ИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО. ТЕХНИКА В ЦЕЛОМ

В пособии изложены основные закономерности процессов минералообразования в техногенных условиях и минералогические подходы в оценке экологической ситуации урбанизированных территорий.

В учебном пособии изложено современное состояние мониторинга окружающей среды, рассмотрены классификации мониторинга, определения и содержания программ мониторинга, приведены методы и принципы организации мониторинга. Даны материалы по мониторингу различных природно-техногенных систем, включающих горно- и нефтегазодобывающие отрасли промышленности, а также добычные предприятия месторождений урана методом подземного скважинного выщелачивания. В работе кратко изложены виды исследований и аналитическое обеспечение при организации мониторинга.

В пособии приводятся основные понятия из теории автоматического регулирования; рассматриваются элементы аппаратуры и средства автоматики, буровая контрольно-измерительная аппаратура (БКИА), буровые автоматические системы. Подчеркивается теснейшая связь БКИА и автоматики с техникой и технологией бурения. Намечаются перспективы развития «классических» буровых систем и компьютеризации основного бурового процесса.

В пособии изложены современные проблемы коррозионного растрескивания магистральных напряженно-деформированных газонефтепроводов в процессе длительной эксплуатации; приведены результаты многолетних исследований, выполненных под руководством автора, по вопросам коррозионного растрескивания катодно-защищаемой поверхности трубных сталей ферритно-перлитного класса. Значительное внимание уделено разработке новых критериев выбора режимов катодной защиты подземных стальных трубопроводов, позволяющих в экспрессном режиме определять остаточную скорость коррозии и степень электролитического наводороживания трубных сталей при различных напряжениях и потенциалах катодной защиты. Рассмотрены условия электролитического наводороживания стенки трубопроводов различного диаметра при перезащите. Приведены вопросы для самопроверки.

В пособии приводится информация о современных зарубежных буровых установках, предназначенных для бурения геологоразведочных скважин. Импортные буровые установки, которые в последние годы стали широко применять в России, характеризуются высокой производительностью, однако крайне слабо освещены в отечественной производственно-технической литературе, что затрудняет их выбор, обоснование и грамотную эксплуатацию. Данное издание окажется полезным для студентов при выполнении курсовых и дипломных проектов, а также для производственников, занимающихся бурением геологоразведочных скважин.

В учебном пособии приведено описание устройства и принципа работы, а также технические характеристики основного бурового оборудования отечественного и зарубежного производства для бурения геологоразведочных скважин; определяется оптимальная область его применения. Пособие является дополнением к учебнику по курсу «Буровые машины и механизмы».

В учебном пособии описывается технология бурения геологоразведочных скважин, технология сооружения и оборудования геотехнологических скважин, рассматривается принцип действия и устройство буровых машин и механизмов, предназначенных для бурения вышеуказанных скважин. Пособие будет полезным при углубленном изучении технологических производственных процессов, выполняемых при бурении геологоразведочных и геотехнологических скважин, при выполнении выпускных квалификационных работ и разработке проектов на бурение скважин в различных геолого-технических условиях, особенно при разведке и добыче урана.

В пособии изложены принципы действия и рассмотрены современные конструкции специальных машин для строительства и ремонта магистральных и нефтегазопромысловых трубопроводов: траншейных экскаваторов, траншеезасыпателей, машин для разработки траншей на обводненных и заболоченных участках трассы, для укладки трубопроводов при строительстве переходов под дорогами, реками и прочими преградами. Дана методика расчета производительности машин при выполнении различных технологических операций.

В пособии изложены теоретические сведения о составе, состоянии, физических, гидрофизических, химических и физико-механических свойствах грунтов, об их прогнозировании, классификации, методах их исследования и обработке результатов.

В учебном пособии рассмотрены основные разделы теории установившейся однофазной фильтрации флюидов в пористых и трещиноватых коллекторах. Освещены вопросы неустановившейся одномерной фильтрации флюидов и методы исследования плоских течений. Приведены сведения о фильтрации многофазной и неньютоновской жидкостях.

В пособии приведена информация о современном оборудовании и инструменте для бурения и ремонта скважин с использованием обычных бурильных труб и установки для бурения и ремонта скважин гибкими непрерывными трубами. Даны краткие сведения по забойным двигателям, буровым долотам, буровым насосам и лебедкам, циркуляционным системам. Описано оборудование для приготовления и дегазации буровых растворов, буровой инструмент, ключи, приспособления и др. Приведены предприятия-разработчики и заводы-изготовители.

В пособии изложены теоретические сведения о болотах, болотной растительности, составе и свойствах торфяных грунтов, методы их исследований, прогнозирования и классификации, применении характеристик состава и свойств при расчётах торфяных оснований при проектировании сооружений. Пособие создается в связи с актуализацией нормативных документов и применением в практике проведения изысканий новой техники и оборудования.

В пособии приведены и описаны основные показатели эффективности вытеснения нефти из пористой среды водой и растворами композиций химических реагентов. Изложены основные факторы, влияющие на нефтеотдачу. Рассмотрены методы интенсификации притока жидкости, применяемые для пород коллекторов Западной Сибири.

Приведены важнейшие виды металлических и неметаллических конструкционных материалов, описаны общие принципы технологии их получения и переработки, приведены сведения о методах оптимизации их состава и свойств.

Кратко представлены виды, внутреннее строение, свойства и структура применяемых в дорожном строительстве материалов. Рассмотрены технологические и физико-химические основы их производства и обеспечения долговечности.

Рассмотрены важнейшие виды металлических и неметаллических конструкционных материалов, описаны общие принципы технологии их получения и переработки, приведены сведения о методах оптимизации их состава и свойств.

Даются основные сведения по разделу дисциплины «Теории упругости», связанные с расчетами прямоугольных пластин на изгиб. Изложение теоретического материала сопровождается подробными объяснениями и примерами расчетов.

Даны методические рекомендации по определению стоимости строительной продукции в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации на основе методических и нормативных документов, предусмотренных сметно-нормативной базой ценообразования в строительстве 2001 года.

Разработана модель процесса посадки многоразового космического аппарата. Предложен способ определения реакций связей между элементами механического посадочного устройства и корпусом аппарата. Приведены зависимости для определения силы взаимодействия тарели посадочного устройства с грунтом. Для наиболее критичного случая посадки аппарата на твердый мерзлый грунт представлены зависимости от времени характерных параметров, описывающих процесс посадки: параметры перегрузки, линейные и угловые скорости, клиренс, а также получены области устойчивости процесса посадки.

В статье рассмотрены основные конструктивные решения, связанные со смазыванием центральных редукторов главных передач. Отмечается, что в центральных редукторах ведущих мостов преимущественно применяется картерная система смазки. Описаны конструктивные решения, обеспечивающие бесперебойную подачу смазки к переднему подшипнику ведущей шестерни в одинарных конических и гипоидных центральных редукторах при движении автомобиля на различных режимах. Особое внимание уделено смазыванию межколесных дифференциалов в ведущих мостах с разнесенными главными передачами. Такие дифференциалы характеризуются повышенными относительными скоростями вращения зубчатых колес. В ведущих мостах с картерной системой смазки широко распространена установка масляных фильтров для очистки масла. В некоторых проходных мостах подачу смазочного материала к межосевому дифференциалу и опорным подшипникам цилиндрической шестерни переходного редуктора производят под давлением. Проанализированы возможные места установки масляных насосов в проходных мостах, оснащенных системами смазки под давлением.

Статья содержит не столь широко известные данные, взятые из литературных источников, о потенциальной возможности увеличения трения шины на льду при динамическом нагружении шины крутящим моментом. Проведены экспериментальные и аналитические исследования трения резины по льду и представлена идентификация динамического потенциала шины на ледяной поверхности.

Статья содержит данные из литературных источников о зависимости тяговых свойств автомобильного колеса и диаграммы, используемой в теории антиблокировочных и противобуксовочных систем, от скорости движения, режима силового нагружения колеса, скорости изменения этих параметров и от коэффициента трения скольжения в контакте шины с дорогой. Показано, что эти свойства в значительной степени зависят от трибологических характеристик контакта шины с дорогой. Проведены экспериментальные и аналитические исследования трения между резиной протектора шин и различными поверхностями. Автором статьи предложены практические методы решения проблемы увеличения трения и тягово-сцепных свойств шины на асфальтобетонных поверхностях (сухих, мокрых и загрязненных).

Проведен анализ наиболее значимых изобретений в области систем централизованной подкачки шин транспортных средств. Описаны наиболее интересные конструкции данных систем, пояснены основные подходы, использованные при их разработке.

Проведен анализ наиболее значимых изобретений в области систем подрессоривания транспортных средств. Описаны наиболее интересные конструкции этих систем. Пояснены основные подходы, примененные при их разработке.

Проведен анализ наиболее значимых изобретений в области ведущих мостов транспортных средств. Описаны наиболее интересные конструкции мостов и главных передач, колесно-ступичных узлов, карданных валов и механизмов блокировки дифференциалов. Пояснены основные подходы, примененные при их разработке.

Разработана модель универсального наноспутника, предназначенного для электродинамического импульсного старта. Предполагаемая система запуска и стабилизации наноспутника одинаково эффективно работает в космическом пространстве и в атмосферах планет. Стабилизация наноспутника достигается исключительно за счет его формы, а не за счет вращения, что позволяет успешно выполнить целевую задачу.

Рассматриваются вопросы проектирования персонального мобильного интерфейса «человек—машина» для управления пилотируемыми космическими аппаратами на базе планшетного компьютера. На основе анализа существующих средств управления разрабатывается концепция внедрения мобильных устройств в бортовой комплекс управления. Приведено описание и результаты эксперимента по интеграции такого устройства в бортовую вычислительную систему Многоцелевого лабораторного модуля Международной космической станции.

Рассматривается задача безрасходной разгрузки накопленного кинетического момента инерционных исполнительных органов автономного космического аппарата на высокоэллиптической орбите. Получено аналитическое решение задачи гравитационной разгрузки кинетического момента инерционных исполнительных органов в гироскопически связанных между собой каналах крена — рысканья и показаны преимущества этого решения.

В данной статье рассмотрены вопросы повышения курсовой и траекторной устойчивости многоосной колесной машины (МКМ) путем разработки алгоритмов управления тяговыми электродвигателями привода ведущих колес. Предложен алгоритм работы системы динамической стабилизации курсовой и траекторной устойчивости МКМ в результате изменения крутящих моментов на ведущих колесах. Разработан метод расчета изменения крутящих моментов на ведущих колесах, обеспечивающий практическую реализацию предложенного метода управления. Методами имитационного математического моделирования при выполнении МКМ маневров «поворот» и «переставка» доказана работоспособность предложенного закона динамической стабилизации движения для МКМ, оснащенных электромеханическими трансмиссиями.

Рассмотрены результаты экспериментальных исследований макетных снарядов с элементами заряда твердого топлива в условиях импульсного воздействия артиллерийского выстрела. Скорости снарядов варьировались в диапазоне значений числа Маха 0,5…3, использовались заряды различных топливных составов и формы. Установлено, что при определенных уровнях нагрузки некоторые оригинальные топливные составы разрушаются. Приведены рекомендации по применимости рассмотренных составов и обоснованы требования по коррекции механических свойств новых твердых топлив.

Рассмотрен метод управления двумя акустооптическими дефлекторами (АОД), обеспечивающий быстродействующую развертку лазерного пучка в пространстве при подаче на первый дефлектор сигнала постоянной частоты, а на второй — линейно-частотно-модулированного (ЛЧМ) сигнала. Проведен анализ влияния параметров ЛЧМ-сигнала на мгновенную угловую диаграмму дифрагированного пучка. Предложен и исследован метод диагональной развертки пучка с использованием двух генераторов ЛЧМ-сигнала, позволяющий формировать лазерные растры с заданной угловой диаграммой направленности при работе с двухкоординатным АОД. Показано, что при использовании АОД на основе парателлурита с неаксиальной геометрией акустооптического взаимодействия и апертурой 9 мм, можно управлять мгновенной угловой диаграммой лазерного пучка в пределах от 40 до 3°. Даны рекомендации по выбору параметров управляющих сигналов, обеспечивающих реализацию предложенного метода.

Проведено экспериментально-расчетное моделирование термосилового нагружения крупногабаритного обтекателя ракеты-носителя на фрагментах конструкции. Исследованы два типа структур, изготовляемых с помощью различных технологических процессов: трехслойная структура с многослойными углепластиковыми обшивками и сотовым заполнителем и многостеночная структура из углепластика. Для обоих структур проведен расчетный анализ несущей способности крупногабаритных силовых оболочек обтекателей, а также температурных полей, возникающих в элементах конструкции при изменяющихся во времени термических нагрузках, для имитации циклограммы полета ракеты после старта. На специальном экспериментальном стенде проведено подтверждение несущей способности фрагментов трехслойной и многостеночной панелей при одновременном силовом и термическом нагружении по заданной программе. По результатам исследования сформулированы выводы о возможности применения каждого типа структур в ракетно-космической технике.

Рассмотрены вопросы демпфирования колебаний композитных оболочек. На основе энергетического подхода и технической теории демпфирования выведены расчетные формулы для коэффициентов диссипации и величин относительной мощности диссипации, соответствующих каждой форме колебаний многослойных ортотропных цилиндрических оболочек. Аналогичные зависимости выведены также для трехслойных оболочек с легким (сотовым) заполнителем и многослойными композитными обшивками. Проведено численное исследование эффективности применения углепластиков в крупногабаритных композитных оболочках высокого демпфирования с различными схемами армирования. Показан немонотонный характер зависимости исследуемых характеристик демпфирования как от параметров волнообразования, так и от ориентации материала в слоях обшивок трехслойной оболочки. Полученные результаты могут найти применение, например, при разработке методов акустической защиты выводимых на орбиту космических аппаратов.

Анализ чувствительности является неотъемлемой частью процесса создания конструкций высокого совершенства. Для размеростабильных композитных космических конструкций важен подбор структур, отличающихся малой чувствительностью к разбросам характеристик материалов слоев и отклонениям конструктивно-технологических параметров. На базе проведенного анализа чувствительности могут быть обоснованно назначены требования к входному контролю материала, а также система допусков и предельных отклонений. В статье выведены формулы для условий нечувствительности к разбросам характеристик материалов типичных композитных структур. Приведены результаты исследования возможностей сочетания требований размеростабильности и нечувствительности. Дана оценка опасности появления сдвиговых деформаций при нагреве-охлаждении многослойного материала вследствие неточности укладки отдельных слоев. Приведены рекомендации по выбору композитных структур для высокоточных конструкций космической техники, для которых малые значения коэффициентов линейного термического расширения сочетаются с низкой чувствительностью к отклонениям различного рода.

Рассмотрены методы получения и структуризации графеновых пленок. Дано описание интегральной методики исследования графена, синтезированного путем однократного напуска ацетилена методом CVD, определяющим топологию, количество слоев, внедрение химических примесей, дефектов структуры и поверхностных напряжений в графене. Приведены результаты исследований тестовых структур графена методом «полуконтактной» атомноиловой микроскопии в сочетании с методом конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния света.

Изображения, полученные во время аэрофотосъемки при больших скоростях движения летательного аппарата и на малых высотах, практически всегда подвержены искажению (смаз). При этом часто съемка осуществляется с перекрытием, что позволяет использовать несколько кадров для улучшения качества изображения. В работе предлагается метод восстановления смазанных изображений по двум кадрам. Восстановление изображения производится итеративно на отдельном шаге по методу сопряженных градиентов с регуляризацией. Полученные результаты подтверждают улучшение качества по сравнению с восстановлением по единственному изображению, так как появляется возможность восстановить частоты, которые теряются вследствие смаза.

Авторами предложена методология проведения численных исследований в области гидродинамики и тепломассообмена. Данные методы исследований нашли широкое применение во всех областях промышленности, особенно авиационной, автомобильной, энергетической и нефтегазовой. Однако использование таких методов без четко разработанной методики приводят к получению недостоверных результатов, что, в свою очередь, может повлечь серьезные последствия. Именно этим объясняется очень ограниченное применение численных методов, например, в атомной промышленности и на предприятиях военно-промышленного комплекса. В то же время, использование изложенной методики, которая апробирована при решении широкого круга задач, позволяет получить достоверные результаты и определить требуемые параметры объекта исследования с необходимой точностью и одновременно с приемлемыми временными затратами.

Современное программное обеспечение, используемое для проведения расчетов гидродинамики и тепломассопереноса, позволяет разрабатывать пользовательское программное обеспечение, помогающее автоматизировать процесс проведения численных расчетов. Авторами предложен термин «виртуальный стенд», который описывает алгоритм построения такого программного обеспечения и программный код. В данной статье изложен алгоритм для автоматизации процесса моделирования теплогидравлических процессов в системах трубопроводов сложной пространственной конфигурации, а также особенности процедуры создания соответствующего программного обеспечения в программном комплексе Star-CD 4.16 с применением языка программирования Java.

Создание многокомпонентных газовых сред широко применяется для приготовления эмульсий и суспензий и получения гомогенных сред с контролируемой концентрацией. В данной статье дана оценка перспектив их использования, проблемы разработки смешивающих устройств. Приведен пример схемы системы смешения в вихревом потоке. Представлены схема и методика проведения эксперимента по оценке эффективности данного устройства. Разработана математическая модель для проведения численных расчетов с распределенными параметрами для определения характера течения в устройстве вихревого смешения.

В статье раскрывается актуальность и области применения вихревых регуляторов. На основе обзора литературы и патентного обзора рассмотрено состояние вопроса на сегодняшний день по использованию и разработке вихревых регуляторов, приводятся схемы вихревых регуляторов, оценочный расчет параметров вихревого регулятора при заданных скоростях питающего и управляющего потоков и с заданными размерами вихревой камеры. Рассчитана математическая модель расчета вихревого регулятора, описывающая процессы течения рабочих сред, на базе которой в дальнейшем будет разработан метод расчета по распределенным параметрам, и проведен численный расчет вихревой камеры с помощью современных CFD-пакетов.

Рассмотрены проблемы технической реализации вертикальной и горизонтальной схем взлета и посадки палубных истребителей в России и за рубежом. Выполнен сравнительный анализ особенностей конструкции силовой установки палубных истребителей F-35 (США) и МиГ-29К (РФ), дана оценка рациональности их использования с учетом характеристики авианосцев и авианесущих крейсеров.

Рассмотрены вопросы определения базовых платформ высокоподвижных бронированных колесных и гусеничных машин для транспортировки военнослужащих, грузов и монтажа вооружения. Выделены три типа (семейства) машин для эксплуатации в районах с разными условиями движения: колесные, гусеничные, двухзвенные гусеничные.

Рассмотрены вопросы прогнозирования подвижности специальных колесных шасси нового поколения с использованием имитационного математического моделирования движения в различных условиях эксплуатации, а также проблема совместного моделирования процессов разной физической природы, непрерывных и дискретных при теоретическом исследовании движения специального колесного шасси.

В рамках становления новой специализации подготовки кадров для космической отрасли кратко рассмотрена технология управления полетом космических аппаратов, представляющего собой достаточно сложный процесс, методы и средства выполнения которого непрерывно развиваются в соответствии с усложнением космических аппаратов и задач их полета. Освещена история становления преподавания указанной дисциплины в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Представлены результаты исследований, связанных с изучением изменения плотности воды при низких температурах. Рассмотрен тепломассоперенос в условиях термической конвекции под действием выталкивающей силы при отсутствии градиентов концентрации. Выявлены причины возникновения изменения направления выталкивающей силы, определены двумерные профили скорости и обнаружена инверсия конвекции, обусловленная экстремумом плотности. Получена зависимость плотности воды от температуры и начальные оценки ряда характерных величин. Определены уровень скоростей нижнего предела коэффициентов переноса, граница между режимами процесса, начальная геометрическая конфигурация различных течений. Отмечено, что в однофазной жидкости в связи с быстрым изменением плотности в вертикальном направлении возникают волноподобные движения, например в термоклиньях, находящихся в объеме жидкости. Показано, что условия, наложенные на температуру погруженной в покоящуюся окружающую среду поверхности и саму среду, отличаются настолько, что в области диффузионной теплопередачи вязкость и теплопроводность жидкости заметно изменяются.

Проведены исследования в области разработок систем кондиционирования воздуха легких самолетов и вертолетов, предложена концепция систем кондиционирования воздуха для таких летательных аппаратов. Результаты данной работы могут быть использованы при проектировании макета и опытного образца системы кондиционирования воздуха легких самолетов и вертолетов на стадиях разработки технических предложений, эскизного и технического проектирования.

Рассмотрен лабораторный практикум по микромеханике, созданный на базе трех серийных устройств: печатной платы трехосного акселерометра, печатной платы двухосного датчика угловой скорости, печатной платы инерциального измерительного блока с устройствами беспроводной связи с персональным компьютером.

Проведен анализ риска информационной безопасности при реализации некоторых из фрод-угроз. Разработаны соответствующие алгоритмы атак злоумышленника и предложены способы защиты от них. Результаты получены с помощью тестирования, проведенного на стенде оборудования одного из российских операторов связи.

Показана актуальность использования механизма обнаружения вторжения IDS в кластерной беспроводной сенсорной сети (БСС) для противодействия атакам, проводимым путем вброса злоумышленником нелегитимного сенсорного узла. Выполнение этим узлом функций головного узла кластера приводит к большому риску информационной безопасности всей кластерной области БСС. Дается описание предлагаемой системы обнаружения вторжений IDS на основе аномалий. При этом рассматриваются физический и канальный уровни сенсорного узла кластерной области.

Cерия журнала «Техника и технологии» отражает самую массовую группу инженерных научных направлений Сибирского федерального университета. Целью создания серии является развитие фундаментальных исследований в области инженерных наук в СФУ, обеспечение международного приоритета научных работ преподавателей, сотрудников, аспирантов, докторантов вуза, а также интеграция журнала в международное информационное пространство.