Том 16, № 1 (2022)

Введение. Создание нового ДВС начинается с эскизного проекта, в ходе которого рождается архитектурный замысел двигателя, определяются основные черты его базовых компонентов. Подшипники (в данном случае скольжения) – это краеугольные камни конструкции, которые создают фундамент и формируют основу силовой схемы будущего двигателя. В связи с чем точный выбор этих ключевых компонентов двигателя – непреходящая актуальная задача.

Цель исследований – разработать и предложить инженерный метод выбора параметров подшипников на базе статистического анализа реализованных на практике наиболее удачных конструкций автомобильных двигателей.

Методология и методы. В работе использован метод сравнительного анализа относительных нагрузок, позволяющий проводить оценку условий нагруженности и несущей способности коренных и шатунных подшипников с использованием привычных для двигателистов относительных величин, таких как отношение диаметров шатунной и коренной шеек к диаметру цилиндра (d/D_c, d1/D_c), отношение длины шеек к их диаметрам (L_cp/d, L_mp/d) или к диаметру цилиндра (L_cp/D_c, L_mp/D_c) и т. д.

Результаты и научная новизна. Получены простые, но физически понятные величины, характеризующие условия работы подшипника, с помощью которых, используя имеющиеся каталоги фирм-производителей, конструктор имеет возможность подобрать наиболее близкие своим требованиям вкладыши подшипников – т. е. выбрать тип, размер вкладышей и потенциального поставщика.

Практическая значимость. Предлагаемый метод выбора конструктивных параметров подшипниковых узлов автомобильных двигателей позволяет существенно сократить объем расчетных работ на стадии эскизного проектирования силового механизма (коленчатый вал – блок цилиндров – шатунно-поршневая группа). Приведенные в работе данные могут быть также полезны для обновления давно устаревших данных, изложенных в учебной литературе 70–90-х годов.

Обоснование. В настоящее время в зоне напоров 50–650 м для ГАЭС наибольшее распространение получили гидроагрегаты с классическими одноступенчатыми радиально-осевыми обратимыми гидромашинами, которые имеют сравнительно простую конструкцию рабочего колеса и цилиндрического направляющего аппарата, достаточно хорошие энергетические показатели, но являются относительно тихоходными, крупногабаритными и металлоемкими гидромашинами. Численным исследованиям при проектировании данного типа машин сегодня уделяется особое внимание.

Современная тенденция – проектирование проточных частей на основе численного моделирования течения. Самые известные коммерческие программные продукты, где реализовано численное моделирование методом конечных объемов – это Ansys Fluent, Ansys CFX, StarCD, Numeca, Flow Vision и CADRUN. В рассматриваемой работе расчеты были выполнены с использованием программного комплекса Ansys CFX версии 2021R1. На сегодняшний день, ввиду нехватки численных мощностей, остается актуальной задача разработки и использования методики, которая позволит получить приемлемый результат при оптимальных временных затратах на подготовку данных и проведение расчетных исследований.

Цель исследований. В работе представлена «экономичная» методика численного моделирования энергетических характеристик обратимой гидромашины.

Методы исследования. Методика заключается в описании постановки задачи, используемых расчетных сеток и принятых допущений для оптимального использования вычислительных ресурсов без существенной потери точности результатов.

В представленной статье исследуется проточная часть радиально-осевой насос-турбины, предназначенная для применения на максимальный напор до 250 м.

Результаты. Выполнено численное моделирование энергетических характеристик насосного и турбинного режимов. Дано краткое описание постановки задачи, используемых расчетных сеток и принятых допущений. Представлено сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными модельных испытаний. Результаты сравнения представлены в относительном виде для основных параметров: напор, КПД, приведенные частота вращения и расход.

Заключение. Для прогнозирования энергетических характеристик насос-турбин рекомендуется использовать SST модель турбулентности в стационарной постановке. Применение экономичных блочно-структурированных сеток, а также проведение расчетов только в области одной лопатки направляющего аппарата, одной лопасти рабочего колеса и отсасывающей трубы с использованием предварительных результатов расчетов в спиральной камере позволяют оптимально использовать вычислительные ресурсы без существенной потери точности результатов.

Введение. Исследование факторов, влияющих на виброакустические характеристики насосов, является одним из главных направлений работ в нынешнем насосостроении. Улучшение этих характеристик позволяет не только продлить срок службы насосов за счет снижения уровней вибрации, но и уменьшить уровень шума.

Цель. В рамках данной работы предпринята попытка произвести оптимизацию проточной части многоступенчатого насоса для получения приемлемых виброшумовых характеристик (ВШХ) в двух режимах работы, отличных от оптимального.

Методы. В результате исследования было установлено, что изменение этих параметров в угоду ВШХ отрицательно сказывается на КПД насоса и наоборот. Из-за этого потребуется искать оптимальный баланс между этими параметрами. Оптимизация проводилась с помощью метода исследования пространства параметров с применением ЛП-тау последовательностей. В качестве параметров оптимизации были выбраны следующие элементы: площадь на входе в отвод, угол направляющих лопастей на входе в отвод, ширина рабочего колеса на выходе, угол лопастей рабочего колеса на входе и выходе, угол охвата лопасти в рабочем колесе. В качестве критерия оптимизации было выбрано уменьшение площади под графиком спектра пульсаций давления. Математическая модель была верифицирована по двум произведенным и испытанным ранее вариантам проточных частей. Первый образец имел завышенные показатели спектра ВШХ в области высоких частот, второй же имел завышенные показатели в области низких частот.

Результаты. Составленная математическая модель качественно показала такие же результаты, что позволяет говорить о допустимости ее применения для оптимизации проточных частей насосов.

Заключение. Данная работа будет интересна специалистам в области проектирования лопастных гидромашин.

Введение. Развитие численных методов и технологий математического моделирования, применяемых при проектировании автомобиля, достигло высокого уровня, однако нельзя полностью полагаться на результаты виртуальных экспериментов, не убедившись в достоверности результатов, получаемых с использованием разработанной математической модели. Поэтому в данной статье рассматривается актуальный вопрос валидации математических моделей для решения задач исследования нагруженности компонентов автомобиля.

Цель исследования – подтверждение адекватности разработанных требований к построению математических моделей для исследования усталостной долговечности ходовой части автомобиля средствами математического имитационного моделирования путем выполнения валидационного исследования.

Методы. Валидация математических моделей осуществляется методом сравнения результатов натурных или полунатурных испытаний физического объекта с результатами имитационного моделирования этого объекта по результатам тензометрирования. Модели подготовлены с использованием технологий моделирования многозвенных систем и конечно-элементного моделирования.

Результаты валидации показывают хорошую сходимость результатов моделирования и эксперимента, чем подтверждается адекватность разработанных требований к построению моделей для исследования усталостной долговечности отдельных компонентов в составе модели. Выбранные критерии оценки ранее не использовались в аналогичных работах и показали эффективный результат количественного и качественного сравнения состояния нагружения исследуемых компонентов для большого количества граничных условий моделирования механической системы.

Выводы. Валидированные математические модели подвески легкового автомобиля, разработанный форсированный цикл нагружения подвески автомобиля, подход построения моделей и моделирования динамического нагружения могут использоваться для анализа нагруженности и прогнозирования усталостной долговечности компонентов ходовой части автомобиля на стадии технического проектирования и в ходе расчетного сопровождения испытаний.

Введение. Ведущие производители сельскохозяйственных тракторов имеют линейке своей продукции машины с автоматическими коробками перемены передач. Разработка конструкции данного типа трансмиссий, системы управления и алгоритма ее работы является актуальной технической задачей.

В статье рассмотрены вопросы математического моделирования работы автоматической трансмиссии колесного трактора и системы автоматического управления трансмиссией.

Цель работы – определение оптимальных законов автоматического управления двигателем и трансмиссией колесного сельскохозяйственного трактора на различных режимах работы с применением цифровой модели трансмиссии трактора.

Метод исследования. Моделирование условий работы выполнено в программе Matlab и его приложениях – Simulink, Simscape. При этом при помощи фундаментальных блоков данных приложений созданы модели физических компонентов коробки перемены передач и двигателя машины, а также системы управления силовой передачей трактора.

Результаты. Рассмотрен порядок применения пакета программ MATLab – Simulink, Simscape для математического моделирования управления работой трансмиссией. С помощью разработанной математической модели проведена симуляция работы силовой установки трактора в основных режимах работы с целью оптимизации характеристик системы управления.

Заключение. Научная новизна исследования заключается в выборе и оптимизации законов управления трансмиссией в соответствии с требованиями, предъявляемыми к сельскохозяйственным тракторам с автоматической ступенчатой коробкой передач.

Практическая ценность исследования заключается в возможности использования предложенных законов управления для разработки системы управления трансмиссией новых тракторов с автоматической ступенчатой коробкой передач.

Обоснование. Возросшее со стороны мирового сообщества внимание к проблемам изменения климата сдвигает акценты лидеров автоиндустрии на разработку и массовый выпуск автомобилей, оснащенных электрической силовой установкой. В свою очередь аккумулятор, как наиболее важная и ответственная часть любого электромобиля, нуждается в детальной проработке уже на стадии создания цифрового двойника изделия. Точное предсказание рабочих характеристик будущего аккумулятора и их отслеживание в реальном времени возможно только при наличии качественной математической модели батареи.

Цель работы – исследовать существующие имитационные модели работы литий-ионного аккумулятора, сравнить их результаты с экспериментальными данными и повысить точность благодаря использованию разработанной динамической модели, учитывающей процессы гистерезиса.

Материалы и методы. Моделирование выполнено на основе программы, написанной в Matlab, и в среде Simcenter Amesim, где при помощи компонентов библиотеки electric storage собран виртуальный стенд работы литий-ионных ячеек.

Результаты. Подготовлена модель работы ячейки в Amesim и изложены основные принципы электротермического моделирования аккумуляторного элемента с учетом эффекта гистерезиса. Проведена симуляция моделей в Amesim и Matlab по сценарию нагружения ячейки от реального электродвигателя в условиях движения по городу. Выполнен сравнительный анализ полученных результатов с экспериментальными данными.

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в возможности использования предложенной математической модели для разработки систем управления аккумуляторными батареями и оптимизации работы силовой установки электромобилей за счет лучшего качества используемых моделей.

Обоснование. Более значимым становится вопрос прогнозирования, анализа и управления электрической нагрузкой как в рамках электротехнического комплекса летательного аппарата в целом, так и для определенных групп потребителей электрической энергии. Прогнозирование электрической нагрузки необходимо для решения проблемы оптимизации эксплуатационного состояния электротехнического комплекса или системы, при постоянно изменяющихся условиях и изменяющиеся обстановке, что влечет изменение мощности. В последнее время часто применяется относительно новый метод, в основе которого лежит нечеткая логика. Этот метод является симбиозом нечеткой логики и нейронных сетей, который включает в себя основные свойства характерные для этих направлений. Благодаря применению отлаженной нечетко-нейронной технологии, реализованной в корректно спроектированной и обученной нечеткой нейронной сети для предсказания электрических нагрузок стало возможным обеспечить достаточно высокую точность и скорость прогнозирования нагрузок.

Цель работы – анализ методик прогнозирования электрической нагрузки электротехнического комплекса летательного аппарата, а также определение наиболее оптимальной методики для прогнозирования электрической нагрузки автономного летательного аппарата, применяемого в вооруженных силах.

Материалы и методы. Моделирование условий работы выполнено в программе Matlab и его приложениях – Simulink. При этом при помощи фундаментальных блоков данного приложения созданы модели физических компонентов электротехнического комплекса летательного аппарата.

Результаты. Для предметной оценки прогнозирования величины электрической нагрузки электротехнического комплекса летательного аппарата разработан алгоритм, реализованный на ЭВМ. Он предусматривает выполнение ретроспективных расчетов с учетом величины вырабатываемой мощности, длительности работы и перетоков электроэнергии в электротехническом комплексе в целом.

Заключение. Из-за использования отлаженной нечетко-нейронной технологии для предсказания электрических нагрузок, реализованной в корректно спроектированной и обученной нечеткой нейронной сети, стало возможным обеспечить необходимую точность и быстроту прогнозирования электрических нагрузок.