3842

Внастоящее время получили широкое распространение гражданские беспилотные летательные аппараты - мультикоптеры, среди которых наиболее популярны квадрокоптеры – четырёхвинтовые беспилотники вертолетного типа.

Кважным преимуществам их над БПЛА самолетного типа относятся: зависание в одной точке, выполнение различных маневров в ограниченном пространстве и низкий уровень требований к навыкам пилота.

Беспилотные летательные аппараты могут быть использованы пилотами в различных целях. Наиболее популярной, в наше время, стала фотосъемка с воздуха. Реакция людей на БПЛА, пролетающих неподалеку от территории их частной собственности, может быть достаточно агрессивной. В некоторых случаях люди покупают или самостоятельно изготавливают средства подавления канала управления и сигнала GPS для дальнейшего применения к БПЛА.

Вслучае потери канала управления и сигнала спутниковой навигации, беспилотник становится неуправляемым, он может со временем попасть в аварию или быть сбит с ружья. Необходим скорейший выход из зоны действия подавителя. Чем быстрее БПЛА покинет зону подавления, тем больше времени может остаться у оператора для совершения маневров.

Зона действия преднамеренной помехи будет небольшой относительно зоны действия полезного сигнала в том случае, если подавитель (РЭП) имеет более низкую излучающую мощность, чем пульт управления БПЛА у оператора (НПУ). Исходя из выше сказанного может произойти ситуация, когда зона подавления будет находиться внутри зоны наличия сигнала канала управления, как показано на рис. 1. Для скорейшего выхода из зоны подавления сигнала необходимо знать, в каком направлении относительно БПЛА расположен излучатель помех, и произвести выход по направлению от излучателя рис. 2. Когда беспилотник окажется в зоне действия сигнала канала управления, полный контроль над БПЛА снова возвращается оператору.

Рис. 1. БПЛА в зоне подавления

Рис. 2. Выход БПЛА из зоны подавления

Возможна ситуация, когда беспилотник, покидая зону подавления сигнала, выходит за пределы зоны действия пульта управления рис 3. Возвращение по контрольным точкам пройденного пути в данной ситуации бесполезно, так как БПЛА вернется обратно в зону подавления. Необходимо, начиная с первого попадании в зону действия сигнала GPS, записывать координаты БПЛА и азимуты излучателя помех соответствующих точек, далее попытаться вернуться в зону действия пульта управления под некоторым углом относительно азимута на излучатель помех рис. 4. В случае повторного попадания в зону подавления сигнала, необходимо записать последнюю точку где была связь в память, определить азимут на излучатель помех, и зная азимуты в двух точках, определить координаты местоположения подавителя. Зная координаты подавителя сигнала можно рассчитать зону воздействия РЭП или “огородить” её от радиусом с “запасом” превышающим радиус зоны подавления рис. 5.

Рис. 3. БПЛА вне из зоны действия сигнала пульта управления

Рис. 4. Возвращение БПЛА в зону действия сигнала пульта управления

Рис. 5. Возвращение в зону действия НПУ после определения местоположения РЭП

Для технической реализации необходим пеленгатор. Он не должен иметь вращающихся частей, быть тяжелым и обязан как можно лучше укладываться в конструкцию БЛА. Соответствующим данным требованиям является фазовый пеленгатор схема которого представлена на рис. 6. Схема приемника пеленгатора представлена на рис. 7. Результаты моделирования работы фазового пеленгатора представлены на рис.

8.

Рис. 6. Схема фазового пеленгатора

Рис. 7. Схема приемника пеленгатора

Рис. 8. Моделирование работы фазового пеленгатора

Необходимо вычислительное устройство для определения зоны действия помехи. Чем точнее вычисляются зоны покрытия, тем выше должна быть вычислительная способность процессора. Необходима большая ёмкость бортового аккумулятора БПЛА, так как увеличивается расход энергии на удержание в воздухе и появляются энергозатраты на вычисления зон покрытия [4].

Функция выхода БЛА из зоны воздействия помехи является дополнительной, следовательно, она не должна быть постоянно в работе. Необходимо на пульте управления у оператора расположить дополнительную кнопку для включения/выключения данной функции в режиме ожидания, под ответственность пилота, так как её применение в местах, где расположены объекты, имеющие высоту выше той, на которой БПЛА будет уходить от излучателя помех, может привести к аварии.

Литература

1.Верба, А. И. Авиационные системы радио управления / А.И. Верба, В. И. Меркулов. Москва: «Радиотехника», 2014.

2.Ширман, Я. Д. Теоретические основы

радиолокации / Я. Д. Ширман. Москва: «Советское радио» ,1970.

3. Куприянов, А. И. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы / А. И. Куприянов, А. В. Сахаров. Москва: «Вузовская книга», 2007.

4. Журавлев, Д.В. Системы дистанционного контроля функциональных параметров человека: Монография / Д.В. Журавлев, Ю.С. Балашов, А.А. Костин, К.М. Резников. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2009. -220 с.

Появление в США в конце 40-х годов первых механических манипуляторов, а затем и систем программирования, стало толчком для появления промышленных роботов, т. е. манипуляторов с программным управлением, предназначенных для выполнения разнообразных рабочих операций. В настоящее время рынок таких устройств довольно обширен, он охватывает практических весь спектр промышленности, как крупной, так и малой. Так же, на сегодняшний день, всё больше и больше входит в нашу жизнь такое понятие, как интернет вещей. Практически каждая вещь, от обычной лампочки до крупной бытовой техники имеет возможность связывается в единую сеть, обеспечивающую постоянный контроль за всеми процессами в доме, даже находясь за его пределами. Роботизированные манипуляторы, как один из типов настольных помощников, не является исключением. В сети интернет есть множество проектов с различными способами реализации, которые представляют определенный интерес для изучения. Проведённый анализ запатентованных конструкций выявил, что все они имеют ограниченность в способах управления и отсутствие надежных соединений в несущих узлах конструкции. Поэтому, при создании опытного образца за механическую основу была взята открытая разработка британских конструкторов под названием «MeArm» [1], а в качестве управления использовался облачный сервис Blynk.

Детальный анализ конструкции выявил ряд недостатков в части плавности и надежности работы. Следующим этапом стала разработка дополненной конструкции и более стабильного программного кода. Предполагается, что выполняемые устройством задачи не будут требовать больших механических усилий и вычислительных мощностей, поэтому за основу были взяты 4 сервопривода SG-90 [2] и полноценная платформа на основе модуля ESP8266 – NodeMCU [3]. Функции, выполняемые двигателями:

Сервоприводы отвечают за:

1)поворот манипулятора в горизонтальной оси на 180 градусов;

2)поднятие и опускание манипулятора в вертикальной оси;

3)передвижение манипулятора вперед и

назад;

4) управление захватом.

Тщательно проанализированные эскизы проекта, выявили ряд недостатков, которые были устранены путем детальной проработки 3D моделей. Было решено использовать в качестве несущего элемента конструкции упорный подшипник диаметром 28мм. В готовых моделях были устранены недостатки предыдущей версии, а так же учтены все пазы под соединительные винты и подшипник. Вся конструкция представляет собой основание с установленным на него контроллером и тело манипулятора, приводимое в движение двигателями. Между собой они соединены подшипником, для придания жесткости и обеспечения плавного поворота основной части манипулятора. Так же, для придания жесткости конструкции, использовалось соединение деталей «паз-шип», так как оно обладает оптимальным сопротивлением сжатию, срезу и раскачиванию, даже в отсутствии клея. Общий вид конструкции представлен на рис. 1.

Рис. 1. Общий вид роботизированного манипулятора

В качестве программы для 3D моделирования использовалась учебная версия Компас 3D (V16) [4]. Для упрощения 3D печати, все детали были разбиты на группы. Печать осуществлялась на принтере типа FDM (выдавливающие материал послойно из сопладозатора). После сборки механической части манипулятора была проведена отладка и оптимизация программного кода.

Реализация управления была основана на применение библиотеки blynk для аппаратной платформы ArduinoIDE [5]. Blynk представляет собой облачный сервис для создания графических

Рис. 2. Графическая реализация пульта управления

Данная система реализует беспроводное управление модулем ESP8266 по сети Wi-Fi[7]. Пульт реализует следующие действия:

•4 слайдера управляют положением соответствующих им сервоприводов;

•кнопка SAVE POS записывает текущее положение каждого сервопривод;

•кнопка GOPOS последовательно воспроизводит каждую сохраненную позицию;

•кнопка RESET сбрасывает все сохраненные результаты, для последующей перезаписи

Программный код, реализующий данные функции, принимает сигнал о необходимом положении угла поворота сервопривода из приложения (от 0 до 180 градусов). Каждое последующее нажатие кнопки SAVEPOS меняет статус переменной из положения false в положение true и прибавляет к сопутствующей переменной единицу при каждом последующем нажатии. При помощи оператора switch и case программа отсчитывает количество нажатий и записывает имеющиеся значения углов поворота двигателей в массив для каждого из них. По нажатию кнопки GOPOS происходит последовательное присвоение каждому двигателю заданных углов поворота.

Данный способ управления является наиболее удобным, так как позволяет с достаточной точностью произвести настройку необходимого положения манипулятора. Так же, проведя необходимую настройку, пользователь может не

13

Разработанная в итоге конструкция послужит прототипом для более крупного образца, как для промышленного, так и для домашнего использования.

Литература

1.Сайт URL: https://www.mearm.com

2.Сайт URL: http://www.micropik.com/PDF/SG90Servo.pdf

3.Официальный сайт платформы NodeMCU

URL: http://nodemcu.com

4.Компас 3D URL: http://kompas.ru/

5.Официальный сайт ардуино URL: https://www.arduino.cc/

6.Сайт разработчиков Blynk URL: http://www.blynk.cc/

7.Лаборатория ЭМС URL: http://www.emcproblem.net/

Моделирование как метод исследования процессов (систем) включает в себя две составляющие – построение модели и использование ее для исследования свойств и поведения объекта. Одному и тому же объекту – оригиналу – в зависимости от целей моделирования может соответствовать большое число моделей, отражающих разные его стороны и поэтому имеющих разную структуру.

Построение математических моделей состоит из следующих основных этапов: формулировки целей моделирования; выделения объекта моделирования из среды; построения модели отдельных технологических блоков; переноса знаний с модели на объект.

Моделирование в металлургии, а точнее в литейном производстве является уже достаточно сформировавшимся практическим направлением деятельности технолога. Имеется программное обеспечение, с помощью которого можно эффективно решать текущие задачи разработки, анализа и оптимизации литейной технологии.

Впроцессе выполнения работы используется программа LVMFlow.

LVMFlow - это профессиональная система компьютерного 3D моделирования литейных процессов позволяющая автоматизировать рабочее место технолога – литейщика и снизить затраты времени и средств на подготовку новых изделий. Программный комплекс LVMFlow явился результатом дальнейших исследований и разработок в области компьютерного моделирования литейных процессов. В основе его лежит уже известный программный продукт LVM3d, но значительно расширенный и переработанный. Система LVMFlow работает на персональных компьютерах под Windows и очень проста в освоении и использовании.

Моделирование процесса заполнения.

Входе моделирования затвердевания отливки технолог наблюдает динамику процесса по всем характеристикам модели и в любом, интересующем его сечении отливки, возможен просмотр полей скорости, векторов скорости и давления, температуры, пористости и фазового состава затвердевшей отливки.

При заливке углеродистых и низколегированных сталей температура расплава,

поступающего в форму, должна превышать температуру ликвидуса на 40-100 градусов. Чем массивнее отливка и сложнее путь, преодолеваемый расплавленным металлом, тем в большей степени падает его температура при заливке формы. Понижение температуры расплава при прохождении литниковой системы обычно составляет 5-15 градусов.

Важной характеристикой является также скорость течения расплава. Повышенная скорость может вызывать эрозию стенок формы, что приводит к появлению в теле отливки песчаных засоров [1].

Технология заливки литейной формы и конструкция литниковой системы оказывают большое влияние на качество отливок. При разработке технологии заливки литейной формы решаются задачи расчета оптимальной массовой скорости заливки и выбора типа ковша, выбора рациональной конструкции литниковой системы и мест подвода питателей в полость формы.

Моделирование процесса затвердевания. Затвердевание моделируется в модуле

«Полная задача» сопряженно с процессом заполнения. После прекращения заливки решение продолжается, но моделируется только тепловой процесс. Наиболее интересными являются финальные стадии кристаллизации отливки, на которых выявляется наличие или отсутствие изолированных от подпитки зон жидкой фазы. Наличие таких зон в теле отливки приведет к развитию усадочной макро и микропористости. Обнаружение этих зон дает дополнительные сведения о работе литниково-питающей системы и возможностях её оптимизации.

Усадочные дефекты.

По механизму образования выделяют два типа усадочных дефектов: 1) раковины (макропористость) и 2) микропористость.

Макропористостъ образуется при недостатке питания выше зеркала расплава, когда отсутствует необходимый его объем для компенсации усадки. Для прогнозирования макропористости моделируется возникновение и движение зеркала расплава. Перемещение зеркала обусловлено объемной усадкой, а его возникновение происходит из-за формирования при затвердевании изолированных друг от друга объемов расплава.

Микропористостъ образуется при недостатке давления ниже зеркала в области теоретически достаточного питания. Падение давления в глубине зоны с формально хорошими условиями питания происходит по следующим причинам: большая объемная усадка, затрудненное движение жидкого металла в твердо-жидкой зоне, изоляция от внешнего давления при формировании твердой фазы на границах приложения давления. Для прогнозирования микропористости решается дифференциальное уравнение фильтрационного течения [2].

Усадка в 1 % означает, что в данном объеме металла объем пустот равен 1 % от данного объема, а остальные 99 % объема – это плотный металл. Соответственно, чем больше процент усадки, тем более явным является дефект (большим значениям (красному цвету) соответствуют раковины, меньшим значениям (розовому цвету) – пористость).

Для моделирования была выбрана отливка «Подкладка с упором» массой 30 кг из стали 25Л, получаемая методом литья в разовые песчаные формы, представленная на рисунке 1.

Преобразование исходной геометрической модели и её правильная ориентация в пространстве осуществляется в модуле 3D импорт.

Создание расчетной сетки в СКМ ЛП основано на следующих правилах: в минимальное сечение отливки должно помещаться не менее 2 шагов разностной сетки и требуемая для расчета оперативная память должна соответствовать имеющемуся оборудованию.

Рис. 2. Вариант моделирования отливки «Подкладка с упором» без прибыли

Анализируя полученный результат необходимо сделать вывод, что, данная конструкция отливки «Подкладка с упором» абсолютно не пригодна для использования и нуждается в доработке для обеспечения необходимых эксплуатационных свойств.

Другой вариант - моделирования с прибылями (рисунок 3).

Все исходные параметры заливки не изменяются.

Рис. 1. Отливка «Подкладка с упором»

Рассмотрены несколько вариантов конструкции литниково-питающей системы отливки и технологических процессов литья.

Вчастности, вариант моделирования без прибылей (рисунок 2).

Основой корректного моделирования является задание наиболее точных сведений о теплофизических свойствах всех материалов, фигурирующих в расчетной модели.

Вэтом случае использовались следующие

параметры: температура заливки металла – 1560 ◦С, тип формовочной смеси – песчано-глинистая влажная, тип стержневой смеси – песчаноглинистая влажная, начальная температура формы и стержней – 20 С, параметры заливки: тип ковша – поворотный; напор – 100 мм.

Рис. 3. Вариант моделирования отливки «Подкладка с упором» с использованием прибылей

Разработанная технология позволяет провести заполнение литейной формы за 7 секунд при полном стояке без перелива.

Рассчитанные три закрытые прибыли атмосферного давления позволяют полностью предотвратить образование усадочных дефектов в теле отливки.

Полученные результаты дают основание сказать, что, данная технология пригодна для реального использования в производстве, однако, будет полезным произвести в программе LVMFlow CV еще некоторые варианты изменения технологии и посмотреть на результат.

Следующий вариант - моделирование с повышенной температурой заливки (1580 ◦С).

Рис. 4. Вариант моделирования отливки «Подкладка с упором» с повышенной температурой заливки

Таким образом, в процессе исследования установлено, что увеличение температуры заливки не оказывает ни положительного, ни отрицательного результаты на усадку.

Произведем еще один результат моделирования с использованием другой стержневой смеси.

Моделирование с использованием в качестве стержневой смеси Alphaset (рисунок 5)

Вариант изменения стержневой смеси с песчано-глинистой на Alphaset, так же не дал видимых положительных улучшений.

Анализируя все результаты получения отливки «Подкладка с упором», из представленных вариантов моделирования, можно сделать вывод, что наиболее целесообразной технологией производства будет являться использование трех закрытых прибылей с выпорами в форме из

Рис. 5. Вариант моделирования отливки «Подкладка с упором» с использованием в качестве стержневой смеси - Alphaset смесь

Разработанную технологию можно предложить в действующее литейное производство.

Работа выполнена при поддержке НПО «Промодель».

Литература

1.Трухов А.П. Технология литейного производства: Литье в песчаные формы: учебник / А.П. Трухов, Ю.А. Сорокин, М.Ю. Ершов. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 528 с.

2.Васькин В.В. Математическое моделирование и литейные технологии / В.В. Васькин // CADmaster. - 2002. - №4. – С. 31 - 39.

Вычислили срок окупаемости биогазовой установки по производству газа и срок окупаемости с учетом реализации удобрений:

где Z– период окупаемости проекта,

R – первоначальный объём инвестиций (стоимость биогазовой установки),

P – средняя по году величина денежных поступлений от полученного газа.

где Z– период окупаемости проекта,

R – первоначальный объём инвестиций (стоимость биогазовой установки),

P1 – средняя по году величина денежных поступлений от полученного газа.

P2 – средняя по году величина денежных поступлений от полученного газа.

Расчет велся с учетом стоимости газа 3,02 руб/м3 и удобрения 300 руб/т. Рассчитанные данные сводим в итоговую таблицу (табл. 2).

17

Хорошо известно, что для восстановления замусоренных пространств требуются значительные ресурсы как материальные, так и трудовые. Применение живых микроорганизмов для нейтрализации загрязнений – относительно новый подход в решении злободневного вопроса.

Проблема данного исследования заключается в формировании территорий с устойчивым развитием, связанных с неконтролируемым увеличением количества ТБО, его негативного воздействия на окружающую среду и здоровье человека.

Актуальность. Последствиями активной деятельности человека стало нарушение экологической «чистоты» крупных городов и прилежащих территорий. Новый взгляд на решение проблем экологии обращен к применению микроорганизмов, полезных для хозяйственной и повседневной деятельности человека.

Если строго следовать Федеральному закону от 29.12.2014 №458-ФЗ «Об отходах производства и потребления», то деятельность всех мусорных полигонов необходимо прекратить, т.к. они представляют собой источники интенсивного загрязнения атмосферы и подземных вод, распространения вредителей.

Биоремедиация–это комплекс методов отчистки вод, грунтов, атмосферы с использованием метаболического потенциала биологических объектов – растений, грибов, насекомых, червей и других организмов [1]. Она позволяет остановить выработку свалочного газа, произвести очистку дренажных вод, утрамбовать тело полигона, высвободить земли для различных направлений целевого использования. Особые успехи технологии показали при разливах нефти.

Биоремедизация позволяет значительно уменьшить сроки детоксикации и возобновления загрязненной среды от нескольких десятков до нескольких месяцев. Положительные стороны биоремедиации: 1) применение для разнообразных типов грунтов; 2) эффективность переработки микроорганизмами отходов на безвредные для окружающей среды продукты жизнедеятельности

бактерий; 3) экологическая и гигиеническая безопасность использования.

Сегодня в области экологической биотехнологии одновременно применяют растения и микроорганизмы. Симбиоз служит основой для технологий в экологии. Примером служит биоочистка почвы с помощью прорастания многолетних трав под полимерным покрытием. Преимущества: возможность использования на любом выбранном участке земли и экологическая безопасность.

Применение таких технологий сопряжены с некоторыми рисками. Биологическая рекультивация осуществляется не в закрытой системе, а в открытой. Может состояться горизонтальный перенос рекомбинантных генов от ГМО к другим представителям микробного сообщества. Теоретическое решение проблемы видится в создании микроорганизмов с встроенной генетической программой "самоубийства", которая срабатывает сразу после исчезновения токсического соединения, но риски остаются [6].

Полигон для захоронения ТБО «Каскад» создан на территории Семилукского района Воронежской области. Объект расположен у автодороги «Курск-Воронеж». Его функция: утилизация мусора правобережной части г. Воронежа. Срок службы: 35 лет. Предельная высота размещения отходов – 58 м. Общая площадь – 61,5 Га.

Рис. Съемка со спутника. Расположение полигонов, карьеров. Цвета (красныйполигон «ПООО» в карьере «Средний»; синийполигон ТБО «Каскад»; зеленыйтерритория действующего карьера)