Учебное пособие 800670

Следующая технология - струйная основывается на застывание материала при охлаждении - раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика. Капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта.

Полимеризация фотополимерного пластика под действием ультрафиолетовой лампы - способ похож на предыдущий, но пластик твердеет под действием ультрафиолета.

Склеивание или спекание порошкообразного материала - похоже на лазерное спекание, только порошковая основа (подчас на основе измельченной бумаги или целлюлозы) склеивается жидким (иногда клеящим) веществом, поступающим из струйной головки. При этом можно воспроизвести окраску детали, используя вещества различных цветов. Существуют образцы 3D-принтеров, использующих головки струйных принтеров.

Также применяются различные технологии позиционирования печатающей головки:

Декартова, когда в конструкции используются три взаимноперпендикулярные направляющие, вдоль каждой из которых двигается либо печатающая головка, либо основание модели.

При помощи трёх параллелограммов, когда три радиальносимметрично расположенных двигателя согласованно смещают

241

основания трёх параллелограммов, прикреплённых к печатающей головке.

Автономная, когда печатающая головка размещена на собственном шасси, и эта конструкция передвигается целиком за счет какого-либо движителя, приводящего шасси в движение.

Ручная, когда печатающая головка выполнена в виде ручки/карандаша, и пользователь сам подносит её в то место пространства, куда считает нужным добавить выделяемый из наконечника быстро затвердевающий материал. Назван такой прибор «3D-ручка», и к 3D-принтерам может быть отнесён с известной натяжкой. Существуют варианты с использованием термополимера, застывающего при охлаждении, и с использованием фотополимера,

прототипирования, то есть быстрого изготовления прототипов моделей и объектов для дальнейшей доводки. Уже на этапе проектирования можно кардинальным образом изменить конструкцию узла или объекта в целом, с учетом применения к примеру тепловых труб, применяемых для локального охлаждения элементов. В инженерии такой подход способен существенно

материалов, поддерживаемых 3D-принтерами. Это отличное решение для мелкосерийного производства Изготовление моделей и форм для литейного производства. Конструкция из прозрачного материала позволяет увидеть работу механизма «изнутри», что в частности было использовано инженерами Porsche при изучении тока масла в трансмиссии автомобиля ещё при разработке. Производства корпусов экспериментальной техники (автомобили, телефоны, радиоэлектронное оборудование).

При расчётах систем охлаждения очень сложно учесть многие важные детали, особенно это касается жидкостных систем охлаждения с принудительной циркуляцией, именно в них остро встаёт проблема расположения охладительной системы. Современные программы позволяют рассчитать расположение любых элементов внутри корпуса РЭС с довольно высокой точностью, но проблемы конструкции могут возникнуть при сборке опытной модели, что принесёт не малые затраты (система может быть материало- и трудоёмкой), во время самого испытания могут

242

повредиться сами элементы конструкции из-за неправильного выбора материалов охлаждения и т.д. Современные 3D-принтеры стали практически “всеядны” и работают с абсолютно любыми материалами, сама печать занимает небольшое количество времени, вследствие чего мы получаем реальный объект разработки с нужными нам параметрами и можем вносить мгновенно любые изменения, что экономит не только финансовые вливания производства, но и время на разработки и тестирования моделей.

По расчётам экономистов из Мичиганского технологического университета, 3D-принтер обеспечивает возврат инвестиций от 40% до 200% и экономит производству от 120000 до 15000000 в год. Расчёт назван «экстремально консервативным» и сделан исходя из предположения, что за весь год 3D-принтер напечатал всего 200 деталей из более чем 60000 объектов в Thingiverse.

Таким образом, можно убедиться в следующем, что 3D технологии позволяют достичь не только гибкости в проектировании и производстве, сократить время на разработках и испытаниях, но и преумножить прибыль предприятия, ведь окупаемость за год поражает.

Литература

1.Слюсар, В.И. Фаббер-технологии: сам себе конструктор и фабрикант [Текст] / В.И. Слюсар // Конструктор. – 2002. - № 1. - C. 5

-7.

2.Слюсар, В.И. Фаббер-технологии. Новое средство трехмерного моделирования. [Текст] / В.И. Слюсар // Электроника: наука, технология, бизнес. - 2003. - № 5. C. 54 - 60.

3.Слюсар, В.И. Фабрика в каждый дом. [Текст] / В.И. Слюсар // Вокруг света. – № 1. - 2008. - C. 96 - 102.

4.http//naked-science.ru/

Воронежский государственный технический университет

243

УДК 621.396

А.С. Самодуров, О.Г. Яцун

КАРТЫ ФАЗОВЫХ ИСКАЖЕНИЙ ВЕРТОЛЕТА-НОСИТЕЛЯ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ

В работе представлена кольцевая антенная решетка, состоящая из симметричных электрических вибраторов малой электрической длины, нагруженных на резисторы номиналом 1000 Ом, установленная под фюзеляжем вертолета МИ-8. Проведен анализ влияния корпуса носителя на точность оценки пеленгов источников радиоизлучения с помощью вибраторной антенной решетки

Установка радиопеленгаторных комплексов на летательных аппаратах, в частности, на вертолетах (рис. 1), позволяет, благодаря поднятию их на высоту до 2000 м, существенно расширить их зону действия по сравнению с вариантом их наземного базирования. Кроме того, существенно увеличивается скорость поиска источников радиоизлучения, повышается интегральная эффективность использования аппаратуры радиопеленгации и радиомониторинга.

Рис. 1. Общий вид корпуса вертолета-носителя

Однако, за существенный выигрыш в энергетическом потенциале радиосистемы, зоне действия и скорости поиска источников радиоизлучения в данном случае приходится платить существенным снижением точности пеленгования из-за значительных искажений амплитудно-фазовой структуры поля в месте расположения приемной антенной системы корпусом вертолета. Данная проблема усложняется тем обстоятельством, что корпус вертолета имеет очень сложную геометрическую форму, характеризуется наличием большого количества острых углов и

244

кромок (носовая часть, хвостовое оперение), щелей (лобовой и боковые иллюминаторы, пассажирские и грузовые люки и т.д.).

Электрические размеры вертолета L/λ0 и его отдельных

частей могут изменяться в очень широких пределах: от существенно меньших единицы (в средневолновом диапазоне и на низких частотах коротковолнового диапазона), быть резонансными (в коротковолновом диапазоне и низкочастотной области УКВ диапазона), а также быть значительно большими единицы (в основной части УКВ диапазона и на более высоких частотах). Современные же комплексы радиопеленгации и радиомониторинга перекрывают вышеупомянутые диапазоны волн с большим запасом в сторону более низких и более высоких частот, поэтому проблема оптимального выбора и размещения их антенной системы, а также способов аппаратной и программной компенсации погрешностей пеленгования источников в широкой полосе частот стоит перед разработчиками во всей полноте.

Необходимо подчеркнуть, что выбор месторасположения антенной системы и вариация размеров при ее базировании на летательном аппарате жестко ограничены соображениями необходимости обеспечения хороших аэродинамических и других эксплуатационных характеристик, возможности надежного крепления, выполнения требований маскировки, обеспечения электромагнитной совместимости с другими радиоэлектронными системами, установленными на вертолете. Поэтому в большинстве случаев антенная система может быть установлена таким образом, что ее электродинамические характеристики учитываются в последнюю очередь. Здесь же следует отметить, что использование на серийно выпускаемых летательных аппаратах высокоэффективных поглощающих покрытий сопряжено с рядом больших технологических, эксплуатационных и экономических трудностей. Таким образом, аппаратные средства и способы компенсации погрешностей пеленгования, обусловленных наличием рассеянного носителем поля, к сожалению, являются весьма ограниченными.

Для создания программных средств, позволяющих в реальном масштабе времени и с высокой степенью адекватности корректировать измеренные с помощью вибраторной антенной решетки вертолетного базирования пеленги источников радиоизлучения, в первую очередь необходимо провести анализ

245

зависимости погрешности измерения угловой азимутальной координаты источника от величины истинного угла падения электромагнитной волны и частоты.

Поэтому основной целью настоящей работы является исследование особенностей угло-частотных искажений пеленгов в широком диапазоне изменения угловой и частотной координат и формулирование рекомендаций по рационализации их программной коррекции.

Вкачестве носителя пеленгаторной антенной системы в работе рассматривалась устаревшая модель вертолета отечественного производства МИ-8, приведенная на рис. 1. В модели фигурировала кольцевая антенная решетка диаметром 1 м, состоящая из 9 симметричных тонкопроволочных вибраторов с полной длиной

0.4м, расположенная на расстоянии 0.25 м под днищем фюзеляжа симметрично относительно его продольной осевой линии. Центр антенной решетки находился в центре воображаемого треугольника между тремя шасси вертолета. Элементы антенной решетки были нагружены на резисторы номиналом 1000 Ом, имитирующие наличие высокоомных буферных каскадов, сигналы с выхода которых подаются на входы высокочастотного коммутатора.

Вкачестве самой грубой модели, позволяющей на качественном уровне оценить влияние носителя на погрешности измеренных пеленгов в низкочастотной области (где ошибки имеют максимальную величину) вероятно можно использовать только фюзеляж вертолета. Усредненные карты фазовых искажений принимаемого сигнала для антенной решетки, расположенной на вертолете-носителе приведены на рис. 2.

246

а

б

в

г

Рис. 2. Карты фазовых искажений для вертолета-носителя

247

Усреднение велось по частотам (20-100) МГц – а, (30-70) МГц – б, (40-60) МГц – в, (45-55) МГц – г. Ячейка сетки: по горизонтали – 0.217 м; по вертикали – 0.15 м. Распределение искажений фазы анализировалось на плоскости, находящейся на расстоянии 0.25 м от дна корпуса вертолета.

Рис. 3. Удачное и неудачное места расположения антенной решетки

На картах фазовых искажений можно наблюдать области глубоких минимумов, окрашенные в синие цвета. Таким образом, по результатам анализа карт фазовых искажений на первый взгляд удачное место в центре воображаемого треугольника между шасси вертолета является самым неудачным местом для установки антенной системы. А самое удачное расположено в тени между задними стойками шасси вертолета носителя.

Литература

1Ашихмин, А.В. Численный анализ пеленгационных характеристик кольцевой вибраторной антенной решетки, установленной на борту самолета [Текст] / А.В. Ашихмин, К.А. Разинкин, А.С. Самодуров // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2005. – Т. 1. - № 11. – С. 154 – 159.

2Ашихмин, А.В. Обоснование возможности использования упрощенной электродинамической модели самолета в виде совокупности конуса и цилиндра [Текст] / А.В. Ашихмин, К.А. Разинкин, А.С. Самодуров // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2005. – Т. 1. - № 11.

–С. 34-39.

Воронежский государственный технический университет

248

УДК 621.315

В.М. Аль-Тамееми

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФИОЛЕТОВОГО СВЕТА НА ГАЗОВУЮ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ СЕНСОРОВ

НА ОСНОВЕ SnO2

В статье приводятся результаты исследований влияния света маломощного фиолетового светодиода на величину газового отклика пленок SnO2 при воздействии газов-восстановителей ацетона, этилового спирта и изопропилового спирта

Активное влияние света из области фундаментального поглощения на электросопротивление сенсорных элементов, а также ранее выполненные эксперименты [1, 2, 3, 4, 5] позволяют ожидать увеличение газового отклика датчиков при их освещении фиолетовым светом.

Воздействие фиолетового света на сопротивление чувствительного элемента [6] приводит к уменьшению электросопротивления почти на 25 % за счет генерации неравновесных носителей зарядов (рис. 1). Длительность достижения наименьшего значения сопротивления (τ1эф) составляет порядка 5 минут, медленной релаксации τ2эф= 25 мин и релаксации после выключения света τ3эф = 30 мин. Следует отметить, что после выключения света сопротивление не возвращается к исходным значениям.

Рис. 1. Характер изменения сопротивления чувствительного элемента (1) под действием импульсов света фиолетового светодиода

(2)

249

При одновременном взаимодействии с газом и светом может происходить перезарядка поверхностных состояний пленки SnO2 под действием света, что может привести к изменению величины газовой чувствительности. Поэтому было исследовано изменение сопротивления чувствительных элементов датчиков газов при взаимодействии с парами различных веществ в воздухе под

располагался на расстоянии 2 мм от поверхности сенсорного элемента. Исследовалась газовая чувствительность тестовых структур датчиков газов к парам этилового, изопропилового спирта и ацетона в воздухе при температурах 20 - 400 ˚С. Для изменения температуры датчиков на нагреватель подавалось напряжение от 1 до 5 В. Температура датчика контролировалась по величине сопротивления нагревательного элемента. Типичная температурная зависимость сопротивления нагревателя от температуры приведена на рис. 2. Сопротивление нагревателя при комнатной температуре составляет Rн = 22,3 Ом.

Рис. 2. Зависимость сопротивления нагревателя от температуры для тестовых структур датчиков газов [7]

Результаты экспериментальных измерений и расчетных значений приведены в табл.

Из линейной зависимости R = ƒ(Т) рассчитывалось значение температурного коэффициента сопротивления (ТКС) по формуле