Учебное пособие 1992

крытие перед тепловым ударом и деформацией от ролика 5 имеет необходимую высокую температуру и достаточно пластично.

УДК 629.7.015

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ СОЗДАНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ПОДЪЁМНОЙ СИЛЫ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Е.В.Бастриков Воронежский государственный технический университет

E-mail: bastrikov89@mail.ru

Актуальной задачей современного авиастроения является создание аппарата, способного совершать вертикальный взлѐт и посадку – более надежного, экономичного в эксплуатации, с более высокой скоростью крейсерского полѐта и дальностью, чем вертолѐт.

Кроме того, ограниченная надѐжность и достаточная дороговизна эксплуатации и обслуживания вертолѐта закрывает возможность его использования в качестве городского воздушного транспортного средства в крупных мегаполисах, а также – более широкого применения в строительно-монтажных работах, высотных зданий, мостов, крупных сооружений и т.д.

С целью обоснования возможности получения воздушного транспортного средства вертикального взлѐта и посадки нового типа, для различных сфер применения, более надѐжного, экономичного, с более высокими летно-техническими характеристиками, чем вертолѐт, рассмотрена принципиальная схема энергетического модуля (ЭМ) создания аэродинамической подъѐмной силы (рисунок 1). Энергетический модуль (ЭМ) содержит аэродинамическую несущую систему 1, нагнетатель 2, который совместно с вентилятором 3 создает воздушный поток с необходимой скоростью и углом атаки, обтекающий замкнутую кольцевую несущую систему 1, с созданием аэродинамической подъѐмной силы.

Наружный вал 4(нагнетателя) и внутренний вал 5 (вентилятора) соединены с редуктором 6. Крутящий момент на оба вала передаѐт через редуктор (6) двигатель 7. Внутренний и наружный валы (а, соответственно – нагнетатель 1 и вентилятор 2) вращаются в

111

противоположные стороны, при этом результирующий воздушный поток имеет минимальную угловую скорость. Оба вала 4 и 5 установлены в силовом каркасе 8, который также соединен с несущей системой 1, и совместно с радиальными перегородками между элементами (несущими планами) несущей системы (на рисунке 1 не показаны) образует единую жесткую конструкцию – ЭМ.

Энергетический модуль создания аэродинамической подъѐмной силы ЛА:

1- аэродинамическая несущая система,

2– нагнетатель, 3 – вентилятор, 4 - наружный вал вращения нагнетателя, 5 - внутренний вал вращения вентилятора,

6– редуктор, 7 – двигатель, 8 - силовой каркас энергетического модуля

Задачей работы является оптимизация геометрических параметров несущей системы, нагнетателя, вентилятора, угла установки несущей системы относительно оси вращения центральных валов ЭМ, а также кинематических параметров вращающихся элементов (нагнетателя м вентилятора) с критерием – максимум аэродинамической подъемной силы и, соответственно, - максимум коэффициента подъѐмной силы несущей системы. А также изготовление действующей экспериментальной модели энергетического модуля в уменьшенном масштабе.

Методика исследования состоит в выполнении, в определѐнной последовательности, численных экспериментов – расчетов с использованием аэродинамических пакетов Floworks для SolidWorks и FlowVision

Результатами исследований является определение оптимальных геометрических параметров несущей системы ЭМ, кроме величины максимальной кривизны элемента несущей системы.

Предварительные результаты определяют ряд центральных параметров несущей системы и подтверждают принципиальную возможность создания энергетического модуля аэродинамической подъѐмной силы – основного звена летательного аппарата вертикального взлѐта и посадки нового типа.

112

УДК 621.315.592

ПАССИВАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

AIIIBV

А.В.Кортунов, С.В.Кузубов, Ю.Н.Власов Воронежский государственный университет инженерных

технологий

E-mail: arturnew@mail.ru

Методы формирования эпитаксиальных плѐнок и наноразмерных структур, такие как молекулярно-лучевая эпитаксия и MOVPE полагаются на совершенство поверхности подложки, чтобы выращивать полупроводниковые кристаллы высокого качества без дефектов. Поверхность должна быть атомно-гладкой, однородной и не содержать примеси, оксиды и дефекты. Хранение осуществляется в специальных упаковках, запечатанных в инертной среде для уменьшения воздействия окружающей среды. Такой метод далеко не совершенен, подложка окисляется, и поэтому необходимо подвергать поверхность химико-динамическому полированию. Процессы химического травления и последующего образования собственных оксидов на полупроводниковых подложках AIIIBV оказывают существенное влияние на химический состав и концентрацию точечных дефектов. В процессе травления GaAs в кислых (pH ~ 1-7) растворах из-за селективного окисления и растворения галлия и мышьяка состав поверхностного фазового слоя, включающего оксид галлия (Ga2O3), оксид мышьяка (As2O3) и элементарный мышьяк (As), в значительной степени зависит от условий травления. А его толщина может находится в диапозоне от 5 до 500 нм. Накопление элементарного мышьяка связано с тем, что скорость процесса растворения мышьяка зависит как от скорости образования оксида, так и от скорости последующего его растворения. Поэтому изменение скорости окисления (концентрации окислителя) может приводить к значительному нарушению стехиометрии приповерхностной области арсенида галлия. Даже при полирующем травлении можно ожидать нарушение стехиометрии поверхности арсенида галлия на глубине нескольких монослоѐв.

В результате проведѐнных исследований было установлено, что обработка в парах селена усиливает ориентирующее действие

113

подложки GaAs на последующее осаждение плѐнок этого же соединения по сравнению с подложками, покрытыми естественным оксидом. Доказано, что обработка подложки GaAs в парах селена и последующее удаление образованного слоя Ga2Se3 повышает степень атомной гладкости поверхности подложки. После стравливания образовавшегося слоя Ga2Se3 удается получить атомно– гладкую поверхность GaAs с масштабом неоднородности порядка 0,3 нм. Обработка в парах селена производится с целью защиты поверхности от внешних воздействий, оксидообразования и еѐ ювенилизации.

УДК 691.89

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

А.И.Савин Юго-Западный государственный университет

E-mail: Alexander_sash90@mail.ru

Изучение трибологических свойств материалов является одним из важнейших направлений современной науки и техники. В ходе подобных исследований можно определить такие свойства материалов, как шероховатость поверхности, наличие инородных включений, износостойкость и сопротивление движению, а также поведение данных материалов под воздействием различных неблагоприятных физических процессов, таких как фрикционные автоколебания. Фрикционные автоколебания характерны для систем с сухим некулоновым трением. Основным их признаком является прерывистый характер перемещения тела, находящегося в контакте с какой-либо поверхностью, вместо ожидаемого равномерного. Такое прерывистое движение может повредить работе машин и ухудшить показатели точности аппаратуры. Устранение или, по крайней мере снижение эффекта фрикционных автоколебаний возможно путем применения метода вибрационного сглаживания. Данный метод характеризуется тем, что под воздействием высокочастотных вибраций происходит изменения характера трения. В частности, перемещение тела перестает быть прерывистым и ста-

114

новится равномерным. Эффект вибрационного сглаживания проявляется в различной степени в зависимости от свойств материала, из которого выполнены исследуемое тело и поверхность, по которой происходит перемещение, а также от характера вибрационного воздействия.

Для изучения и диагностики трибологических свойств материалов планируется выполнение работ по проектированию автоматизированного диагностического комплекса.

В настоящее время нами разработан прототип автоматизированного комплекса. Данный прототип включает в себя протягивающее устройство, позволяющее осуществить вибрационное взаимодействие на испытательную платформу с целью изучения эффекта вибрационного сглаживания. Были проведены эксперименты, показавшие относительное совпадение с результатами моделирования данной системы, а также выявившие такие недостатки прототипа, как трудность оценки погрешности эксперимента и возможность исключительно субъективного характера наблюдений.

С учетом этих недостатков была разработана новая конструкция комплекса. Данный комплекс включает в себя: протягивающее устройство, представленное линейным приводом, жестко связанным с подвижной платформой, на которой расположен покоящийся образец; вибропривод, позволяющий осуществить вибрационное воздействие на покоящийся образец; узел нагружения, позволяющий осуществить приложение переменного усилия на испытуемую пару трения.

Также было проведено математическое моделирование данного комплекса в среде Simulink, в частности, создана математическая модель протягивающего устройства. Данная математическая модель включает в себя модели сил трения между покоящимся образцом и подвижной платформой и между платформой и направляющей, сил упругости и вязкого сопротивления, а также модель электродвигателя с учетом нагрузки на вал.

Результаты математического моделирования показали, что исследуемый комплекс отвечает поставленным задачам и может быть использован для изучения и диагностики трибологических свойств материалов.

Таким образом, в ходе выполненной нами работы, мы теоретическими и экспериментальными методами получили результаты,

115

являющиеся научно-обоснованной основой для дальнейших разработок и исследований в области изучения трибологических свойств материалов.

УДК 664.2

ТОРОИДАЛЬНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЧИПСОВ ИЗ ПЛОДООВОЩНОГО СЫРЬЯ

Е.В.Литвинов

Воронежский государственный университет инженерных технологий

Е-mail: zenlit@yandex.ru

На основе анализа существующих в промышленности конструкций для влаготепловой обработки (гидратации, увлажнения, бланширования, сушки и т.д.) пищевого сыпучего растительного сырья при производстве пищевых концентратов, например, плодоовощных чипсов, следует отметить необходимость создания нового аппаратурного оформления во взаимосвязи с рациональностью реализуемых при этом технологий.

В настоящее время совершенствование процесса переработки плодоовощного сырья – одна из важнейших задач для пищевой промышленности, что обусловлено низкой степенью переработки фруктов. Существующие в промышленности конструкции для влаготепловой обработки обладают следующими недостатками:

-низкая тепловая эффективность;

-значительная продолжительность сушки пищевого растительного сырья (2,5÷3 часа);

-моральный и физический износ промышленного оборудования составляет 80 %;

-необходимость механизации вспомогательных погрузоразгрузочных и транспортно-складских стадий;

-известное оборудование, в основном импортное, периодического действия;

-зависимость отечественного рынка от импортной продукции.

Одно из направлений развития производства пищеконцентратов на основе плодоовощного сырья связано с разработкой комбинированного оборудования влаготепловой обработки (ВТО) непре-

116

рывного действия, реализующего последовательно процессы влагопоглощения и владаления с использованием перегретого пара и электромагнитной энергии.

Данное оборудование позволяет интенсифицировать процесс влагопереноса при переработке пищевого растительного сырья, что позволяет сократить продолжительность процессов, снизить энергетические затраты, повысить пищевую ценность и качество готового высушенного продукта.

На основании проведенного анализа литературных данных по конструкциям оборудования влаготепловой обработки пищевого растительного сырья и результатов исследования процесса термовлажностной обработки капиллярно-пористых коллоидных материалов предложена технология получения фруктовых чипсов и конструкция тороидального аппарата непрерывного действия для ее реализации. Разработана экспериментальная установка для влаготепловой обработки пищевого растительного сырья непрерывного действия при атмосферном давлении сочетающая в себе конвективный и СВЧ-энергоподвод. Произведены монтажные работы по созданию шкафа автоматического управления (ШАУ). На разработанной экспериментальной установке проделаны предварительные оценочные эксперименты и построены экспериментальные зависимости.

Анализ проведенных экспериментальных исследований влаготепловой обработки пищевого растительного сырья при атмосферном давлении, показал эффективность сочетания влагопоглощения и владаления для достижения требуемого качества высушенного продукта, снижения энергозатрат и повышения эксергетического КПД.

Был разработан календарный план проведения работ на ближайшие два года. На протяжении первого года планируется разработка конструкторской документации (эскизный и технический проект), чертежей общего вида, сборочных узлов, отдельных секций оборудования. Создание пилотной установки (изготовление и монтаж) и изучение отдельных стадий процесса сушки фруктовых чипсов. Апробация и настройка разработанного оборудования, проведение экспериментов и построение экспериментальных зависимостей. А также подача заявок на предполагаемые изобретения. На протяжении второго года планируется определить химический состав, пищевую и энергетическую ценность, показатели функциональности и безопасности разработанной продукции. Определить антиокси-

117

дантную активность, теплофизические характеристики и свойства фруктовых чипсов. Подать заявку на прохождение процедуры сертификации изготовляемого продукта.

По итогам экономического расчета можно говорит о целесообразности разработки оборудования для производства фруктовых чипсов, так как уровень рентабельности такого оборудования составляет 30%, а срок окупаемости семь месяцев.

УДК 621.3.013.6

СНИЖЕНИЕ ШУМА ДВС ПРИМЕНЕНИЕМ СИСТЕМЫ АКТИВНОГО ШУМОПОДАВЛЕНИЯ

А.Н.Кузнецов Воронежский государственный аграрный университет имени Им-

ператора Петра I

E-mail: kuz-basss@yandex.ru

В настоящее время в регионах России наблюдается устойчивая тенденция увеличения количества автомобилей. Например, в Воронежской области численность машин перешагнула порог в 800 тысяч единиц. По количеству автомобилей на тысячу населения регион занимает одно из первых мест в стране. При этом стабильно располагается в первой 10-ке по количеству ДТП, конкурируя с более крупными областями. Это объясняется рядом внешних и внутренних факторов. К внешним относятся возрастающий поток автомобилей, несоответствие дорожных условий стандартам, увеличивающееся количество водителей новичков и др. К внутренним стоит отнести неисправность и «старение» используемых автомобилей (их средний возраст по Воронежской области почти 16 лет, к примеру, в Европе - 8,5), что приводит более интенсивному воздействию на водителей шумовых и вибрационных полей, вызывающих быстрое утомление, рассеянность внимания и замедление реакции. Следовательно, снижение шума автотранспортных средств является одним из резервов увеличения безопасности на дорогах.

Основным источником шума автомобиля, как известно, является двигатель внутреннего сгорания (ДВС), а точнее его рабочий процесс, приводящий к периодическому выбросу наружу потока

118

выхлопных газов. От 30 до 50% внешнего звукового поля определяются именно шумом выхлопа. При этом у всех ДВС основная мощность излучения расположена в области низких частот, с наличием 2-х или более гармонических составляющих, определяемых частотой вращения двигателя. Для низкочастотного шума характерно слабое поглощение препятствиями, он может распространяться на большие расстояния. Это обуславливает также социаль- но-экономические аспекты борьбы с шумом ДВС при возрастающем потоке машин. Шум низких частот хоть и не обладает таким раздражающим действием как высоких, но в его диапазон входят резонансные частоты внутренних органов человека. При совпадении с ними высоких уровней шума наблюдается снижение работоспособности и возникает риск возникновения у человека заболеваний.

Серийно выпускаемые глушители пассивного типа традиционно качественно снижают высоко- и среднечастотный шум, но, так как их эффективность связана с длинной волны звука, не способны хорошо ослабить низкочастотный.

Одним из наиболее эффективных способов борьбы с низкочастотными шумами является применение системы активного шумоподавления. Данные системы применяются для снижения уровней звука систем вентиляции и кондиционирования воздуха, трансформаторов, уменьшении шума в салонах самолетов и т.д.

Принцип работы системы активного шумоподавления заключается в улавливании шума от источника, формировании обратной волны от вторичного источника и последующей интерференции исходной и сформированной звуковых волн, с взаимным ослаблением. Результирующий шум фиксируется датчиком ошибки, сигнал которого является функцией для адаптивного фильтра, реализованного в блоке управления. Алгоритм адаптации стремится минимизировать среднеквадратическую мощность этого сигнала, соответствующим образом перестраивая значения весовых коэффициентов фильтра.

При установке данной системы на серийные глушители, используются методы online-идентификации передаточных функций внутренних полостей, что позволяет увеличить качество и гибкость работы системы активного шумоподавления.

В настоящее время основной проблемой при реализации данной системы в глушителях шума выхлопа ДВС является доводка

119

имеющихся или разработка новых, защищенных от негативного воздействия потока выхлопных газов активных органов, которые должны улавливать шум и посылать обратную звуковую волну. В качестве справочного и ошибочного датчика используются керамические микрофоны, выполненные по технологии MEMS, а у применяемого динамика вместо стандартного подвеса и диффузора используются металлические, с необходимыми параметрами.

УДК 631.331.022

ИССЛЕДОВАНИЕ РАВНОМЕРНОСТИ ВЫСЕВА СЕМЯН МОРКОВИ ВИБРАЦИОННЫМ ВЫСЕВАЮЩИМ АППАРАТОМ

В.П.Евсюкова Воронежский государственный аграрный университет имени

Императора Петра I E-mail: evva333@rambler.ru

При высеве мелких малосыпучих семян овощных и других культур всегда имеет место вопрос экономии посевного материала. В связи с этим стоит задача создания современной отечественной универсальной сеялки с высевающими аппаратами такой конструкции, которая обеспечит высев семян как одной культуры, так и смеси семян нескольких культур сразу с высокой равномерностью и минимальной повреждаемостью посевного материала, причем расход семян должен быть как можно меньше, а качество посева должно соответствовать агротехническим требованиям.

Высевающие аппараты вибрационного типа обеспечивают хорошую равномерность дозирования и устойчивость к забиванию. Под действием вибрации масса семян «приобретает» свойства жидкости, и поэтому свободно и равномерно истекает через выходное окно из семенного бункера в семяпровод, что позволяет снизить травмирование малосыпучих мелких семян при посеве и обеспечить экономию посевного материала.

Известно несколько конструкций выбрационных высевающих аппаратов, каждая из которых имеет свои особенности, однако практически все они отличаются своей сложностью.

120