Труды Санкт-Петербургского государственного морского технического университета
Научный рецензируемый журнал. Главный редактор: Кузнецов Денис Иванович, д.т.н., доцент. Индексация: РИНЦ, ВАК, Google Scholar, Ulrich's Periodicals Directory. Open Access и периодичность выхода: Diamond Open Access; 4 выпуска в год (ежеквартально). ISSN: 2414-1437 (Print)
Saint Petersburg State Marine Technical University
Для публикации статей в научно-техническом издании "Труды СПбГМТУ" необходимо заключить лицензионный договор на право размещения Редакцией сборников "Трудов СПбГМТУ" на открытом сайте "НАУЧНО-ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКИ". Для этого необходимо: Скачать бланк лицензионного договора*; Распечатать, заполнить 2 экземпляра бланка, подписать; Выслать экземпляры лицензионного договора по почте на адрес Редакции (190121, г. Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д. 3, аудитория А-353), а также дополнительно выслать скан-копию подписанного лицензионного договора на электронный адрес Редакции: journal@smtu.ru *если скачанный файл в формате “.docx” не открывается, необходимо переименовать его название на название с окончанием “.doc”
Особенности применения метода парциальных откликов при исследовании вибрации квазиодномерных конечно-элементных моделей
Актуальность. В настоящее время практически единственным численным методом, позволяющем решать задачи о получении параметров статического деформирования и вибрации сложных конструкций является метод конечных элементов и базирующиеся на его применении пакеты программ в основном зарубежного исполнения. Их применение, как правило, требует существенных трудозатрат по подготовке исходных данных, применения вычислительной техники серьезного уровня, а также финансовых затрат по приобретению пакетов соответствующих программ. Разработка подхода, позволяющего в некоторых случаях минимизировать указанные требования, а также сравнительно просто создать на его основе отечественные расчетные программы, представляется достаточно актуальной. Цель работы — разработать подходы, позволяющие менее трудозатратно и быстрее рассчитать параметры статического деформирования и связанных изгибно-продольно-крутильных установившихся колебаний (вибрации) конструкций, допускающих моделирование системами квазиодномерных конечно-элементных моделей. Материалы и методы. В качестве основного метода в работе представлен вариант метода парциальных откликов, имеющий ряд существенных преимуществ при решении задач о вынужденных установившихся колебаниях или статическом деформировании конструкций, допускающих моделирование квазиодномерными конечно-элементными моделями. Особенность предлагаемого варианта, названного дискретным вариантом метода парциальных откликов, состоит в записи для вычисления элементов матриц парциальных откликов и парциальных параметров алгебраических уравнений, имеющих рекуррентный характер. При этом традиционное решение краевой задачи заменяется решением ряда задач о сопряжении пар парциальных систем, каждая из которых, с одной стороны, имеет свои краевые условия. Число рассматриваемых пар соответствует числу сечений, в которых исследователь хочет знать параметры исследуемого процесса (амплитуды линейных и угловых смещений, внутренних усилий, опорных реакций). Круг решаемых задач существенно расширяется, если использовать предложенный авторами метод коррекции и (или) модификации характеристик инерции и жесткости элементов квазиодномерной конечно-элементной модели, а также внешней нагрузки, на нее действующей. Такой подход позволяет получать квазиодномерные модели для решения как одномерных, так и многомерных задач, а также задач, в рамках которых требуется учесть влияние дополнительных факторов, усложняющих картину вибрации. Результаты. В работе приведено несколько примеров применения дискретного варианта метода парциальных откликов в сочетании с методом коррекции и модификации характеристик квазиодномерных конечно-элементных моделей. Заключение. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о достижении поставленной цели, что подтверждается разработкой дискретного варианта метода парциальных откликов, позволяющего для определенного класса конструкций выполнять расчеты параметров деформирования и установившихся колебаний.
© Mелконян А.Л., Николаев Д.А., 2025 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
О влиянии параметров импульсов на интенсивность удаления органических слоев с углеродистой стали и других материалов при пиролизной очистке с использованием наносекундных технологических лазеров
Актуальность. Статья посвящена исследованию в области технологий импульсной лазерной очистки (ЛО), актуальной для современных металлообрабатывающих производств. Цель работы — получить новые данные для описания (на полуколичественном уровне) связи между выходными параметрами ЛО и набором регулируемых режимных параметров этих процессов, с использованием методов экспериментального исследования по удалению слоев органических материалов с металлических образцов с применением импульсного лазера мощностью до 200 Вт и параметрического анализа его результатов, а также аналогичных экспериментальных данных, полученных ранее в сходных исследованиях с лазерами с наносекундными импульсами. Материалы и методы. Проведена серия опытов по ЛО стальных образцов от пленок краски и слоя резиносодержащих загрязнений (образующихся в шинном производстве), с варьированием параметров лазеров и определением производительности ЛО, энергозатрат и некоторых характеристик, влияющих на разрушение органического слоя. Результаты. Анализ результатов в сочетании с данными аналогичных работ по ЛО показал сложный многофакторный характер связи входных режимных параметров с выходными, а также то, что одними из наиболее явно (и прямо пропорционально) влияющих на интенсивность очистки металлов параметров являются длительность импульса tp и коэффициент заполнения DC. В оптимальных режимах энергозатраты на ЛО близки к 13 МДж/(дм3 слоя) в варианте с ЛО эластомерсодержащего слоя. Поверхность образцов из Ст3 при такой ЛО не подвергается заметной эрозии и ее микротвердость находится на уровне ≤ 180 HV, что близко к этому показателю для исходной стали. Заключение. В дальнейших НИОКР целесообразным будет выбирать параметры для реализации процессов ЛО с учетом механизма удаления слоя, которое, по предварительной оценке, в режимах с невысокими энергозатратами идет с сочетанием энергоемкой термоабляции (пиролиза) и механизма отслоения покрытия за счет роста термоупругих напряжений в нем.
© Девоино О.Г., Шпакевич Д.А., Горбунов А.В., Лапковский А.С., Пилецкая Л.И., Рудницкий А.Ю., 2025 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Исследование влияния формы впускного клапана с различным числом спиральных направляющих (лопастей), при изменении температуры в цилиндре судового малоразмерного двигателя Ч8,5/11
Актуальность. Обзор литературы показывает, что изучение распределения температуры и влияния давления является важной основой для проектирования наиболее износостойких и долговечных клапанов, и существенно влияет на выбор материалов для их изготовления. Изучение распределения температуры внутри клапанов при давлении, оказываемом на них во время работы двигателя, экспериментально является очень трудоемкой и затратной задачей. Такие расчеты необходимо выполнять с помощью программного обеспечения, которое позволяет учесть определенные прикладываемые нагрузки в зависимости от угла поворота коленчатого вала двигателя на исследуемом образце. Цель работы. Объектом исследования являлся клапан судового малоразмерного двигателя заводского изготовления и такие же клапаны с измененной конструкцией, добавлением спиральных направляющих (ширм, лопастей), для изучения влияния температуры, оказываемых на них в зависимости от поворота коленчатого вала. При этом материал конструкции оставался однородным во всех исследуемых клапанах. Методика. Для выполнения поставленных задач был использован метод конечных элементов, реализованный в программе Ansys, с помощью которой был проведен нестационарный термомеханический расчет клапанов различных конструкций с однородным материалом на примере клапана судового малоразмерного двигателя Ч8,5-11, с последующим анализом полученных результатов, их изучение и сравнение. Для удобства решения исследование было разбито на две части. В данной части проводятся изучение влияния температуры в процессе работы судового малоразмерного двигателя Ч8,5/11, в будущей, изученные температурные поля будут передаваться в испытываемое клапанами давление в цилиндре судового малоразмерного двигателя. Результаты. На данном этапе при использовании метода конечных элементов, были построены и визуализированы температурные поля клапанов различных конструкций, рассчитана плотность теплового потока, а также проанализировано значение имеющихся на клапанах спиральных направляющих в зависимости от температуры. Поскольку расчет был нестационарным, для исследования судового малоразмерного двигателя были выбраны максимальные испытываемые температурные напряжения, действующие на клапаны в процессе эксплуатации. Выводы. В результате проведённого моделирования были получены данные по распределению температуры внутри тарелок исследуемых клапанов, из стали 40Х, которую имеется возможность просмотреть в любой момент исследуемого интервала. При изучении теплового потока в клапанах разных конструкций было выявлено, что тепловой поток увеличился в клапане с 3 лопастями = 283,12 Вт/мм2, а в конструкции с 6 лопастями = 281,49 Вт/мм2.
© Курбанов А.З., Вагабов Н.М., Санаев Н.К., Егоров В.В., 2025 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Исследование прочности полимерной матрицы под влиянием температурно-временного фактора
Актуальность. Обширное распространение полимерных композитных (ПКМ) материалов в судостроительной отрасли подтолкнуло к изучению физико-механических свойств ПКМ и в том числе под влиянием температурно-временного фактора являются важными и своевременными. Это дополнительно подтверждается необходимостью совершенствования технологии использования полимеров в виде тонких антифрикционных покрытий в ответственных механизмах. Цель работы. Исследование прочности полимерной матрицы под влияния температурно-временного фактора. Достижение цели обеспечивается решением следующих задач. Подготовкой материалов и образцов для проведения опытов. Изучением изменения полимерной матрицы при различных температурах спекания композита. Исследованием этапа синтеза (роста) прочности полимера. Созданием математических моделей роста прочности полимера при разных температурах от 200 до 350°С. Исследование этапа падения прочности (деструкции) полимера. Методы. В качестве объекта исследований был выбран высоко востребованный в последнее время полиамид марки ПА-6/66-3. были использованы как теоретические методы исследования, так и эмпирический — высокотехнологичные опыты с использованием цифровых технологий и обработкой результатов с применением CAE программ. Результаты. Определено, что температура спекания полимерного материала определяет скорость роста прочности, а зависимость скорости роста прочности от температуры носит линейный характер. Показаны графики зависимости предела прочности от времени спекания при различных температурах, а также произведена аппроксимация экспериментальных кривых. Выявлено, что термическая деструкция полимера протекает до обусловленных значений предела прочности и имеет выраженную точку перегиба. Выводы. Определено, что закон роста-синтеза прочности можно представить как линейную зависимость от температуры спекания образцов. Касаясь вопроса об изменении коэффициентов в уравнении прямой скорости роста прочности, можно сказать, что они достоверно зависят от температуры плавления. Результаты исследований позволяют дать рекомендации по совершенствованию технологии изготовления изделий из дисперсного полиамидного материала.
© Соловьев А.А., 2025 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Обзор методов численного моделирования скоростного ледового сопротивления
Стремительное развитие судоходства в арктическом регионе создает повышенную потребность в специализированных судах высокого ледового класса, приводит к поиску новых и совершенствованию существующих методов моделирования движения судов в ледовых условиях. Составление математической модели взаимодействия судна со льдом является сложной задачей с точки зрения моделирования свойств льда и единого верного подхода в выборе модели льда не существует, но предлагается большое количество методов, способных решить с достаточной точностью определенные задачи. Известные на сегодняшний день методы численного моделирования взаимодействия судна и льда, несмотря на свою эффективность, имеют существенные ограничения, связанные с высокой вычислительной стоимостью и ограниченной точностью, что определяет актуальность их дальнейшего совершенствования. Поиск оптимальных комбинаций различных численных методов и повышение эффективности вычислительных процессов становится ключевым направлением исследований для повышения безопасности и экономической эффективности арктического судоходства. Проведен комплексный анализ и систематизация существующих методов численного моделирования взаимодействия судна со льдом, а также определение перспективных направлений их совершенствования для повышения эффективности арктического судоходства. Данный обзор включает сравнительный анализ преимуществ и недостатков каждого метода (DEM, FEM, CEM, SPH, PD, LBM), а также оценку их применимости для решения конкретных задач моделирования взаимодействия судна со льдом. В ходе работы рассмотрены следующие аспекты применения методов: вычислительная эффективность, точность моделирования процессов, области оптимальной применимости. Систематизированы основные методы численного моделирования взаимодействия судна со льдом; выявлены общие характеристики всех рассмотренных методов; определены ключевые направления совершенствования существующих подходов; сформулированы рекомендации по определению ледового сопротивления и перечислены программные пакеты для реализации методов моделирования; установлена необходимость дальнейших исследований в области оптимизации вычислительных процессов и повышения точности моделирования взаимодействия судов со льдом. В обзоре сформулированы рекомендации по выбору метода моделирования движения судна во льду. Однако все существующие методы имеют свои ограничения, что приводит к необходимости их развития: разработка комбинированных подходов, оптимизация вычислительных процессов.
© Бережная М.А., Тряскин Н.В., Юй С., Чжао Б., 2025 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Исследование активности ингибиторов атмосферной коррозии против плесневых грибов
Актуальность. Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки эффективных методов защиты судового оборудования от биохимического воздействия. Поскольку в процессе жизнедеятельности патогенных грибов вырабатываются метаболиты и ферменты, разрушающие металлические конструкции. Для успешного применения такие материалы должны соответствовать следующим ключевым требованиям: надёжная защита от коррозии; доступность сырья для производства; простота технологического процесса получения; совместимость с различными консервационными основами (масло, топливо, вода); способность подавлять развитие плесневых грибов; низкая токсичность и отсутствие резкого запаха; возможность контроля концентрации в растворе; безопасные методы утилизации отработанных растворов; приемлемая стоимость. Цель работы — оценка антигрибковой эффективности ингибирующих составов, применяемых для защиты металлических конструкций. Методы. Исследование было выполнено с использованием распространённых в судоремонтной практике контактных и летучих ингибиторов коррозии. В работе используется диско-диффузионный метод анализа, позволяющий наглядно увидеть фунгистатический эффект. Результаты. Экспериментальные исследования позволили установить превосходство летучих ингибиторов над контактными. На основании чего построена объективная иерархия ингибиторов по практической применимости, эффективности в борьбе с биохимической коррозией и уровню токсической нагрузки. Заключение. Проведенные исследования демонстрируют необходимость дальнейшего совершенствования методов защиты судового оборудования от биохимической коррозии с акцентом на применение летучих ингибиторов как более эффективного средства защиты.
© Карзина Е.И., Гайдым М.А., 2025 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Теоретическое описание транспортировки частиц порошка в рабочую зону прямого лазерного выращивания
Актуальность. Характеристики потока порошка при транспортировке в рабочую зону прямого лазерного выращивания влияют на взаимодействие порошка, лазера и ванны расплава, что напрямую определяет геометрию валика и качество наплавляемого материала. Управление пространственным распределением потока порошка в зоне обработки является ключевым параметром для повышения эффективности и воспроизводимости процесса. Цель работы — разработка полуаналитического подхода для нахождения траекторий частиц порошка в задаче прямого лазерного выращивания с использованием дискретного струйного сопла. Методы. Поле скоростей газа-носителя в полупространстве без препятствий, заполненном защитным газом, аппроксимируется аналитическим решением уравнения Эйлера. Траектории частиц порошка находятся численным интегрированием уравнения движения, учитывающим силу Стокса. Результаты. Получены траектории частиц порошка в зависимости от распределения скорости газа-носителя на выходе из трубочки путем применения точного решения уравнения Эйлера для конкретных параметров частиц порошка и газа-носителя, используемых в аддитивных технологиях. Выводы. В работе представлена элементарная полуаналитическая модель транспортировки частиц порошка в задаче прямого лазерного выращивания, на основании которой становится возможным получение пространственного распределения частиц порошка в зоне обработки.
© Мукин Д.В., Ларионов Н.В., Молчановский В.М., Юдин И.Н., 2025 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Влияние газового потока на образцы, изготовленные методом селективного лазерного сплавления
Актуальность. Селективное лазерное сплавление (СЛС) — это технология изготовления металлических деталей путем сплавления частиц металлических порошковых композиций с помощью лазерного излучения. СЛС обеспечивает отличные механические свойства изготовленных деталей и высокую свободу в процессе их проектирования. В данной статье авторы изучают влияние мощности лазерного излучения на процесс разбрызгивания расплавленного порошкового материала. В ходе исследования были проанализированы причины возникновения, внешний вид и состав разбрызгивания, а также методы борьбы с ним. Поскольку процесс СЛС осуществляется в защитной атмосфере инертного газа, было показано, что поток газа является решающим фактором, так как он удаляет конденсат и предотвращает окисление материала во время плавления. Затвердевшие разбрызгиваемые частицы имеют средний размер приблизительно 162 мкм, что значительно превышает исходный размер порошка, равный 32 мкм. Цель работы состоит в анализе выброс материалы из порошка нержавеющей стали во время обработки и влияние потока газа на качество образца, особенно с точки зрения пористости. Результаты. Показали, что расход газа значительно влияет на однородность свойств изготавливаемых изделий. Свойства изготавливаемых деталей изменялись в зависимости от расположения образцов на платформе. Характеристики изготовленных деталей были более высокими при размещении образцов в зонах с высокой скоростью потока газа, при размещении в зонах с низкой скоростью потока газа их качество снижалось. Заключение. Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования и диагностики качества деталей, изготовленных в процессе СЛС.
© Мианджи З., Кобицкий А.Ю., Черноволов В.В., Жуков Р.М., Тужилин Д.Н., Раевский Е.В., 2025 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Разработка технологии перфорации жаровых труб, покрытых термозащитным покрытием
Актуальность. Современные газотурбинные двигатели требуют повышения рабочей температуры для увеличения эффективности, что приводит к экстремальным термическим нагрузкам на материалы. Температура продуктов сгорания в авиадвигателях может превышать точки плавления используемых жаропрочных сплавов, что ограничивает их применение. Для защиты рабочих деталей применяются термозащитные покрытия и системы охлаждения с использованием перфорационных отверстий. Технология лазерной перфорации является перспективным методом, обеспечивающим высокую точность и экономическую эффективность при изготовлении отверстий в жаровых трубах с термозащитным покрытием. Разработка и оптимизация таких технологий актуальны для авиационно-космической отрасли и общего машиностроения, где требуется баланс между качеством, производительностью и стоимостью. Цель работы — разработка рационального технического решения для лазерной перфорации жаровых труб с нанесенным термозащитным покрытием, обеспечивающего оптимальное сочетание точности, качества поверхности и производительности. Работа направлена на анализ существующих методов перфорации, их сравнение и обоснование выбора оптимальной технологии. Материалы и методы. В работе проведен технический анализ существующих решений перфорации как на примере авиационно-космических, так и общепромышленных применений. Рассмотрены варианты выполнения перфорации жаровых труб по имеющимся в открытых источниках данным. Экспериментальная часть включала использование серийной установки пятикоординатной лазерной обработки СЛП520 с волоконным лазером. Результаты. Анализ показал, что лазерная перфорация превосходит альтернативные методы по точности и скорости обработки. Оптимальные параметры лазерного излучения обеспечивают минимальное термическое воздействие на термозащитное покрытие и высокую воспроизводимость. Эксперименты выявили, что использование длиннофокусного объектива обеспечивает стабильность диаметра и формы отверстий, а нанесение защитной пасты с нитридом бора позволяет исключить появление выплесков вокруг отверстий. Заключение. Лазерная перфорация является эффективным решением для изготовления охлаждающих отверстий в жаровых трубах с термозащитным покрытием. Предложенная технология обеспечивает высокую точность, качество и воспроизводимость, что делает ее предпочтительной для авиационно-космических применений. Дальнейшие исследования могут быть направлены на изучение влияния защитной пасты на величину измененного слоя.
© Мигдалев Я.П., Раевский Е.В., 2025 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Конструктивные методы минимизации остаточных напряжений при прямом лазерном выращивании
Актуальность. Зачастую в процессе изготовления изделий из закаливающихся сплавов методами аддитивного производства происходит их разрушение. Причиной этого является неблагоприятное сочетание металлургических факторов и высокий уровень возникающих напряжений. При изготовлении крупногабаритных промышленных конструкций методом прямого лазерного выращивания невозможно обеспечить получение благоприятного структурно-фазового состава и механических свойств наплавляемого металла вследствие низкой межпроходной температуры и высоких скоростей охлаждения. В таком случае для предотвращения разрушения конструкции необходимо снизить уровень напряжений и деформаций. Цель работы — теоретический анализ эффективности использования методов локального изменения геометрии наплавки, а также локального изменения химического состава, для снижения остаточных напряжений и деформаций наплавок, симулирующих условия получения крупногабаритных конструкций методами прямого лазерного выращивания. Методы. Анализируются наплавки типа стенка из сплава Ti-6Al-4V с двумя вариантами галтелей на торцах: плоскими и вогнутыми. Также рассмотрена наплавка типа стенка без галтелей с градиентным переходов от мягкой прослойки из чистого титана к существенно более прочному сплава Ti-6Al-4V. Для определения напряжений и деформаций в наплавках была разработана численная модель процесса прямого лазерного выращивания. Последовательно связанные задачи теплопроводности в нестационарной постановке и квазистационарная задача термопластичности были решены методом конечных элементов. Результаты. Добавление плоских галтелей на торцах наплавки оказывают незначительное влияние на величину остаточных напряжений и накопленных пластических деформаций. Вогнутые галтели приводят к существенному снижению пластических деформации, обеспечивая получение бездефектной наплавки. Наибольшую эффективность показал подход, связанный с добавлением менее прочной, но более пластичной прослойки между жесткой подложкой и наплавкой из более прочного сплава. В этом случае максимальный уровень накопленных пластических деформаций достигается на торцах наплавки в области мягкой прослойки и мало зависит от протяженности прослойки. Более прочная часть наплавки из сплава Ti-6Al-4V практически не претерпевает пластического деформирования. Выводы. Используя методы численного моделирования продемонстрирована возможность существенного снижения остаточных напряжений и пластических деформаций в наплавках, получаемых прямым лазерным выращиванием, за счет использования методов локального изменения геометрии наплавки, а также локального изменения химического состава.
© Иванов С.Ю., 2025 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Снятие термобарьерного покрытия посредством лазерной очистки
Актуальность. Различные типы покрытий используются для защиты конструкционных материалов от коррозии и износа, а также для обеспечения теплоизоляции. Среди них наиболее сложную структуру имеют те покрытия, которые эксплуатируются в условиях высоких температур, например, в авиационных и промышленных газотурбинных двигателях, изолируя компоненты турбины от потока горячего газа, повышая этим долговечность и энергоэффективность двигателей [1]. К термобарьерным покрытиям предъявляются три основных требования: низкая температуропроводность, стабильность при высоких температурах, высокая долговечность, поэтому удалить их довольно трудно. Цель — решение проблемы снятия термобарьерного покрытия с рабочих лопаток газотурбинных двигателей, которые подвергаются интенсивному износу из-за сложных условий эксплуатации. В качестве наиболее эффективного метода очистки предлагается технология лазерной очистки — передовая технология, позволяющая найти решения для снижения производственных затрат и повышения производительности и качества производственного процесса [2]. Обсуждается важность сохранения основного материала лопатки при снятии термобарьерного покрытия для его последующей эксплуатации (нанесения нового покрытия). Ставится цель удалить термобарьерного покрытия без повреждения основного металла и определить оптимальный режим для данного рода задач. Методы. Для достижения цели лопатка из сплава ЧС-70ВИ подверглась резке по длине пера на несколько частей, одна из которых стала образцом-свидетелем. Эта часть не подвергалась очистке. С остальными образцами были проведены лабораторные экспериментальные исследования, направленные на изучение влияния входных параметров процесса лазерной очистки на полноту удаления термобарьерного покрытия. Далее все образцы подвергались металлографическим исследованиям для определения структуры материала, микротвердости и толщины термобарьерного покрытия. Результаты. В статье представлен металлографический анализ микротвердости и толщины термобарьерного покрытия после проведения испытаний, подтверждающий эффективность лазерной очистки для обеспечения долговечности и надежности рабочих лопаток газотурбинного двигателя. Выводы. В соответствии с задачами был проведен литературный обзор статей по теме лазерной очистки. Далее были выбраны диапазоны варьирования основных параметров обработки. Произведена серия экспериментов, после которой образцы были отправлены на металлографический анализ. На основе полученных в результате металлографического анализа данных определен режим, обеспечивающий полное снятие термобарьерного покрытия, и установлена зависимость толщины термобарьерного покрытия от мощности излучения.
© Жданов В.С., Аккузин Г.А., Задыкян Г.Г., Корсмик Р.С., 2025 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Математические и схемные модели испытательных генераторов импульсных помех для расчетов в области электромагнитной совместимости
Актуальность. Судовое электронное и электротехническое оборудование не может быть поставлено на суда, если оно не соответствует требованиям по устойчивости, предъявляемым к импульсных помехам. При испытаниях оборудования, спроектированного без учета этих требований, фиксируются сбои в его работе. Важно уметь прогнозировать эффекты воздействия помех на стадии проектирования оборудования. Цель работы — дать математические и схемные модели испытательных генераторов импульсных помех для оценки устойчивости схем оборудования к импульсным помехам при их разработке. Методы. Результаты работы базируются на требованиях Российского морского регистра судоходства по электромагнитной совместимости, документах международной электротехнической комиссии серии IEC 61000-4. Использованы математические описания сигналов импульсной формы, программы моделирования схем в области электротехники. Результаты. Даны формулы, описывающие импульсные помехи со стандартными параметрами. Приведены детальные схемы испытательных генераторов для использования в моделирующих программах, даны примеры результатов моделирования и погрешности имитируемых параметров помех. Выводы. Применение предложенных моделей позволяет прогнозировать результат воздействия помех на стадии проектирования оборудования до проведения испытаний на помехоустойчивость, что сокращает время и затраты на доработку оборудования.
© Воршевский А.А., Воршевский П.А., Киав М.Т., Хейн Х.А., 2025 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Выявление аномалий при анализе результатов гидроакустических измерений нестационарных процессов
Актуальность. При обработке результатов гидроакустических измерений огромное значение имеет выявления и отбраковка так называемых аномальных результатов. Это связано с тем, что даже один результат, может привести к ложным выводам. Отличительными особенностями измерений в области гидроакустики являются, с одной стороны, высокая цена просчета в случае недостаточной их точности, а с другой — трудность достижения необходимой точности ввиду сложности и изменчивости среды распространения, влияния фона. Необходимость знания тонкой пространственной и временной структуры измеряемых гидроакустических нестационарных процессов предъявляет жесткие дополнительные требования к используемым методам и средствам измерений, а также к точности получаемых результатов. В предлагаемой статье рассмотрены и проанализированы вопросы, связанные с выявлением аномалий при анализе результатов гидроакустических измерений случайных нестационарных процессов на основе метода размножения оценок. Цель работы — разработка алгоритма обнаружения аномальных значений результатов измерений стационарного и для нестационарного процесса основанного на методе размножения оценок. Методы. Для нахождения оптимальных значений параметров предлагаемых алгоритмов исследовали зависимости вероятности правильного обнаружения и вероятность ложной тревоги в зависимости от числа размноженных оценок исходной реализации и числа покрытий на длину реализации. Было показано, что в условиях ограниченных априорных данных использование указанного метода позволяет эффективно определять аномальные значения результатов гидроакустических измерений не только для стационарного, но и для нестационарного процессов. Результаты. Воспользовавшись имитационным моделированием, были получены модели результатов измерения, которые представляли собой нестационарную случайную последовательность. Проведенные исследования показали высокую эффективность обнаружения аномальных измерений предлагаемого алгоритма, основанного на методе размножения оценок. Высокая эффективность предлагаемого алгоритма в условиях ограниченных априорных данных позволяет его использовать в автоматизированных системах первичной обработки данных.
© Самаров Е.К., 2025 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Компьютерное моделирование воздействия электростатического разряда в частотной области
Актуальность. Актуальность работы обусловлена необходимостью создания средств компьютерного моделирования, позволяющих оценивать результат воздействия электромагнитных помех на блоки аппаратуры на стадии проектирования. Цель работы. Установить возможность применения вычислительных методов частотной области для моделирования переходных процессов, возникающих при воздействии электростатического разряда на блоки аппаратуры. Материалы и методы. В работе предлагается для моделирования стандартизованных воздействий электростатических разрядов на блоки аппаратуры использовать метод поверхностных интегральных уравнений в частотной области. Для этого к стандартизованному току разряда применяется быстрое преобразование Фурье и методами частотной области моделируется воздействие сосредоточенного источника гармонического тока для ряда частот. Для каждой частоты определяется коэффициент преобразования воздействия в помеху. Временные зависимости наведенных электростатическим разрядом напряжений и токов получаются в результате обратного быстрого преобразования Фурье, примененного к произведению спектра тока разряда и соответствующего коэффициента преобразования. Результаты. Результаты, полученные с помощью методов частотной области и методов временной области, совпадают с достаточной для практических расчетов точностью. При этом воздействие каждой частотной составляющей анализируется независимо, что допускает высокую степень параллелизации вычислений, в то время как расчет методами временной области требует завершения расчетов для предшествующих моментов времени. Требования к размеру элементов расчетной сетки определяются длиной волны на максимальной учитываемой частоте. Заключение. В работе показана принципиальная возможность использования методов частотной области для моделирования импульсных электромагнитных воздействий, таких как воздействие электростатического разряда. Частотные зависимости коэффициентов преобразования и спектральной плотности помех предоставляют дополнительную информацию о связи уровней помех с геометрией блоков аппаратуры и о возможных путях их снижения.
© Низкий Р.Я., 2025 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Система хранения и подачи водорода в батарею топливных элементов
Актуальность. В настоящей статье рассматриваются актуальные вопросы использования водородной энергетики для морских транспортных средств. К ним можно отнести хранение и подачу водорода в батарею топливных элементов с твердополимерным электролитом. В настоящее время наиболее отработанными системами хранения водорода выступают титановые и композитные баллоны. Конкуренцию им составляют интерметаллидные устройства. Каждое из этих систем хранения имеет свои достоинства и недостатки. Современные баллоны из композита позволяют выдерживать давления газа до 400 атмосфер. Редуцирование водорода с 400 атмосфер до нескольких единиц или десятков бар представляют собой решаемую задачу. При этом нужно учитывать, что изменение давления газа влечет за собой существенное понижение температуры топлива, поступающего в батарею топливных элементов. Холодный сухой водород снижает коэффициент полезного действия электрохимического генератора. Для повышения коэффициента полезного действия необходимо его подогреть и увлажнить. Методы. Применяется метод, при котором используется система рециркуляции водорода, состоящая из струйного аппарата, теплообменного аппарата, системы управление рециркуляцией топлива на базе микропроцессора, датчиков и трубопроводов. Целью использования системы рециркуляции водорода является поддержание водного баланса батареи и рециркуляция неиспользованного в реакции водорода. Для поддержания постоянного давления в напорной магистрали батареи топливных элементов применяется модифицированный электропневматический преобразователь ITV с обратной связью. Результаты. В результате получается система, обеспечивающая поддержание постоянного давления водорода на входе в батарею топливных элементов, и более эффективное использования топлива. Выводы. Использование системы рециркуляции водорода ведет к повышению коэффициента полезного действия установки, а применение модифицированного электропневматического преобразователя ITV позволяет поддерживать постоянное давление топлива перед батареей топливных элементов.
© Галушин С.Я., 2025 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0