Казахстанского инженерно-педагогического университета дружбы народов серия «инженерно-техническая»

1.Склейтер Н. Облачные вычисления в образовании. URL: Санкт- Петербург, 2002,204с.

2. Риз Д. Облачные вычисления. СПб: БХВ-Петербург, 2011, 288 с.

3. BuyyaR., Vecchiola C., Selvi S.T. Mastering Cloud Computing. Foundations and Applications Programming. Elsevier, Morgan Kaufmann, 2013, 468 p.

УДК 621.396.49

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ, БЕГУЩИЕ ВДОЛЬ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОЛОТНА
Старший преподаватель Г.К.Актуреева, Ш.К.Джолдасов

КИПУДН, г. Шымкент, Казахстан

Экспериментальный метод

В опыте измерялось распределение вдоль трассы (рельса или двух рельсов) электромагнитного поля, возбуждаемого излучателем, установленным на стальном рельсе. Поверхностные электромагнитные волны возбуждались и принимались одинаковыми  антеннами оригинальной конструкции (диполь), описанными в работе [3]. Возбуждающая антенна подсоединялась к генератору СВЧ и устанавливалась на рельсе неподвижно.  Приёмная антенна подключалась к анализатору спектра и от возбуждающей антенны передвигалась по рельсу вдоль него  с шагом 0,6м. В каждой точке (всего 230) измерялось ослабление сигнала относительно первоначального значения, полученного в месте нахождения возбуждающей антенны.  Распределение поля вдоль трассы  снималось  на частоте 368 МГц (длина волны 0,8м).

Для проверки прохождения по рельсу поверхностной, а не пространственной вблизи него, волны проводился контрольный эксперимент: одна из антенн по очереди или обе вместе снимались с рельса и располагались на земле в 0,5м от рельса с внешней стороны железнодорожного полотна - во всех случаях сигнал на приёмной антенне отсутствовал. На криволинейной трассе, когда приёмник находится вне пределов прямого луча излучателя и исключается приём отраженных сигналов пространственной волны, наличие сигнала на приёмной антенне свидетельствует о прохождении по  рельсу поверхностной волны, следующей за его кривизной.

Высота локализации поля волны в воздухе определялась  как уменьшение интенсивности сигнала в «е» (основание натуральных логарифмов 2,7) раз при подъёме приёмной антенны над рельсом.

Центральной проблемой ПЭВ является эффективность их возбуждения в различных средах, которая определяется как отношение мощности, «зака-чанной» в волну, к мощности, подведённой к возбуждающей антенне. Нами созданы антенны [3]  с коэффициентом эффективности 0,8; а также разработана методика определения эффективности возбуждения ПЭВ любыми антеннами, расположенными на границе раздела проводящей среды с диэлектриком; создан и опробован соответствующий математический аппарат [4].

Параметры экспериментального участка (железнодорожного полотна): 

-расстояние между рельсами  1,524 м;

-расстояние между деревянными шпалами  0,60 м;

-длина рельса 12,5 м; ширина верхней плоской части рельса 0,055 м.

Оборудование:   Источник -генератор сигналов R&SSML03(мощность на выходе генератора 100 мВт); приемник – анализатор спектра R&S®ESCI.  Генератор питался от аккумулятора автомобиля  и подключался через повышающий трансформатор 12/220 вольт. Приемная и передающая антенны   позволяли  возбуждать и принимать продольную компоненту электрического поля поверхностной электромагнитной волны, направленную вдоль рельса.

Результаты

Графики ослабления интенсивности поверхностной электромагнитной волны в зависимости от расстояния  представлены на рис.1-3.

Рис.1.Ближняя зона 0-14м          Рис.2. Ближняя и дальняя зона (мелкий масштаб) 15-140 м        Рис.3 Ближняя и дальняя зоны (крупный масштаб)   15-140 м. Мощность источника 20 дБ. Частота 368 МГц

Рис.1-3.Ослабление интенсивности ПЭВ в зависимости от расстояния

Высота локализации поля ПЭВ в воздухе над рельсом равнялась 1,5 м.  Локализация поля в рельсе соответствовала толщине обычного скин-слоя.

Наблюдалось «прилипание» поля волны  к поверхности рельса, что проявлялось в  следовании за его кривизной.

На различных участках трассы  ослабление сигнала менялось. Наименьшее значение ослабления составило  0,2 дБ/м.

Прохождение сигнала ПЭВ по рельсам, уложенным на бетонные шпалы, было несколько хуже, чем по рельсам на деревянных шпалах, что объясняется поглощением электромагнитного поля в бетоне.

Бегущая поверхностная волна проходила через стыки рельсов с незначительным ослаблением.

На расстоянии 0.5 м сбоку от рельса поле волны ниже уровня фона.

Измерения на параллельном рельсе дали те же результаты.

Был  проведён  эксперимент с одновременным параллельным  возбуждением ПЭВ на обоих рельсах:  две идентичные антенны устанавливались на рельсах напротив друг друга на расстоянии 1,5м (ширина ж.д. полотна); они подключались к одному генератору и возбуждали поверхностные волны в противофазе на частоте 440 МГц (длина волны 0.7м). В результате совместного действия, при той же мощности генератора, диаграмма направленности двух излучателей заметно сузилась, по сравнению с диаграммой направленности одного излучателя, а дальность распространения поверхностных волн вдоль рельсов достигла 1200 м.

Обсуждение результатов

Опыт хорошо  соотносится с теорией  ПЭВ. 

Небольшие колебания экспериментальных точек относительно теоретической прямой объясняются  интерференцией пространственной  и поверхностной волн, совместно возбуждаемых источником, расположенным  на поверхности раздела двух сред.

В картине спада поля прослеживаются ближняя зона быстрого (экспоненциального) спада поля волны и дальняя зона медленного плавного спада.

Характер спада поля поверхностной волны вдоль  изогнутого  ж.д. рельса  совпадает с таковым на изогнутой металлической ленте [1].

Поле поверхностной волны над металлическим рельсом сильнее прижато к поверхности (две длины волны), локализовано лучше, чем над океанской водой (5-7 длин волн в зависимости от частоты) [5].

Ослабление интенсивности ПЭВ при прохождении через стыки рельсов объясняется незначительной потерей энергии при частичной трансформации поверхностной волны в пространственную на разрывах волноведущей поверхности.   

В натурном эксперименте осуществлялся режим бегущей волны.  Для поверхностных электромагнитных волн рельс представляет собой открытый волновод.

Заключение

Эксперимент показал, что железнодорожное полотно может рассматриваться как открытый волновод, линия связи и (или) антенна бегущих поверхностных электромагнитных волн.

Список литературы:

1. В.Н.Дацко, М.А. Суслов «Поверхностные электромагнитные волны сверхвысоких частот в открытом волноводе». //  «Радиотехника и электроника», 2013,т.58, №5, с 503-506.

2. В.Н.Дацко «Поверхностные электромагнитные волны на металле» // «Радиотехника и электроника», 2014, т.59, №5, с. 452-457.

3. В.Н.Дацко «Антенна ПЭВ»   Инженерная физика 2013, №8,  стр.75-78

4. Ю.В.Кистович “Поверхностные электромагнитные волны Ценника СВЧ диапазона на соленой воде” Дисс. кандидата  физ-мат. наук, Москва, ВНИИФТРИ, 1988.

5. В.Н.Дацко «Новые типы поверхностных электромагнитных волн в проводящих средах» Дисс. доктора физ.-мат. наук, Москва, ИОФ РАН, 2000.

УДК 681.52

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ

Нурмаматов О. к.ф-м.н.

КИПУДН, г.Шымкент, Казахстан
Түйіндеме

Техникалық жүйелерінің сенімділік сипаттамаларының анықтау және есептеу тәсілдері, сенімділікті жоғарлату жолдары, жүйе элементтері сенімділігін жоғарлату және өзгерту структуралық сұлбалары қарастырылған.

Summary

Effective characteristic curves are observed for determination of main characteristics of indestructibility of complex technical system, ways of reliability growth: reliability elements’ growth and change of block scheme.
Электромобиль перспективный вид транспорта и на данный момент является почти единственным решением проблемы загрязнения атмосферы. Поэтому в настоящее время многие автопроизводители тратят много сил на решение конструктивных проблем электромобиля.

Поэтому ведутся работы над созданием аккумуляторных батарей с малым временем зарядки (около 15 минут), в том числе и с применением наноматериалов.

Рассматривается также возможность использования в качестве источников тока не аккумуляторов, а ионистров (суперконденсаторов), имеющих очень малое время зарядки, высокую энергоэффективность (более 95 %) и намного больший ресурс циклов зарядкаразрядка (до нескольких сотен тысяч). Опытные образцы ионисторов на графене имеют удельную энергоемкость 32 Втч/кг, сравнимую с таковой для свинцово-кислотных аккумуляторов (30-40 Втч/кг).

Электромобиль - это безрельсовое транспортное средство с автономным химическим источником тока (напряжения) используемым а качестве источника энергии для движения.

Главные показатели по которым электромобиль выигрывает перед простым автомобилем:

• 
  эксплуатационные расходы у электромобиля ниже, чем у автомобиля с ДВС. Например, небольшой автомобиль с ДВС объемом 1,2 литра и ручной коробкой переключения передач на легком топливе стоимостью 1 доллар проезжает около 50 км. Электромобиль при тарифе на электроэнергию 12 центов за 1 кВт • час (для США) проезжает за 1 доллар 120 км. Этот оптимистический расчет приведен в Американских СМИ;
  
• 
  двигатель внутреннего сгорания работает при высоких температурах, вибрациях, в химически активной среде, нуждается в жидкостном охлаждении, имеет много подвижных частей.
  

Узлы и агрегаты современного электромобиля.

Для большинства современных электромобилей кузов, шасси и многие другие механические узлы и агрегаты позаимствованы от серийных автомобилей с ДВС. Лишь немногие модели с самого начала проектировались как электромобили, например, GM EV1 или Honda EV-plus. Но те и другие имеют примерно одинаковый состав основных функциональных и вспомогательных компонентов.

Сегодня на электромобилях чаще всего устанавливаются:

• 
  свинцово-кислотные аккумуляторы (СК);
  
• 
  никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd);
  
• 
  железоникелевые аккумуляторы (Ni-Fe);
  
• 
  никель-металлгидридные аккумуляторы (Ni-MH);
  
• 
  натриево-серные аккумуляторы (Na-S);
  
• 
  никель-хлоридные аккумуляторы (Ni-Cl).
  

• 
  литий-ионные сульфидные аккумуляторы;
  
• 
  литий-полимерные аккумуляторы;
  
• 
  жидкостные топливные элементы;
  
• 
  инерционные маховики;
  
• 
  конденсаторы сверхбольшой емкости.
  

4. 
   Бортовой компьютер. Контролирует состояние основных функциональных компонентов и бортовых систем электромобиля. При необходимости инициирует средства защиты.
   
5. 
   Дополнительный источник электроэнергии (обычно вспомогательная аккумуляторная батарея на 12 В). Обеспечивает работу осветительных приборов, панели приборов, стеклоподъемников, стеклоочистителей и т. д.
   
6. 
   Система климат-контроля салона. Состоит из кондиционера и электроотопителя.
   
7. 
   Электронный контроллер электродвигателя. Формирует требуемый вид напряжения питания. Управляет числом оборотов и тяговым моментом на валу по командам водителя или автоматически.
   
8. 
   Электродвигатель. Приводит в движение колеса электромобиля непосредственно или через трансмиссию. Первоначально электромобили оснащались обычными электродвигателями постоянного или переменного тока. Сегодня на электромобилях используются в основном специальные электродвигатели переменного тока. К таким электродвигателям предъявляются требования высокой эффективности при постоянстве тяговых характеристик, необходимости в периодическом техобслуживании, способности выдерживать перегрузки и загрязнение
   
9. 
   Механическая трансмиссия. Состоит из коробки передач, дифференциала и других механических устройств для обеспечения движения электромобиля.
   
10. 
    Водительские органы управления электромобилем. Это педали, рулевое управление, рычаг управления стояночным тормозом, органы управления системами и приборами электромобиля.
    
11. 
    Движители (колеса) электромобиля. При применении тягового электродвигателя, колеса имеют конструкцию характерную для автомобилей. Но могут применяться и мотор-колеса, когда электродвигатель встроен в колесо.