Көшкінбаев сәулетбек жолдықараұлы технологиялық процестерді бақылауға арналған талшықты-оптикалық көпфункционалды датчиктердің функционалдығын зерттеу және модельдеу
Диссертацияның құрылымы мен көлемі
жүктеу/скачать 6,91 Mb.
|
koshkynbaev-s-zh-phd-s-sp
- Бұл бет үшін навигация:
- 1 ҒАРЫШТЫҚ ИНФРАҚҰРЫЛЫМҒА АРНАЛҒАН КӨПФУНКЦИОНАЛДЫ ДАТЧИКТЕРДІҢ ҚАЗІРГІ ЖАҒДАЙЫ МЕН ДАМУ ПЕРСПЕКТИВАЛАРЫ
| Диссертацияның құрылымы мен көлемі. Диссертациялық жұмыс кіріспеден, 4 бөлімнен, қорытындыдан, пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Жұмыстың негізгі мәтіні 125 беттен тұрады, 53 сурет, 5 кесте бар, пайдаланылған әдебиеттер тізімі 115 атаудан тұрады.
1 ҒАРЫШТЫҚ ИНФРАҚҰРЫЛЫМҒА АРНАЛҒАН КӨПФУНКЦИОНАЛДЫ ДАТЧИКТЕРДІҢ ҚАЗІРГІ ЖАҒДАЙЫ МЕН ДАМУ ПЕРСПЕКТИВАЛАРЫ 1.1 Ғарыштық инфрақұрылымда қолданылатын талшықты-оптикалық көпфункционалды датчиктерді талдау Зымыран-ғарыш техникасының (ЗҒТ) өнімдері мен жүйелерінде физикалық шамалардың үлкен саны өлшенеді, олардың негізгілері деформация және температура болып табылады. Зымыран-ғарыш техникасының тағы бір маңызды объектісі, іске қосудың бірінші, маңызды кезеңінде аспаптардың жұмыс қабілеттілігін анықтайтын объектісі - бұл бірінші сатыдағы қозғалтқыш, онда датчиктер қозғалтқышта болып жатқан барлық процестерді басқарады: жанармай мен тотықтырғыш цистерналарындағы қысым, газ генераторындағы қысым мен температура, турбо сорғы қондырғысының айналымы, жанармай мен тотықтырғыштың шығыны және т.б. [14]. ЗҒТ-дан басқа, ғылымның, өнеркәсіптің және техниканың көптеген салалары үшін негізгі өлшенетін параметрлер: деформация және температура (20-30%). Бір уақытта бірнеше параметрлерді өлшейтін көпфункционалды датчиктерді қолдану күрделі құбылыстарды зерттеуге мүмкіндік береді, мысалы, ғарыш техникасын аэродинамикалық сынау кезінде пайда болатын стационарлық және стационарлық емес күш пен температура өрістерін өлшеу, әртүрлі энергетикалық қондырғыларды–турбиналарды, ұшақтарды эксплуатациялау және т. б. Турбиналарды, компрессорлық қондырғыларды және қуатты сорғыларды пайдалану кезіндегі энергетикадағы өзекті мәселе қысымды, температураны және дірілді бір мезгілде өлшеу болып табылады, өйткені бұл технологиялық жабдықтың режимдері мен жұмыс қабілеттілігін бағалауға мүмкіндік беретін осы параметрлердің үйлесімі, жиынтығы болып табылады. Аралас көпфункционалды датчиктерді қолдану өлшеулердің ақпараттылығын арттырып қана қоймай, сонымен қатар объектідегі датчиктердің номенклатурасы мен санын едәуір азайтуға мүмкіндік береді. Жекелеген агрегаттар мен ЗҒТ жүйелерінде қолданылатын көпфункционалды датчиктер, қазіргі уақытта көптеген стратегиялық салаларда әзірленіп, енгізіле бастаған талшықты - оптикалық датчиктің талаптарының көпшілігіне толық жауап бере алатынын айта кету керек. [15]. Зымыран-ғарыш саласы - адамзаттың дамуын айқындайтын миллиардтаған қаржылық айналымы бар әлемдік экономиканың маңызды секторларының бірі. Зымыран-ғарыш техникасын дамытудың негізгі тенденцияларының бірі ғарыш аппараттарын энергиямен қамтамасыз ету деңгейіне қойылатын талаптардың өсуі болып табылады. Қазіргі заманғы автоматты ғарыш аппараттарының арасында геостационарлық телекоммуникациялық ғарыштық аппарат ең үлкен энергиямен жабдықталады (20-25 кВт дейін). Қазіргі уақытта ғарыш аппаратаның барлығы дерлік (алыс ғарышты зерттеуге арналған автоматты аппараттарды қоспағанда) күн энергиясының қозғалтқыштарын пайдаланады. Сонымен қатар, күн радиациясының төмен энергия тығыздығы, онымен байланысты күн батареяларының айтарлықтай өлшемдері, сондай-ақ орбитаның көлеңкелі аймақтарында ауыр энергия сақтағыштарды пайдалану қажеттілігі күн энергетикалық қозғалтқыштарының қуатын одан әрі ондаған-жүздеген киловатт деңгейіне дейін арттыру мүмкіндігін шектейді. Ғарыш саласы қызметінің тиімділігін арттыру ғарыш саласында қолданылатын техникалық құрылғыларға атом энергетикасын енгізу есебінен мүмкін болады. Ядролық электр қозғалтқыштары күн қозғалтқыштарына қарағанда үлкен жинақтылығымен, өндірілетін қуаттың күнге дейінгі қашықтықтан және жарықтандыру жағдайларынан тәуелсіздігімен сипатталады, сонымен қатар радиацияға төзімділіктің жоғарылауымен сипатталады. Сонымен қатар, олар электр қуаты шамамен 50 кВт немесе одан жоғары болған кезде массалық сипаттамалары бойынша күн қозғалтқыштарынан асып түседі [16]. Кез-келген реактивті қозғалтқыштардың құрамына кіретін негізгі компоненттердің бірі-сенімділік пен сапаға жоғары талаптар қойылатын қысым датчиктері. Бұл ғарыш кеңістігінде бұзылған компоненттерді жөндеу мен ауыстырудың мүмкін еместігі сияқты жұмыс ерекшеліктерімен байланыстырылады. Зымыран-ғарыш саласы үшін датчиктерді әзірлеу кезінде датчиктердің жұмысқа қабілеттілігін қамтамасыз етудің күрделі міндеті тұр және олар келесідей техникалық талаптарға сай болуы керек: - температураның әсер ету диапазоны -253 °С-тан +3000 °С-қа дейін; - 5000 градус/с-қа дейінгі жылу соққысы; - жиілігі 6 д-дан 2500 д-ға дейінгі диапазондағы діріл; - ұзақтығы 1500 д дейін соққы жүктемелері (0,5...5) мс; - 120 дБ - ден 170 ДБ-ға дейінгі диапазондағы акустикалық шу; - сенімділігі 0,99-дан 0,999-ға дейін [17]. Датчиктерге қойылатын талаптарды талдау. Ядролық электр қозғалтқыштары аспап жасау саласында танымалдылыққа ие болғанымен, ҚР-да сұйық-реактивті қозғалтқыштардағы қысым датчиктері үлкен сұранысқа ие. Сұйық-реактивті қозғалтқыштардағы қысымды өлшеуге арналған датчиктерге мынадай техникалық талаптар қойылады: - өлшеу диапазоны (0-50) МПа; келтірілген негізгі қателік ± 0,5% аспайды; келесі жұмыс орталарында жұмыс істеу қабілеті: сутегі, оттегі, агрессивті және агрессивті емес сұйықтықтар мен газдар, жану өнімдері; жұмыс ортасының температура диапазоны (- 150 °С до +1327 °С) [8]. Ядролық электр қозғалтқыштары үшін аппаратура мен құрама тораптардың жылдам нейтрондар ағынына және гамма-сәулеленуге төзімділігі бойынша талаптар қойылады. Қысым датчиктерінің қолданыстағы әлемдік номенклатурасының техникалық сипаттамаларын талдау қарастырылған құрылғылардың ешқайсысын реактивті қозғалтқыштың құрамында конструкцияны жетілдірмей қолдануға болмайтынын көрсетті. Датчик-түрлендіргіш аппаратураның жұмыс жағдайына және реактивті қозғалтқыштың құрамындағы сыртқы факторлардың әсер ету деңгейіне қойылатын талаптар, сенімділікке қойылатын жоғары талаптармен бірге, қолданыстағы номенклатураларды жаңарту немесе жаңасын жобалау кезінде құрылымның барлық элементтерін байыпты зерттеу қажеттілігін тудырады. Ғарыш жағдайындағы өте жоғары радиациялық жүктемелер жоғары температурамен үйлескенде жеке түйіндердің функционалдық сенімділігі ғана емес, сонымен қатар материалдардың қарапайым құрылымдық беріктігі мәселелерін де қарастыруды қажет етеді [17,18]. Қазіргі заманғы жартылай өткізгіш датчиктердің құрамында тот баспайтын болат, алюминий, титан және олардың негізіндегі қорытпалар, шыны, керамика, желімдер мен қосылыстар, кремний және қымбат металдар сияқты материалдар қолданылады [19]. Корпустарды, қаптамаларды, фитингтерді, контактілі жастықшаларды жасау үшін қолданылатын жартылай өткізгіш деформация датчиктерінің негізгі құрылымдық материалы тот баспайтын болат болып табылады. 12x18n10t, 36NHTYU, 44NHTYU маркалары танымал, сондай-ақ темір-никель қорытпалары сияқты брендтер ең көп қолданылды. Ғарыштық зымыран кешендерінде ақпараттық-өлшеу жүйелерін қолданудың көптеген артықшылықтары бар. Сонымен, ұшу аппараттарында қолданылатын өлшеу құрылғыларының салмағын азайту үшін шағын оптикалық датчиктерді қолдану өте тиімді. Олардың басты артықшылығы - ғарыштық ортаның әсер ету жағдайында аз салмағы, жоғары дәлдігі, оларды ғарыш саласындағы таптырмас құрал етеді. Осы себепті шағын оптикалық датчиктерді зерттеу үлкен маңызға ие [20,21]. Қазіргі уақытта күрделі жүйелерді техникалық диагностикалау және талдау бойынша бірқатар алгоритмдер жинақталған. Алайда, ең қарапайымдарын ғарыштық борттарда іс жүзінде қолдануға болады. Бұл борттық есептеу ресурстарының шектеулеріне байланысты. Сондықтан бақылау және диагностика жүйелерін жетілдіру үшін штаттан тыс жағдайларда болжаудың және нақты уақыттағы борттық аппаратураның жұмысындағы ауытқуларды анықтаудың жаңа әдістері қажет. ЗҒТ машина жасау саласы болып табылмайды және онда кеңінен қолданылатын өлшеу құралдары мен технологиялары жоқ, өйткені ЗҒТ бұйымдары мен жүйелерінің барлық іске қосылуы мен жұмыс істеуі, әдетте, әмбебап болып табылады. Сонымен қатар, өлшеу құралдары, атап айтқанда, физикалық шама датчиктері көбінесе зымыранда да, ғарыш кеңістігінде де міндетті түрде сыртқы факторларға сезімтал аналогтық сезімтал элементке ие. Бұл - зымыран корпусының механикалық деформациясы және температураның күрт көтерілуі, күшті электромагниттік кедергілер және т.б секілді факторлар. Осыған байланысты талшықты-оптикалық көпфункционалды датчиктерін қолдану перспективті қолдану болып табылады. Сонымен қатар, бір сенсордағы екі өлшеу функциясын біріктіру массалық сипаттамаларды төмендетуге мүмкіндік береді. Ғарыш саласы үшін маңызды көрсеткіштер болып талшықты-оптикалық датчиктердің бір уақытта бірнеше параметрлерді өлшеу мүмкіндігі, жоғары тұрақтылық пен өлшеу дәлдігі, төмен қуат тұтыну саналады. Дәл осы мақсатта зымыран-ғарыш техникасы үшін осы датчиктерді одан әрі жетілдіру және дамыту өзекті болып табылады. Адамзаттың даму факторларының бірі ғарыш саласының дамуымен тікелей байланысты. Өйткені ғарыш саласындағы миллиардтаған ақша айналымы адамзат экономикасының дамуына әсер етпей қоймайды. Ғарыш саласының даму үрдісі болып ғарыш аппараттарын дұрыс энергиямен қамтамасыз ету және оларға осы салада қойылатын қатаң талаптарды сақтау табылады. Қазіргі ақпараттық-өлшеу жүйелерінде қарастырылған өлшемдердің дәлдігі мен сенімділігі зымыран-ғарыш техникасының маңызды талаптары болып табылады. Бірақ күшті электромагниттік, сыртқы температура, соққы, діріл кедергілері жағдайында алынған өлшемдерге қойылатын талаптар жиі кездеседі. Дәстүрлі жүйелерге қарағанда, бұл мәселені Брэгг торларына негізделген талшықты-оптикалық датчик негізінде жасалған талшықты-оптикалық байланыс жүйелері шешеді. Сондықтан ғарыш саласының Брэгг сенсорлық жүйелеріне негізделген талшықты-оптикалық датчикті зерттеуге арналған зерттеулер өзекті болып табылады. жүктеу/скачать 6,91 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|