переплетения узлов и трубопроводов становится трудно доступной. На концах соединяемых труб снаружи размещают термоусаживающиеся элементы, а изнутри – упругую, расширяющуюся в радиальном направлении муфту. На соединяемые поверхности наносят эпоксидный клей и нагревают место соединения в два этапа. Перед вторым этапом нагрева, бандажируют место соединения навивкой нескольких слоев прочной ленты с этим же эпоксидным клеем. В эпоксидную композицию на основе сложного диглицидилового эфира фталевой или гидрофталевой кислоты с ангидридным отверждением дополнительно вводят эпоксидиановую смолу. Термоусаживающаяся муфта включает в себя защитную втулку из полиолефина, внутренняя втулка выполняется из эпоксидного полимера. В результате повышается прочность муфтоклеевого соединения, снижается концентрация напряжений, улучшаются эластичные свойства эпоксидной композиции.

ЛИТЕРАТУРА 1. Гришунов В.Н., Сажин Н.А., Теслев А.Л.. Войсковой ремонт. Под редакцией Теслева А.Л.. – М.: Воениздат, 1994. – 448 с.

2. Шишкин С.В., Махутов Н.А. Расчёт и проектирование силовых конструкций на сплавах с эффектом памяти формы. – Ижевск: Научно-издательский центр «Регулярная и хаотическая динамика», 2007. – 412 с.

3. Ооцука К., Симидзу К., Судзуки Ю. Сплавы с эффектом памяти формы:

Под ред. Х. Фунакубо. – М.: Металлургия, 1990. – 224 с.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВИХРЕВОГО ТЕЧЕНИЯ В КОЛЬЦЕВОЙ КАМЕРЕ СГОРАНИЯ Щеглова Н.С.

Исаев А.И.

(научный руководитель) Кафедра авиационных двигателей Московский государственный технический университет гражданской авиации Иркутский филиал Газотурбинные двигатели, применяемые в авиации, имеют повышенные расходы топлива и большой выброс в атмосферу вредных веществ. Для повышения экономичности и снижения выбросов вредных веществ газотурбинных двигателей предлагается организовывать встречные вихревые течения. В статье рассмотрены вопросы течения газа в кольцевой камере сгорания авиационного газотурбинного двигателя.

Камера сгорания – один из важнейших узлов газотурбинного двигателя. Ее назначение состоит в непрерывном производстве нагретого рабочего тела для газовой турбины посредством сжигания топлива в потоке сжатого воздуха, истекающего из компрессора [1].

Несмотря на относительную простоту конструкции, в камере сгорания происходят сложные, многообразные процессы: химические реакции, сложный теплообмен, диффузия, турбулентное перемешивание топливовоздушных и газовых потоков. Правильная организация процесса горения в камере сгорания сводится к созданию требуемой гидродинамической структуры топливо воздушной смеси [2].

Камера сгорания состоит из диффузора, фронтового устройства, жаровой трубы, газосборника. Топливо в жаровую трубу подается по топливным коллекторам с помощью форсунок. Жаровая труба состоит из фронтового устройства, зоны смешения и газосборника, профилированная наружными и внутренними секциями. Фронтовое устройство жаровой трубы включает в себя кольцевую оболочку с лопаточными завихрителями и диффузорную часть трубы, оканчивающуюся первым поясом отверстий подвода воздуха в зону горения [2].

Объем жаровой трубы можно условно разделить на три части: первичную зону горения, промежуточную зону и зону разбавления. Первичная зона горения, расположенная непосредственно за фронтовым устройством, служит для подготовки горючей смеси путем распыливания топлива на мелкие капли, испарения и перемешивания его с первичным воздухом, воспламенения, стабилизации пламени и частичного выгорания топлива. Промежуточная зона предназначена для завершения процесса сгорания топлива.

(а) (b) Рисунок 1. Жаровая труба (a), гидробассейн (b).

Она является продолжением первичной зоны горения и позволяет увеличить время пребывания газов при высокой температуре. Распределенный по длине жаровой трубы подвод вторичного воздуха в промежуточную зону предотвращает преждевременное охлаждение газа и «замораживание»

химических реакций, что обеспечивает сгорание топлива. Смесительный воздух, который не участвует в горении топлива и охлаждении стенок, подается в зону разбавления жаровой трубы через ряд отверстий в ее стенках. В зоне разбавления окончательно формируются среднемассовая температура газа и температурная неравномерность в выходном сечении камеры сгорания [2].

Полнота сгорания зависит от организации всей структуры потока, в связи с этим ставится задача исследования структуры потока в жаровой трубе.

Для проведения исследований была взята жаровая труба (рис. 1a) типовой кольцевой камеры сгорания, вырезан сектор, включающий в себя 2 фронтовых устройства для исследования их взаимных влияний. Эксперимент проводился в гидробассейне (рис. 1b), где рабочим телом являлась вода. В гидробассейне моделировался процесс формирования зоны обратных токов. В результате исследований установлена вихревая структура (рис. 2), формирующаяся от завихрителей.

Рисунок 2. Трехмерная модель вихревой структуры, формирующейся от завихрителей (1 - внутренний корпус жаровой трубы, 2 - конус распыла ТВС, 3 - подача топлива, 4 - вихрь).

Рисунок 3. Образование промежуточного вихря.

Данная структура представляет собой два вихря от каждого из завихрителей. Направление вращения вихрей встречное, что создает условия для формирования промежуточного вихря (рис. 3): происходит перетекание из основных вихревых структур количеством до 10%.

Из-за перетекания части воздуха из основной области, в зоне горения коэффициент избытка воздуха становится меньше 1.

По методике, взятой в Сибирском энергетическом институте академии наук

, рассчитана эмиссия вредных веществ при коэффициенте избытка воздуха равной единице и коэффициенте в зоне горения равной 0.9 (рис. 4).

Рисунок 4. Концентрация продуктов сгорания при = 0,9.

Рисунок 5. Эмиссия оксидов азота и углерода.

Большое количество СО образуется в результате неполного сгорания топлива из-за отсутствия необходимого количества кислорода.

В промежуточной области наличие свободного О2 и N2 и высокой температуры приводит к их реакции и образованию оксидов азота NOx.

Расчеты показали, что при исключении промежуточной зоны вихреобразования эмиссия СО снижается до 2.5 раз, а NO более чем в полтора раза (рис. 5).

Значительного снижения эмиссии СО и NOx можно достичь уменьшением течения в промежуточной зоне, формирование которой связано с тем, что закрутка потока в каждом фронтовом устройстве происходит в одном направлении. Для исключения промежуточного вихря предлагается ввести встречную закрутку у соседних завихрителей.

ЛИТЕРАТУРА 1. ГОСТ Р51852 – 2001 Установки газотурбинные. Термины и определения.

Введ. 25.12.2001. – М.: Изд-во стандартов, 2001. – 15 с.

2. Лефевр А. Процессы в камерах сгорания ГТД.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1986. – 566 с.

ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ СИСТЕМ АВИАЦИОННЫХ ГТД Паньков В.В.

Ходацкий С.А., Караваев А.Ю.

(научные руководители) Кафедра авационных двигателей Московский государственный технический университет гражданской авиации Иркутский филиал В статье приводится модель масляной системы двигателя Д-30КП с использованием технологии Flash. Проводится оценка возможностей моделирования сложных объектов с использованием данной технологии.

Система смазки в двигателе выполняет следующие функции [1]:

1) обеспечивает подвод необходимого количества масла для смазывания трущихся деталей двигателя (подшипников опор и приводов, зубчатых зацеплений редукторов и приводов и т. д.) независимо от условий и режимов полета;

2) охлаждает нагретые детали и отводит тепло в окружающую среду;

3) удаляет из двигателя продукты износа трущихся пар;

4) обеспечивает контроль технического состояния двигателя по содержанию продуктов износа;

5) предохраняет детали от коррозии и наклепа.

В настоящее время конструктивные, структурные и функциональные схемы масляной системы выполняются с использованием стандартных технологий с представлением материала в статическом режиме. Использование таких конструктивных и других схем затрудняет восприятие материала, не позволяет изучать динамику изменения процессов.

Новым подходом к формированию облика сложных динамических систем является применение технологии Flash [2]. Технология Flash дала дизайнерам эффективный способ передавать графику и анимацию по сетям с ограниченной пропускной способностью, которые имелись в распоряжении пользователей.

Плюс к этому, полный набор инструментов рисования для создания и возможности анимирования объекта. Еще одно достоинство Flash – простые средства написания сценариев для реализации интерактивной работы.

В конечном итоге способность Flash эффективно доставлять графику через Интернет с учетом ограничений по скорости соединения привлекла внимание тех разработчиков, которые стремились создавать сложные интерактивные управляемые данными сайты и разбирались в программировании сценариев.

Технология Flash удовлетворила их потребности. По мере того, как высокоскоростной Интернет распространялся все шире, разработчики стали включать более длительные и сложные анимации.

Flash научили отображать видео. С каждой новой версией возможности продукта расширялись. Версии ориентированы не только на дизайнеров, желающих создавать красивую и не слишком ресурсоемкую графику и анимацию, но и на разработчиков, заинтересованных в надежных мультимедийных Интернет приложениях [3].

Технология Flash впервые появилась на свет в виде очень удачной небольшой программы для создания и анимирования векторной графики. В 1997 году компания Масгоmedia приобрела эту программу, изменила название на Flash и позиционировала ее на рынке как инструмент создания графического объекта.

Ранние версии Flash были прекрасными образчиками приложений для конструирования различных сайтов, предоставляя все необходимое для создания визуально привлекательных, а не чисто текстовых сайтов:

1) средства создания графических элементов;

2) их анимирования;

3) разработки интерактивного интерфейса и подготовки НТМL разметки, с помощью которой эти элементы отображались в браузере.

В версии Flash С3 все это осталось, но добавились еще более современные графические инструменты, специализированные средства импорта графики, созданной для импорта и воспроизведения видео, другие компоненты для разработки пользовательского интерфейса и привязки к данным.

Flash превратилась в набор инструментов для создания, так называемых, обогащенных Интернет приложений. В качестве такого приложения может выступать что угодно: онлайновый магазин, корпоративный образовательный модуль, сайт для просмотра видеоклипов, броская витрина для продвижения последней модели автомобиля, снабженная к тому же настраиваемым интерфейсом для виртуального тест-драйва, сложный динамически изменяющийся объект [4].

Данные, лежащие в основе векторной и растровой графики, похожи в том смысле, что те и другие – это инструкции, следуя которым компьютер создает изображение на экране. Однако растровые изображения занимают больше места и обладают меньшей гибкостью. Векторная же графика компактнее и допускает масштабирование. В растровой графике изображение представлено в виде совокупности точек. В векторной форме оно математически описывается как последовательность прямых линий и дуг [4].

В технологии Flash применяются стандартные методы анимации для создания иллюзии движения. Автор готовит последовательность статических изображений, в которой каждое последующее немного отличается от предыдущего. При быстрой смене этих изображений создается впечатление непрерывного движения. Инструменты, включенные во Flash, позволяют создавать, организовывать и синхронизировать анимацию нескольких графических элементов, звукового сопровождения и видеоклипов [3, 4].

Использование компьютерных технологий целесообразно рассмотреть на основе моделирования масляной системы двигателя Д-30КП, как наиболее сложной.

В двигателе Д-ЗОКП использована закрытая, замкнутая циркуляционная масляная система, состоящая из масляного бака, основного масляного насоса ОМН-30, сетчатого фильтра МФС-30, откачивающих масляных насосов МНО- и МНО-ЗОК, центробежного воздухоотделителя с фильтром-сигнализатором ЦВС-30, центробежного суфлера ЦС-ЗОК и топливно-масляного радиатора 4845Т (рис. 1) [1].

Сложность представления данной системы с использованием технологии Flash объясняется тем, что система имеет большое количество структурных элементов. Необходимость моделирования взаимосвязей данных элементов с обеспечением возможностей динамического изменения положений отдельных элементов и системы в целом представляет определенную трудность.

При использовании схемы масляной системы, выполненной в программном продукте Autocad, представляет определенную сложность рассмотрение конструкции и работы основных составляющих системы.

Сложно, имея только схему, представленную на рис.1, представить ее работу, а также работу отдельных звеньев.

Рисунок 1. Масляная система двигателя.

СИСТЕМА СМАЗКИ Д-30КП ЗКП ПКП на срез сопла 14 9 стружка в масле 3 0 30 кг мин. давл.

см2 20 л л 8 масла 6 16 4 кг 0 С мин.остаток см 2 масла - 9. указатель давления и температуры масла 1. откачивающий масляный насос МНО-30К 4 10. указатель уровня масла в баке 2. масляный фильтр МФС- 11. датчик минимального давления масла 3. редукционный клапан 12. датчик термосигнализатора 4. топливо-масляный радиатор 13. датчик минимального остатка масла 5. центробежный воздухоотделитель ЦВС- 14. датчик стружкосигнализатора 6. откачивающий масляный насос МНО- 15. откачивающая ступень ОМН- 7. масляный бак 16. нагнетающая ступень ОМН- 8. центробежный суфлер ЦС-30К Рисунок 2. Масляная система.

Поэтому на рис.2 представлена масляная система двигателя Д-30КП, выполненная с применением технологии Flash.

Использование мультимедийного представления конструкции и работы системы позволяет повысить информативность и доступность выносимого на изучение материала.

Работа программы позволяет регулировать процесс восприятия информации (наглядность в пояснении порядка взаимного перемещения элементов конструкции в процессе работы, принципа работы составляющих системы в целом).


Интерактивное построение схемы облегчает усвоение наименования каждого элемента. При нажатии курсором на элемент конструкции на экране монитора появляется дополнительная информация: наименование элемента конструкции, технические данные.

Таким образом, использование компьютерных технологий при моделировании сложных динамических систем на примере масляной системы двигателя Д-30КП позволило повысить информативность и доступность изучаемого материала. Обеспечение многократного рассмотрения конструкции и работы отдельных элементов расширяет возможности системы.

Предлагаемый подход к формированию моделей сложных динамических систем авиационных ГТД может быть использован и в других областях науки и техники.

ЛИТЕРАТУРА 1. Койнов Р.В. Использование КПК в качестве инструментария в системе ДО // Компьютерные инструменты в образовании, № 4, 2004. – С. 15-18.

2. Мастерская Flash. Мультимедийный обучающий курс. V/LVR «Прогресс», 2010.

3. Хортон У., Хортон К. Электронное обучение: инструменты и технологии / Пер. с англ. – М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2005. – 640 с.

4. Бершадский А.М., Савиных И.В., Косов А.А. Применение мобильных технологий в региональной системе дистанционного образования // Открытое образование, № 6, 2005. – С. 7-8.

СЕКЦИЯ «АВИАЦИОННОЕ РАДИОЭЛЕКТРОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ»

Председатель – доцент Патрикеев О.В.

РЕЖИМ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ В СПУТНИКОВЫХ РНС Яковлев Е.С.

Рыжков Д.А.

(научный руководитель) dryzhkov@mail.ru Кафедра авиационного радиоэлектронного оборудования Московский государственный технический университет гражданской авиации Иркутский филиал Приводится обзор различных режимов работы спутниковых радионавигационных систем, подробно рассматривается режим относительной навигации. Предлагается вариант применения приемной аппаратуры пользователя для построения системы посадки самолета с использованием режима относительной навигации.

В настоящее время все более широкое применение в авиации находят спутниковые радионавигационные системы (СРНС). Высокая точность местоопределения и малые массогабаритные показатели дают возможности для решения широкого круга задач.

Основным режимом работы аппаратуры потребителя навигационной информации СРНС является режим абсолютных определений – то есть определение геодезических или прямоугольных геоцентрических координат и составляющих скорости. При этом необходимо решать круг частных задач, связанных с компенсацией различных погрешностей, присущих используемому в СРНС методу измерений. Как правило, при решении этих задач используют либо дополнительную информацию от других измерителей, либо используют модели погрешностей.

Другим режимом работы аппаратуры потребителя навигационной информации СРНС является режим дифференциальных определений. В этом режиме пользователь так же определяет свои абсолютные координаты, а для компенсации погрешностей использует поправки к своим вычислениям. Эти поправки рассчитываются на базовой станции, которая должна находиться на небольшом расстоянии от потребителя и передавать ему вычисленные поправки. С увеличением расстояния до базовой станции точность поправок уменьшается, в основном из-за влияния неоднородности среды распространения сигналов.

Наряду с абсолютными определениями, все более широкое применение находит режим относительных определений. Под относительным местоопределением понимают нахождение относительных координат одного объекта относительно другого. Под относительными координатами понимают длину базовой линии – расстояние между объектами, а также направляющие косинусы, определяющие положение этой линии в пространстве [1, 2].

В ходе относительных определений оба объекта осуществляют измерения по одним и тем же навигационным искусственным спутникам Земли (ИСЗ) в одни и те же моменты времени. При этом по каналу связи с одного объекта на другой, или с обоих объектов в пункт совместной обработки, передаются массивы проведенных измерений. По результатам этих измерений определяют проекции базовой линии на оси геоцентрической системы координат.

Положительной особенностью относительных определений является то, что при их использовании ряд погрешностей, имеющих систематический характер для обоих объектов, может быть скомпенсирован. Этим режим относительных навигационных определений сходен с дифференциальным режимом навигационных определений. Однако, в отличие от дифференциального режима, в режиме относительных определений оба объекта равноправны и не требуется знание точного местоположения одного из них, выбранного в качестве опорного (рис. 1).

Наиболее широко режим относительных определений используется геодезии. Кроме того, этот режим может использоваться при навигационном обеспечении группового полета самолетов и космических аппаратов, с целью обеспечения малых, но безопасных удалений этих объектов друг от друга в процессе полета, в системах предупреждения столкновений воздушных или морских объектов, плавании морских судов в проливах, диспетчеризации на железнодорожном транспорте, при решении задач сближения и стыковки космических аппаратов, и в других задачах.

НИСЗ R R О П С О Ф Н Е О Р А И io n io n R R О П D O П Рисунок 1. Методика относительных определений между объектами в СРНС.

Особенно актуально решение подобной задачи при поиске и спасении потерпевших крушение, когда вместо координат, используются дальность до аварийного маяка и направление полета на него, а также в перспективных системах посадки на базе СРНС.

Рассмотрим основные принципы относительных определений. За модель измерений псевдодальности между i-тым навигационным ИСЗ и определяющимся потребителем примем (1) Pni Rnгеом c dt n c dtiшв c dt nион, i шв i i i i i где Rnгеом xn y n z n – геометрическая дальность «потребитель – i i i навигационный ИСЗ»;

xn, y n, z n – соответствующие разности координат шв i-го навигационного ИСЗ и потребителя;

c – скорость света;

c dt n – погрешность, определяемая сдвигом шкалы времени потребителя относительно шв системного времени;

c dti – погрешность, определяемая сдвигом шкалы i времени i-го навигационного ИСЗ относительно системного времени;

c dt nион – погрешность, определяемая ионосферной задержкой сигнала на луче «i-ый навигационный ИСЗ – потребитель». Заменяя в выражении (1) индекс «п» на индекс «о», получим выражение псевдодальности, измеренной между i-тым навигационным ИСЗ и объектом, принятым за опорный (2) Poi Roгеом c dt o c dtiшв c dt oион.

i шв i Аналогичные выражения можно получить для j-го спутника (3) Pnj Rnгеом c dt n c dt шв c dt nион, j шв j j (4) Po j Roгеом c dt o c dt шв c dt oион.

j шв j j Теперь, если вычесть псевдодальности, измеренные «потребителем» и «опорным объектом» до i-го навигационного ИСЗ, то получим так называемую первую разность (5) Pni Poi Rnгеом Roгеом c dtn dto c dtnион dtoион, i i шв шв i i особенностью которой является отсутствие погрешности, обусловленной сдвигом шкалы времени i-го навигационного ИСЗ относительно системного времени. Аналогично получим первую разность для j-го навигационного ИСЗ (6) Pnj Poj Rnjгеом Roгеом c dtn dto c dtnион dtojион.

j шв шв j Если же вычесть первую разность, сформированную по измерениям до i-го навигационного ИСЗ и первую разность, сформированную по измерениям до j го навигационного ИСЗ, то получим так называемую вторую разность, особенностью которой является отсутствие погрешностей, обусловленных сдвигом шкал времени приемников «потребителя» и «опорного объекта»

относительно системного времени P i Poi Pnj Po j Rn геом Roгеом Rnгеом Roгеом i i j j n (7).

c dt nион dt oион dt njион dtojион i i В выражения (1-7) не включены погрешности, обусловленные влиянием тропосферы, аппаратурными задержками и ряд других, так как при определении первых и вторых разностей эти погрешности либо взаимно компенсируются, либо дают остаточную погрешность очень малой величины (порядка 0.1-0.3 м.) [3, 4].

Таким образом, в результате получаются выражения (7) для разностей, Pni Poi и Pnj Poj, измеренных до i-го и j-го спутников, дальностей i i зависящих только от разностей геометрических дальностей Rn геом Roгеом и R j j Roгеом «навигационный ИСЗ – приемный пункт» и погрешностей n геом c dt nион dtoион и c dt nион dt ojион, обусловленных распространением i i j сигналов навигационных ИСЗ в ионосфере. Если заменить разности R R i i геометрических дальностей на разности соответствующих n геом oгеом z x y i 12 i i i i i xn yn o z o координат, то, для набора n o измерений по созвездию спутников, получим систему уравнений для решения задачи относительных определений. При малых значениях длины базовой линии ( 10 км) можно считать ионосферные пути сигналов «навигационный ИСЗ – потребитель» и «навигационный ИСЗ – опорный пункт» одинаковыми или близкими по значению, что позволяет скомпенсировать погрешности, обусловленные ионосферой еще при получении первых разностей (5, 6).

Таким образом, если имеются измеренные «потребителем» и «опорным пунктом» дальности до одних и тех же навигационных ИСЗ, то составив вторые разности (7) и проведя соответствующие преобразования (1-7) можно получить систему уравнений, в которой в левой части будут разности координат «потребителя» и «опорного пункта», а в правой части разности соответствующих геометрических дальностей.

Запишем эту систему в общем виде:

1 R n Ro x y A (8), i i z R n Ro где A – оператор преобразования.

Решение подобной системы уравнений (8) может быть найдено одним из известных способов [1, 2, 5].

Значительный интерес представляет использование режима относительных определений при решении задач посадки. В настоящее время, в нашей стране уже ведется разработка системы посадки вертолета на палубу корабля с использованием дифференциально-относительных определений (МКБ «Компас»). Суть метода проста – с помощью поправок, рассчитанных на дифференциальной станции на борту корабля, вычисляются точные координаты вертолета, а затем, зная точные координаты корабля и вертолета, определяется их относительное положение.


Перспективным представляется использование режима относительных определений при решении задач посадки самолета на аэродром. Рассмотрим следующую ситуацию.

С двух сторон взлетно-посадочной полосы, на некотором удалении от продольной оси ВПП установлены приемники СРНС, которые проводят измерения псевдодальностей по всем видимым на данный момент спутникам и передают информацию об измерениях на борт воздушного судна, заходящего на посадку (рис. 2а). Аппаратура потребителя, установленная на борту воздушного судна, также проводит аналогичные измерения. Определяются спутники рабочего созвездия и вычисляются базовые линии D1 и D2 между воздушным судном и наземными приемниками. В этом случае разность базовых линий покажет отклонение траектории воздушного судна от продольной оси ВПП, то есть, получим аналог курсового канала системы посадки. Разность базовых линий D1 и D2, рассчитанных до приемников, установленных в торцах ВПП (рис. 2б) даст информацию об отклонении от линии глиссады (аналог глиссадного канала системы посадки). В этом случае есть особенность, заключающаяся в том, что разность базовых линий должна удовлетворять уравнению, описывающему движение ВС по линии снижения (глиссаде). Величина базовой линии до приемника, находящегося в торце полосы со стороны захода на посадку даст информацию о дальности до ВПП (аналог дальномерного канала системы посадки).

Рисунок 2. Перспективная система посадки.

Таким образом, используя информацию от приемников, установленных симметрично относительно продольной и поперечной осей ВПП, можно контролировать положение воздушного судна на посадочной траектории.

Подобная система посадки может использоваться в качестве резервной для основной системы, либо использоваться самостоятельно на аэродромах, где установка стационарных маяков штатной системы посадки невозможна или затруднена по каким-либо причинам. Необходимо только установить четыре приемника СРНС и организовать канал связи для передачи данных измерений на борт воздушного судна.

В настоящее время нами проводится оценка точности предлагаемой системы посадки для возможности ее применения, как на аэродромах функционирующих аэропортов, так и нефункционирующих (для использования в качестве аварийных мест посадки).

ЛИТЕРАТУРА 1. Шебшаевич В.С. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. –М.:Радио и связь, 1982. – 272 с.

2. Манин А.П., Романов Л.М. Методы и средства относительных определений в системе NAVSTAR// Зарубежная радиоэлектроника, 1989, №1. – С. 33-45.

3. Харисов В.Н., Перов А.И., Болдин В.А. Глобальная спутниковая система ГЛОНАСС. – М.: ИПРЖР, 1998. – 399 с.

4. Elliott D. Kaplan Editor. Understanding GPS Principles and Applications.

Artech House, Boston, London, 1996. – 559 p.

5. Манин, Поваляев А.А., Тюбалин В.В., Хвальков А.А. Определение относительных координат по радиосигналам системы ГЛОНАСС// Радиотехника, 1996, №4. – С. 48-52.

РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ДВУХКООРДИНАТНОЙ ПЛАТФОРМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАБОЧЕГО МЕСТА ПО НАСТРОЙКЕ И РЕМОНТУ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ Трухин Р.В., Бальчугов А.Ю.

Туринцев С.В.

(научный руководитель) basek@rambler.ru Кафедра авиационного радиоэлектронного оборудования Московский государственный технический университет гражданской авиации Иркутский филиал При модернизации стендов (учебно-лабораторных) по проверке радиоэлектронного оборудования, ремонте плат, получивших механические повреждения, возникает необходимость в изготовлении новых печатных плат. Сверление отверстий на изготавливаемой плате представляет собой трудоемкое занятие. Развитие научно технического прогресса на современном этапе позволяет человеку с инженерным образованием автоматизировать данный процесс.

Для автоматизации процесса сверления отверстий в изготавливаемой плате необходимо обеспечить управление перемещением с заданной точностью платформы, с закрепленной на ней печатной платой по двум координатам в горизонтальной плоскости [1]. Под заданной точностью понимается допустимое отклонение центра просверленного отверстия от истинного положения. Зададимся допустимым отклонением в 0,15 мм. Для реализации указанных требований необходимо создать устройство, которое структурно состоит из следующих модулей:

1) стол с механизмом перемещения минидрели в вертикальной плоскости;

2) платформа;

3) драйвер управления платформой с механизмом перемещения минидрели;

4) программный модуль управления платформой и механизмом перемещения минидрели.

Рассмотрим подробнее перечисленные модули.

Стол с механизмом перемещения минидрели в вертикальной плоскости и платформа – представляют собой сложную электронно-механическую систему.

Перемещение платформы в горизонтальной плоскости и минидрели в вертикальной будет осуществляться с помощью шаговых двигателей управляемых программно.

Шаговый двигатель – это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы в дискретные механические перемещения. Шаговые двигатели относятся к классу бесколлекторных двигателей постоянного тока [2]. Как и любые бесколлекторные двигатели, они имеют высокую надежность и большой срок службы. По сравнению с обычными двигателями постоянного тока, шаговые двигатели требуют значительно более сложных схем управления, которые должны выполнять все коммутации обмоток при работе двигателя. Кроме того, сам шаговый двигатель – дорогостоящее устройство, поэтому там, где точное позиционирование не требуется, обычные коллекторные двигатели имеют заметное преимущество.

Одним из главных преимуществ шаговых двигателей является возможность осуществлять точное позиционирование и регулировку скорости без датчика обратной связи. Это очень важно, так как такие датчики могут стоить намного больше самого двигателя. В зависимости от конфигурации обмоток двигатели делятся на биполярные и униполярные. Биполярный двигатель имеет одну обмотку в каждой фазе, которая для изменения направления магнитного поля должна переполюсовываться драйвером. Для такого типа двигателя требуется мостовой драйвер, или полумостовой с двухполярным питанием. Всего биполярный двигатель имеет две обмотки и, соответственно, четыре вывода.

Униполярный двигатель также имеет одну обмотку в каждой фазе, но от середины обмотки сделан отвод. Это позволяет изменять направление магнитного поля, создаваемого обмоткой, простым переключением половинок обмотки. При этом существенно упрощается схема драйвера. Драйвер должен иметь только 4 простых ключа. Таким образом, в униполярном двигателе используется другой способ изменения направления магнитного поля. Средние выводы обмоток могут быть объединены внутри двигателя, поэтому такой двигатель может иметь 5 или 6 выводов. Если сравнивать между собой биполярный и униполярный двигатели, то биполярный имеет более высокую удельную мощность. При одних и тех же размерах биполярные двигатели обеспечивают больший момент. На практике все же часто применяют униполярные двигатели, так как они требуют значительно более простых схем управления обмотками. Это важно, если драйверы выполнены на дискретных компонентах. В настоящее время существуют специализированные микросхемы драйверов для биполярных двигателей, с использованием которых драйвер получается не сложнее, чем для униполярного двигателя. В связи с этим, для работы были выбраны униполярные шаговые двигатели. Сверло также предполагается изготовить собственными силами.

Драйвер шагового двигателя для управления платформой и механизмом перемещения минидрели должен решать две основные задачи: это формирование необходимых временных последовательностей сигналов и обеспечение необходимого тока в обмотках. Выполнение данных задач можно реализовать на микросхемах различных фирм [3]. Примером может служить комплект микросхем L297 и L298 фирмы SGS-Thomson. Микросхема L содержит логику формирования временных последовательностей, а L представляет собой мощный сдвоенный H-мост. К сожалению, существует некоторая путаница в терминологии относительно подобных микросхем.

Понятие «драйвер» часто применяют ко многим микросхемам, даже если их функции сильно различаются. Иногда микросхемы логики называют «трансляторами». На практике можно обойтись и без специализированных микросхем. Например, все функции контроллера можно реализовать программно, а в качестве драйвера применить набор дискретных транзисторов.

Однако при этом микроконтроллер будет сильно загружен, а схема драйвера может получиться громоздкой. Несмотря на это, в некоторых случаях такое решение будет экономически выгодным. Наиболее простой драйвер для управления обмотками униполярного двигателя может быть реализован на ключах, в качестве которых могут быть использованы биполярные или полевые транзисторы. Достаточно эффективными являются мощные МОП-транзисторы, такие как IRLZ34, IRLZ44, IRL540. У них сопротивление в открытом состоянии менее 0.1 Ом и допустимый ток порядка 30А. Отечественными аналогами являются транзисторы КП723Г, КП727В и КП746Г соответственно.

Существуют также специальные микросхемы, которые содержат внутри несколько мощных транзисторных ключей. Примером может служить микросхема ULN2003 фирмы Allegro (наш аналог К1109КТ23), которая содержит 7 ключей с максимальным током 0.5 А. Данная микросхема была использована нами при разработке драйвера (пример применения микросхемы приведен на рис. 1).

Рисунок 1. Пример применения микросхемы ULN2003 для управления шаговым двигателем через LPT порт.

Рисунок 2. Скриншот программы управления портами.

Программный модуль управления платформой и механизмом перемещения минидрели служит для управления работой шагового двигателя. На этапе отработки и проверки технических решений в качестве программного модуля используется разработанная программа управления портами компьютера.

Панель данной программы управления шаговыми двигателями через LPT-порт представлена на рис. 2.

После настройки устройства в целом будет написана программа, учитывающая все особенности управления шаговым двигателем.

ЛИТЕРАТУРА 1. Павлов С., Механика самодельного станка с ЧПУ. – http://www.mirstan.ru/user_img/CNC_Literature/CNC_mechanics.pdf.

2. Ратмиров В. А. Шаговые двигатели в системах программного управления.

– М.: «Электропмышленность и приборостроеие», 1960, № 23.

3. Ридико Л.И. Контроллер шагового двигателя. – http://forum.modelka.com.ua/index.php?showtopic= ПРИМЕНЕНИЕ ОFDM МОДУЛЯЦИИ В ПЕРСПЕКТИВНЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ ГА Рыбакова С.А Межетов М.А.

(научный руководитель) Кафедра авиационного радиоэлектронного оборудования Московский государственный технический университет гражданской авиации Иркутский филиал Рассмотрены основные принципы формирования цифровых сигналов использующих OFDM модуляцию. Применение OFDM позволяет оптимизировать использование частотных ресурсов за счёт улучшения спектральной эффективности радиоканала. Это даёт возможность повысить качество приёма, уменьшить уровень шумов в канале, обеспечить совместную работу существующих и предлагаемой систем связи и возможность адаптации системы в зависимости от выполняемых задач. В данной работе раскрыты достоинства OFDM и показаны возможности применения данного вида модуляции в гражданской авиации.

На сегодняшний день цифровые виды модуляций находят применение во многих отраслях жизни человека. Одним из таких видов модуляций является OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing – ортогональное частотное мультиплексирование), который обеспечивает оптимизацию полосы пропускания радиоканала за счет улучшения спектральной эффективности.

Причем применение OFDM позволяет увеличить скорость передачи без увеличения занимаемой полосы частот или уровня модуляции. Поэтому OFDM используется в большинстве современных систем беспроводной связи, например, таких как (Wi-Fi) и (WiMAX), в цифровом радио – и телевещании (DRM и DVB), в сетях четвертого поколения 4G (LTE) [1].

Такое увеличение обеспечивается за счет разделения одного частотного канала на множество ортогональных поднесущих.

Поднесущие являются ортогональными, потому что передача информации на каждой поднесущей не влияет на передачу информации на соседних поднесущих. Максимум энергии одной поднесущей совпадает с минимумами других поднесущих, несмотря на то, что их сигналы частично пересекаются в частотном спектре. Таким образом, несколько потоков информации может одновременно параллельно передаваться в одном канале на нескольких поднесущих. Частичное пересечение каналов позволяет практически удвоить число поднесущих в одной и той же полосе частот.

Суммарный OFDM сигнал может рассматриваться как множество медленно модулируемых узкополосных сигналов, а не как один быстро модулируемый широкополосный сигнал (рис. 1).

Рисунок 1. Спектр OFDM.

Число поднесущих в одном канале может быть достаточно большим: 512, 1024.

В основе формирования OFDM сигнала лежит операция обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) Kc I ( n ) cos( 2 ( nf 0 f c )t ) S (t ) (1) n K c Q ( n ) sin( 2 ( nf 0 f c )t ).

где I(n) – синфазная и Q(n) – квадратурная составляющие передаваемой информации на поднесущих, nf0 – поднесущая частота, fc – рабочая частота.

Существует ряд поднесущих от – Кс до Кс, частоты которых формируются функцией ОБПФ.

Преобразователь последовательного в параллельный код предназначен для распараллеливания общего цифрового потока на более мелкие и для снижения общей символьной скорости. Карта созвездий (QAM) преобразует параллельные потоки в многоуровневый цифровой сигнал.

Переход от двоичного сигнала к многоуровневому приводит к сужению спектра до ОБПФ. ОБПФ обеспечивает переход из частотной области во временную. Квадратурный модулятор осуществляет перенос сигнала на рабочую частоту fc [2]. Структурная схема формирователя OFDM представлена на рис. 2.

Рисунок 2. Формирователь OFDM.

Таким образом, применение OFDM позволяет обеспечить:

1) улучшение качества приема;

2) низкий уровень помех по соседнему каналу и искажений, обусловленных замираниями;

3) возможность передачи речевой информации совместно с данными;

4) уменьшение (до 6 раз) мощностей передатчиков, приводящее не только к экономии электроэнергии, но и к снижению уровня «электросмога», а, следовательно, и ущерба окружающей среде;

5) использование существующих аналоговых радиоприемников и немного модернизированных АМ-передатчиков;

6) использование не только во всех диапазонах ниже 30 МГц (ДВ, СВ, КВ), но и на УКВ;

7) высокую эффективность использования спектра: от 3 до 4 бит/Гц/с;

8) открытость системы для улучшения.

ЛИТЕРАТУРА 1. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. – М.: Вильямс, 2003. – 243 с.

2. Цифровые радиоприемные системы. Справочник / под ред. М.И.

Жодзишского – М.: Радио и связь, 1990. – 356 с.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИНЦИПА СВЕРХРЕГЕНЕРАЦИИ В АВИАЦИОННЫХ ПРИЕМНИКАХ Батюк В.В.

Межетов М.А.

(научный руководитель) Кафедра авиационного радиоэлектронного оборудования Московский государственный технический университет гражданской авиации Иркутский филиал В статье рассмотрены основные принципы приёма сигналов, с использованием эффекта регенерации и сверхрегенерации. Проведён анализ применяемых методов и способов осуществления такого приёма. Показаны достоинства и недостатки принципов регенерации и сверхрегенерации. Предложена идея использования сверхрегенерации для приёма узкополосных АМ сигналов в авиационных радиоприёмных устройствах.

ВВЕДЕНИЕ В 1922 году Армстронг запатентовал сверхрегенеративный приемник, однако использование этой схемы было недолгим. Главными преимуществами при использовании сверхрегенератора в аппаратуре являлись простота конструкции, малые габариты и низкое энергопотребление. Плюсом схемы сверхрегенератора является ее высокая чувствительность (5-10 мкВ), малая зависимость уровня выходного сигнала от изменений входного и простота настройки, т.к. данная схема имеет всего один колебательный контур и может быть реализована на одном транзисторе. Минусы сверхрегенератора – это широкая полоса пропускания (200-500 кГц и более), высокочастотное излучение антенной на частоте приема и шипящий шум во время работы, который уменьшается до полного пропадания при увеличении мощности входного сигнала. Трудности качественной настройки связаны с тем, что сверхрегенеративный каскад является многофункциональным. На одном транзисторе собран и усилитель высокой частоты, и генератор вспомогательных колебаний (генератор суперизации), и детектор, выделяющий полезный низкочастотный сигнал. Если бы выполнение перечисленных функций было «поручено» разным каскадам, то каждый из них в отдельности легко можно было бы настроить на оптимальный режим работы. Поскольку качественное выполнение каждой из функций предъявляет к режиму работы свои, часто противоречивые требования, в сверхрегенераторе приходится устанавливать некоторый компромисс. В этом и заключается сложность настройки.

Режим работы любого каскада с течением времени меняется под действием различных дестабилизирующих факторов. Поэтому еще одним недостатком сверхрегенератора можно считать невысокую устойчивость его работы. Установленный компромисс нарушается, и параметры приемника со временем изменяются [1].

ПРИНЦИП РЕГЕНЕРАЦИИ Существует давно известный способ повышения (умножения) добротности. Суть его заключается в том, что потери в контуре компенсируются за счет энергии источника питания. Механизм компенсации понятен из рис. 1.

К конденсатору контура подключен транзистор VT1. Напряжение Uc с конденсатора поступает на базу транзистора VT1, что вызывает изменение тока, протекающего в коллекторной цепи за счет источника питания G1. Протекая по катушке L2, этот ток наводит в катушке L1 ЭДС взаимной индукции (обратной связи). Фазировка катушек выбирается таким образом, чтобы Еос была синфазна с колебаниями, происходящими в контуре, т.е. обратная связь была положительной.

Рисунок 1. Механизм компенсации.

Ток I в контуре теперь течет под действием суммы Е+Еос, и амплитуда колебаний нарастает. В контур, за счет положительной обратной связи, вносится из коллекторной цепи энергия источника питания, компенсирующая потери энергии сигнала в контуре. Энергия вносится в виде колебаний той же частоты, что и у поступивших в контур из антенны. Происходящая компенсация потерь, или, другими словами, восстановление энергии сигнала называется регенерацией, а приемники, использующие рассмотренный принцип для повышения коэффициента усиления – регенеративными.

ПРИНЦИП СВЕРХГЕНЕРАЦИИ При всей привлекательности регенеративного метода, он обладает существенным недостатком – изменение уровня обратной связи при изменении входного напряжения.

Для устранения данного эффекта применяется сверхрегенеративное усиление. Наибольший коэффициент усиления в регенераторе можно получить, находясь на границе самовозбуждения. Однако, это положение и наименее устойчиво именно из-за близости к режиму самовозбуждения. Идея сверхрегенеративного приема заключается в периодическом изменении вносимого сопротивления таким образом, чтобы усилитель на определенную часть этого периода превращался в генератор, проходя через область максимального усиления [2]. Принципиальная схема такого сверхрегенератора представлена на рис. 2.

Напряжение UR2 снимается с нижнего плеча делителя R1-R2 и может регулироваться переменным резистором R1. Элементы R4-C7 являются фильтром нижних частот и предназначены для выделения полезного сигнала.

В правильно собранной схеме, при отсутствии входного сигнала, существует режим прерывистых колебаний. Формы напряжения на контуре UK и на конденсаторе С4, приведены на рис. 3а. Пилообразное напряжение на рис.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.