Молодой учёный. Issn молодой учёныйМеждународный научный журналВыходит еженедельно 46 (180) Редакционная коллегия bГлавный редактор
 Скачать 7.12 Mb.
|
|
Выводы — Проведен анализ существующего процесса проведения расчетных работ для стадии рабочего проектирования опор шасси и предложены подходы к его совершенствованию Разработана единая расчетная модель в программном комплексе Ansys Workbench для серии расчетов, работоспособность которой была проверена на примере хвостовой опоры шасси вертолета Ка На базе имеющейся статистики по затраченным трудоемкостям, а также на основании экспертных оценок проведен сравнительный анализ трудоемкостей, затрачиваемых на проведение процессов имеющегося и предлагаемого типов. Можно заключить, что подход к расчетному проектированию опор шасси, основанный на управлении интерфейсами между отдельными расчетами с применением промежуточных файлов, а также с проведением серии расчетов Рис Схема взаимосвязей между компонентами совокупности проводимых расчетов Молодой учёный» . № 46 (180) . Ноябрь 2017 г. Технические науки в одной программной среде, является предпочтительным по ряду параметров и относительно несложным в технической реализации. Тем не менее, целесообразность его внедрения в процесс проектирования отдельно взятой системы зависит отряда экономических показателей, специфики разрабатываемого изделия и механизма взаимодействия с заказчиком и прочими заинтересованными сторонами проекта. Литература: 1. Isad Saric «Implementation of CAD/CAM/CAE systems», 2009. Неохлаждаемые тепловизионные приборы для обнаружения малоразмерных воздушных целей Ашуров Дмитрий Андреевич, магистрант Высшая школа системного инжиниринга Московского физико-технического института Исламов Вадим Кадимович, доктор технических наук, старший научный сотрудник, научный руководитель Главный научно-исследовательский испытательный центр робототехники Министерства обороны Российской Федерации (г. Москва) Изложены основные результаты исследований, направленных на совершенствование научно-методиче- ского аппарата для оценки эффективности оптико-электронных систем с тепловизионными приборами. Приведены результаты оценки возможностей по обнаружению малоразмерных воздушных целей с применением тепловизора на основе неохлаждаемого фотоприёмного устройства матричного типа. Ключевые слова беспилотный летательный аппарат, противовоздушная оборона, обнаружение малоразмерных воздушных целей, тепловизор, микроболометрическое матричное фотоприёмное устройство, эквивалентная шуму разность температур З а последнее десятилетие в сфере построения и использования авиационной техники произошёл настоящий прорыв. Почти во всех крупных странах большое распространение получили воздушные робототехнические комплексы беспилотные летательные аппараты (БЛА). Беспилотники успешно выполняют разведывательные, поисковые, охранные, боевые (ударные, транспортные и другие задачи. Особую роль они сыграли и продолжают играть в вооружённых конфликтах и военных операциях. Современные БЛА отличаются небольшими габаритами, имеют специальную окраску и малую радиолокационную и оптическую заметность. Разнообразные по конструкции машины могут совершать бесшумные полёты на различных высотах от нескольких метров до 20 км. Разведывательные и боевые воздушные роботы могут представлять угрозу для многих наземных объектов, подлежащих охране и защите. Беспилотные аппараты относятся к важным целям для средств противовоздушной обороны (ПВО). Обнаружение, сопровождение и поражение БЛА в воздухе является сложной комплексной задачей. Для её решения создаются и применяются радиолокационные станции, оптико-электронные системы (ОЭС) с телевизионными, инфракрасными и тепловизионными камерами, а также акустические комплексы. Важной и актуальной научно-технической проблемой является разработка, создание и применение эффективных и сравнительно недорогих тепловизионных приборов (ТПВП). В данной статье приведены результаты изучения принципов создания и характеристик современных опти- ко-электронных приборов и вариантов построения тепловизионного канала ОЭС на основе неохлаждаемого фотоприёмного устройства матричного типа. Тепловизионные приборы в зависимости от типа устанавливаемых в них фотоприёмных устройств (ФПУ) подразделяются на два класса — охлаждаемые и неохлажда- емые. Изучение работ, посвящённых конструированию и возможностям применения тепловизоров, свидетельствует о том, что основной недостаток приборов с охлаждаемыми ФПУ заключается в необходимости иметь сложную систему агрегирования низких температур. Для выхода на рабочий режим требуется понизить температуру ФПУ до минус 190 СВ настоящее время существует три основных типа охлаждающих систем брызгающего типа, Джоуля-Томсона, замкнутая микрокриогенная система Стирлинга. Наибольшее распространение в силу обеспечения функциональной автономности получили приборы Стирлинга. Но реализуемое в них техническое решение замкнутого цикла охлаждения существенно увеличивает стоимость охлаждающей системы и накладывает ряд ограничений длительное время выхода на рабочий режим и относительно небольшой эксплуатационный ресурс 41 “Young Scientist” . # 46 (180) . November 2017 Technical Изготавливаемые серийно неохлаждаемые фотопри- ёмники значительно уступали охлаждаемым по показателям чувствительности, поэтому они находили практическое применение лишь в гражданских тепловизорах для инфракрасной термографии. В конструкциях современных средств ПВО также традиционно использовались и продолжают применяться тепловизионные приборы на основе охлаждаемых ФПУ. Вместе стем за последние годы различные фирмы-про- изводители стали выпускать новые матрицы и неохлажда- емые фотоприёмники. Появились высокочувствительные микроболометрические матричные фотоприёмные устройства (МФПУ) с компактной электроникой обработки сигнала, которые по стоимости в 1,5–2 раза дешевле охлаждаемых аналогов. У таких появившихся на мировом рынке модулей значение эквивалентной шуму разности температур (ЭШРТ) составляет менее 50 мК. В линейке образцов представлены МФПУ формата 320 × 256, 640 × 512 и 1024 × 768, с размером чувствительных элементов 25 и 17 мкм Можно предположить, что появление новых матричных модулей и создание на их основе тепловизионных приборов позволит значительно расширить возможности систем обнаружения и сопровождения не только воздушных целей (самолётов, вертолётов, БЛА), но и малоразмерных наземных и надводных объектов. Порядок оценки характеристики возможностей применения в конструкциях тепловизоров неохлаждаемых МФПУ рассмотрим на примере прибора с матрицей фирмы OPGAL формата 640 × 480 элементов с размером пикселей 17 × 17 мкм. Производителем заявлено, что при использовании объектива с относительным отверстием 1:1 значение ЭШРТ не превышает 50 мК Основные характеристики тепловизора для оценки показателей эффективности обнаружения малоразмерных объектов (целей) приведены в таблице Таблица Характеристики тепловизора с неохлаждаемым матричным фотоприёмным устройством Формат МФПУ 640 × Поле зрения, град × Размер элемента, мкм × Диаметр входного зрачка объектива, мм 210 Фокусное расстояние объектива, мм 210 Материал чувствительного слоя МФПУ amorphous Спектральный диапазон, мкм 7,5–14 Эквивалентная шуму разность температур, Время выхода на режим, с 6 Габаритные размеры модуля МФПУ (длина × ширина × высота, мм × 33 × Масса модуля МФПУ, г 80 Оценка показателей эффективности применения тепловизоров с неохлаждаемыми МФПУ проводится на основе преобразования основных (базовых) параметров типовых целей и варьируемых величин, характеризующих возможные или выбранные условия функционирования тепловизионных приборов. Обозначим: N — отношение сигнал/шум на различных дальностях до объекта обнаружения Т — коэффициент пропускания атмосферы для заданного спектрального диапазона ΔТ ЭШ — эквивалентная шуму разность температур Т — типовые значения радиационного контраста объекта наблюдения. Формула для расчёта величины сигнал/шум имеет вид = Т · Т λ / ΔТ ЭШ (Определение коэффициента Т ∆ λ выполняется по методике, изложенной в работе [2]. Методика позволяет учитывать спектральный диапазон ТПВП, климатический регион применения тепловизора, абсолютную влажность воздуха, метеорологическую дальность видимости и про- тяжённость трассы наблюдения. Средняя величина коэффициента пропускания атмосферы для спектрального диапазона ∆ λ рассчитывается по формуле Т ∆ λ = Т ∆ λ М · ТА (где Т ∆ λ М — коэффициент пропускания атмосферы, характеризующий поглощение тепла атмосферными газами, ТА — коэффициент пропускания атмосферы, характеризующий тепловые потери из-за аэрозольного воздействия (влажности воздуха). Практически все современные станции комплексов ПВО оснащены автоматом захвата тепловизионного изображения целей. В работе [3] показано, что для уверенного обнаружения и сопровождения воздушных целей необходимо обеспечить, соотношение сигнал/шум (N) в тепловизионных каналах не менее 6 единиц. Эта величина является пороговой характеристикой тепловизионного автомата (ТА) захвата целей на различных дально- стях. Для определения величин по формулами) и входящих в них характеристик принимались следующие ис- Молодой учёный» . № 46 (180) . Ноябрь 2017 г. Технические науки ходные данные модель, описывающая дисперсный состав континентального умеренного воздуха в летний сезон спектральный диапазон 8–12 мкм, абсолютная влажность воздуха 10 гм метеорологическая дальность видимости 20 км, протяжённость трассы от 1 до км. Полученные соотношения сигнал/шум в видеосигнале тепловизора с Т ЭШ = 50 мК при условии обнаружения малоразмерных объектов (целей) с радиационными контрастами Тот до 2 К на дальностях до 10 км показаны на графиках рисунка Рис Зависимость величины сигнал/шум для объектов с различными тепловыми контрастами на дальностях до 10 км Известно, что для наблюдения за малоразмерными объектами на дальностях 3–5 км необходимо использовать объектив с фокусным расстоянием не менее 210 мм. Значения максимальной дальности обнаружения тепловизором малоразмерных воздушных объектов можно определять по методике, приведенной в работе [4]. Согласно методике с использованием критерия Джонсона устанавливается на какой дальности минимальный (критический) размер объекта в плоскости МФПУ будет равен размеру двух чувствительных элементов. Схема преобразования размеров объекта обнаружения в каналах тепловизора с МФПУ показана на рисунке Рис Схема получения видеоизображения объекта в тепловизионном канале прибора с МФПУ 43 “Young Scientist” . # 46 (180) . November 2017 Technical Площадь объекта в пределах поля зрения прибора на плоскости МФПУ определяется по формуле = SAB·f² / Lизм², (где f — фокусное расстояние объектива, Lизм — дальность наблюдения или измерения, SAB — площадь проекции объекта наблюдения. Количество элементов МФПУ, воспринимающих и фиксирующих тепловое излучение от объекта (цели, определяется соотношением Nэл = Sab / Sэл, (где Sab — размер объекта (целина чувствительной плоскости МФПУ, Sэл — размер одного чувствительного элемента МФПУ. Значения Nэл, рассчитанные по формулам (3) — (4) для малогабаритных объектов — БЛА площадью 0,5 им показаны на графиках рисунка Рис Распределение количества облучённых элементов в плоскости МФПУ По результатам проведённых расчётов, можно сделать следующие выводы. Тепловизионный прибор, имеющий неохлаждаемую матрицу формата 640 × 480 элементов и объектив с фокусным расстоянием 210 мм может обеспечить обнаружение и сопровождение низкоконтрастных воздушных целей с Т = 0,5 К на дальностях до 2,5 км. При значениях Т ≥ 1 К дальность обнаружения и сопровождения малоразмерных объектов площадью 0,25 м может достигать 4 км, а объектов площадью 0,5 мкм. Для увеличения дальности действия тепловизора, возможно использовать объектив с большим фокусным расстоянием (более 210 мм. Применение МФПУ формата 1024 × 768 позволит увеличить углы поля зрения тепловизора, тем самым расширить зону сканирования и уменьшить время тепловизионного обнаружения воздушных объектов (целей). Использование в ОЭС тепловизоров с микроболоме- трическими матричными фотоприёмными устройствами, по сравнению с охлаждаемыми фотоприёмниками, может иметь ряд преимуществ обеспечить малое время выхода на рабочий режим (менее 10 с, компактные габариты и меньшие стоимости производства и эксплуатации. Литература: 1. Opgal family catalog Document P/N TS-ENE17VJ00 2012. 2. Иванов, В. П. Прикладная оптика атмосферы в тепловидении. Казань Новое Знание, 2000. — C. 127–157. 3. ММ. Трестман, КВ. Егошин, НМ. Камашева, НИ. Харькова. Алгоритм прогноза дальностей обнаружения объектов наблюдения автоматом захвата тепловизионного канала. / НТЦ Информатика / Оборонная техника. Дж. Ллойд. Системы тепловидения. / Монография, Мир, 1978. — с. 352–362. Молодой учёный» . № 46 (180) . Ноябрь 2017 г. Технические науки Улучшение устойчивости транспортного средства с повышенным центром тяжести за счет установки пневматической подвески Войтко Александр Михайлович, старший преподаватель Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет С огласно статистике, около 15 % всех дорожно-транс- портных происшествий в нашей стране — это опрокидывание транспортных средств, которое может спровоцировать получение более серьезных травм участников (риск летального исхода при переворачивании стоит на втором месте после риска лобового столкновения, при этом может произойти возгорание транспортного средства, нередко происходит отрыв элементов подвески и колес. Опрокидыванием транспортного средства служит причина потери устойчивости как в продольной, таки в поперечной плоскости. Устойчивостью называется совокупность свойств, определяющих критические параметры по устойчивости движения и положения транспортного средства или его звеньев. В меньшей степени происходит продольное опрокидывание транспортного средства, которое может быть вызвано (к примеру, когда сила давления передних колес на дорогу уменьшается до нуля в продольной плоскости относительно задней оси (когда транспортное средство движется на подъем. Также возможно переворачивание автомобиля вперед прирезком торможении на крутом спуске, что вызвано короткой базой автомобиля и высоким расположением центра тяжести (рис. 1). Вероятность опрокидывания современных автомобилей в продольной плоскости невелика ввиду низкого расположения центра тяжести. Рис. 1. Продольное опрокидывание автомобиля на спуске вовремя торможения Потеря поперечной устойчивости, характеризующей свойство транспортного средства сохранять ориентацию вертикальной оси в поперечной плоскости в заданных пределах, вызывающая опрокидывание автомобиля, может произойти последующим причинам. Высокая скорость движения на крутых поворотах, а также на неблагоустроенных дорогах, где поперечный уклон рис. 2) направлен в сторону, противоположную повороту. Данный фактор, как правило, имеет место быть при повороте транспортного средства налево при правостороннем движении. Согласно ГОСТам и СНиПам, дорожное покрытие должно иметь поперечный уклон для эффективного удаления воды с поверхности с целью предотвращения эффекта аквапланирования транспортных средств, что влечет за собой увеличение поперечной силы при повороте. В случае возникновения бокового заноса и резкого его прекращения, которое может быть вызвано упором заднего колеса о камень или другое препятствие. Подобная ситуация происходит, как правило, при потере устойчивости на скользкой дороге с последующим заносом задней части транспортного средства и упором о бордюрный камень. Вследствие наезда заднего колеса на бордюрный камень или другое препятствие (как правило, при повороте транспортного средства на небольших скоростях, имеющих высокий центр тяжести. Резкий поворот рулевого колеса, провоцирующий изменение направления момента инерции. Подобная ситуация может быть вызвана при возникновении препятствии на пути транспортного средства, провоцирующее 45 “Young Scientist” . # 46 (180) . November 2017 Technical резкое изменение траектории его движения в сторону увода от столкновения или наезда на препятствие с последующим возвращением в конечную полосу движения. Неравномерное размещение груза в кузове автомобиля, а также его поперечное перемещение при повороте. Неправильное расположение груза в кузове может значительно изменить положение центра тяжести, сместив его как вбок, таки вверх. Характерным примером может служить цистерна, незаполненная целиком жидким грузом. Под влиянием центробежной силы жидкий груз смещается к одной стороне цистерны, центр тяжести смещается вверх ив сторону, а сила тяжести, удерживающая автомобиль от опрокидывания, действует уже не по оси автомобиля, а смещается в сторону перемещения центра тяжести. Немаловажным фактором служит и сильное порывистое воздействие бокового ветра на крупногабаритное транспортное средство, находящееся на мосту, многополосном шоссе, незащищенном лесополосой отрезке загородных трасс и на дамбе. К примеру, боковой ветер может выдавливать автобус с дороги с силой более 1,6 тонны. Неисправность элементов подвески и шин транспортного средства. Мгновенная разгерметизация переднего колеса. На большой скорости при мгновенной разгерметизации переднего колеса происходит резкий увод транспортного средства, теряя устойчивость, что может привести к опрокидыванию. Отрыв колеса вовремя движения. Неодинаковая регулировка колесных тормозов. Основными мерами, предупреждающими опрокидывание автомобиля, являются равномерное размещение и надежное крепление груза в кузове снижение скорости при повороте плавное торможение плавные повороты рулевого колеса. В примере выше не учитывается ряд факторов, в том числе и то, что кузов автомобиля при движении получает крен, увеличивающий возможность опрокидывания. Большое влияние на опрокидываемость (как уже было сказано выше) оказывает неравномерное распределение груза по ширине кузова. Это особенно может проявляться в автобусах, где стоящие в салонах пассажиры под воздействием центробежной силы перемещаются к наружному по отношению к центру поворота) борту. Стоит отметить, что чем выше расположен центр тяжести у автомобиля, тем ниже допустимая скорость движения на повороте по условиям опрокидывания. Особенно важно следить за устойчивостью автобуса при большом числе стоящих пассажиров, учитывая, что центр тяжести стоящих пассажиров расположен примерно на расстоянии метра от пола. На сегодняшний день современное транспортное средство может включать в себя систему ARP (Active Rollover Protection) — система безопасности, предотвращающая переворот (опрокидывание) автомобиля. Данная система является дополнением системы курсовой устойчивости ESP и устанавливается на этапе сборки внедорожников, джипов и SUV (Sport Utility Vehicle). Система ARP предотвращает крен кузова автомобиля еще до того, когда датчики системы курсовой устойчивости зафиксируют опасность, используя при этом также работу системы распределения тягового усилия и ABS. При определении блоком управления ARP нестабильного положения автомобиля происходит подтормаживание наружного колеса. Данная система также может работать в паре с пневматической подвеской (как правило — это автобусы игру- зовые автомобили). Рис. 2. |