Дослідження ефективності управління примежовим шаром на опорній поверхні шляхової структури перспективних транспортних технологій Maglev
Исследованы физические процессы управления пограничным слоем на профилированной поверхности путевой структуры перспективных транспортных технологий. Установлены закономерности влияния параметров управления пограничным слоем на распределение скоростей на путевой структуре. The physical processes of c...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54300 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Дослідження ефективності управління примежовим шаром на опорній поверхні шляхової структури перспективних транспортних технологій Maglev / Б.Л. Заславський, А.В. Сохацький // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 105. — С. 259-266. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860257492722778112 |
|---|---|
| author | Заславський, Б.Л. Сохацький, А.В. |
| author_facet | Заславський, Б.Л. Сохацький, А.В. |
| citation_txt | Дослідження ефективності управління примежовим шаром на опорній поверхні шляхової структури перспективних транспортних технологій Maglev / Б.Л. Заславський, А.В. Сохацький // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 105. — С. 259-266. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Исследованы физические процессы управления пограничным слоем на профилированной поверхности путевой структуры перспективных транспортных технологий. Установлены закономерности влияния параметров управления пограничным слоем на распределение скоростей на путевой структуре.
The physical processes of control are investigational by a frontier layer on the profiled surface
of the ground structure of perspective transport technologies. Conformities to law of influence of
control parameters are set by a frontier layer on distribution of speeds on the ground structure.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:50:28Z |
| format | Article |
| fulltext |
259
// Вести АН БССР. Сер. Физ.- техн. науки . - 1989.- №3. - С.93-98.
4. Пойда В.Н. Спектральный анализ в дискретных ортогональныих базисах / В.Н. Пойда . – Мн.:
УНИВЕРСИТЭЦКАЕ, 1978. - 236с.
5. Лопатін В.В. Раціональна цифрова фільтрація і обробка результатів у мобільної вимірювальної системи
контролю / В.В. Лопатін // Сучасні ресурсоенергозберігаючі технології гірничого виробництва: Науково-
виробничий збірник. – Кременчук, 2010. - Вип. № 2/2010 (6). - С. 110-116.
6 Сидоров В.А. Аналіз тимчасових реалізацій вібраційного сигналу / В.А. Сидоров, А.В. Куватов, Е.П. Ку-
ришева // Вібрація машин: вимір, зниження, захист. - Донецьк: ДНТУ, 2005. - №2. - С.10-14.
7 Оппенхейм А. Нелинейная фильтрация сигналов, представлених в виде результатов и свертки / А Оппен-
хейм, Т. Стокхейм, Р. Шеффер // Тр. Института инженеров по електронике и радиотехнике. - Сп.П., 2007. - 68с.
8. Development of automatic vibration ruolucer // ZOSEN. – 1997. -№12.- Р. 46-53.
9. Bendat J. RANDOM DATA Analysis and Measurement Procedures / J. Bendat, A. Psersol. – N.Y.: John Wiler
&sons. 2001. - 564p.
10 Балицкий Ф.Я. Диагностика состояния редуктора для некоторых параметров / Ф.Я. Балицкий, А.Г. Со-
колова // Новые методы исследования шумов и вибраций и кибернетическая диагностика машин и механизмов.
- Каунас: Каунас. политехн. ин-т., 1990. - С. 102-106.
11. Трахтман А.М. Основы теории дискретных сигналов на конечных интервалах / А.М. Трахтман, В.А.
Трахтман. - Л.: ЛВИКА им. А.Ф. Можайского, 1986. - 49с.
12. Kalman R. A new approach to linear filtering and prediction problems / R. Kalman // Trans. ASME. J. Basic
Engineering. – 1975. - №3. - Р. 57-89.
13. Kiefer J. Optimum experimental designs / J. Kiefer // Actes du congres international des mathematicians. -
Nicе, 1980. - Т. 3. – Р. 346-351.
14. Петько В.И. Цифровая фильтрация и обработка сигналов / Петько В.И., Куконин В.Е., Шихов Н.Б.-
Мн.:УНИВЕРСИТЭЦКАЕ, 1995. - 168с.
15. Копей Б.В. Оптимізація вибору складу мобільних інформаційно-вимірювальних системних комплексів
в нафтогазовій промисловості / Б.В. Копей, В.В. Лопатін, І.Б. Копей // Анотації Міжнародної науково-технічної
конференції "Нафтогазова енергетика: проблеми і перспективи".- Івано-Франківськ. – 2009. - С.93.
УДК 656.13:62-5
Канд. техн. наук Заславський Б.Л.,
д-р техн. наук Сохацький А.В.
(Інститут транспортних систем
та технологій НАН України)
ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ УПРАВЛІННЯ ПРИМЕЖОВИМ
ШАРОМ НА ОПОРНІЙ ПОВЕРХНІ ШЛЯХОВОЇ СТРУКТУРИ
ПЕРСПЕКТИВНИХ ТРАНСПОРТНИХ ТЕХНОЛОГІЙ MAGLEV
Исследованы физические процессы управления пограничным слоем на профилирован-
ной поверхности путевой структуры перспективных транспортных технологий. Установлены
закономерности влияния параметров управления пограничным слоем на распределение
скоростей на путевой структуре.
RESEARCH OF CONTROL EFFICIENCY BY FRONTIER LAYER ON
UNDERLAYMENT OF THE GROUND STRUCTURE
PERSPECTIVE TRANSPORT TECHNOLOGIES OF MAGLEV
The physical processes of control are investigational by a frontier layer on the profiled surface
of the ground structure of perspective transport technologies. Conformities to law of influence of
control parameters are set by a frontier layer on distribution of speeds on the ground structure.
Вступ. Аналіз ефективності сучасних галузей транспорту показує, що існує
гостра необхідність впровадження в перевізний процес швидкісних наземних
транспортних апаратів. Останнім часом особлива увага приділяється створенню
260
нових перспективних транспортних технологій [1-5]. Потрібні якісно нові тех-
нології для вирішення однієї з найбільш актуальних проблем технічного про-
гресу - створення швидкісного масового наземного транспорту.
Розробка та удосконалення транспортних апаратів є актуальною проблемою
сьогодення. Її розв’язування можливо двома шляхами: перший – проектування
нових типів транспортних апаратів із використанням традиційних технічних
принципів; другий – розробка нових видів транспортних апаратів, що викорис-
товують нові фізичні принципи забезпечення руху, підтримки, стабілізації і
системи керування.
До другого напрямку розвитку транспорту відноситься створення швид-
кісних транспортних апаратів на надпровідних магнітах. Високі швидкості руху
цих транспортних апаратів потребують обов’язкового урахування аероди-
намічних процесів. Виникають додаткові проблеми з істотним впливом аеро-
динамічних навантажень на забезпечення стійкості руху транспортного апарата.
Наявність шляхової структури накладає обмеження на кінематичні параметри
руху. Таким чином, виникає необхідність у проведенні досліджень аероди-
наміки та динаміки руху нових перспективних транспортних апаратів на
надпровідних магнітах.
Актуальність проблеми. При моделюванні обтікання транспортних апа-
ратів, що рухаються поблизу поверхні шляхової структури, виникає ряд труд-
нощів, пов`язаних з реалізацією реальних умов обтікання. В ідеалі між транс-
портним апаратом та шляховою структурою реалізується відносний рух. Пору-
шення подібності відносного руху може призводити до похибок при моделю-
ванні.
Вилучити примежовий шар з поверхні шляхової структури можна шляхом
застосування методів управління примежовим шаром (УПШ). Він реалізовуєть-
ся шляхом тангенціального вдування або відсмоктування примежового шару з
поверхні. Проте використання цього методу не отримало широкого викори-
стання у зв’язку з труднощами забезпечення виконання законів збереження.
Необхідні додаткові дослідження з метою отримання оцінки ефективності ме-
тоду при його застосуванні для фізичного моделювання руху транспортних си-
стемах Maglev.
Постановка задачі. Технічні рішення для створення моделі з відсмоктуван-
ням примежового шару відомі, але дуже складні, оскільки необхідно дроселю-
вати поверхню шляхової структури за допомогою променя лазера. Тому було
вирішено використати пористі матеріали. В даний час методами порошкової
металургії такі матеріали виготовляються. Такий матеріал повинен володіти
властивостями пористості, газопроникливості та мінімальної шорсткості. В ре-
зультаті порівняння цих характеристик був вибраний матеріал ПНС-10. Пори-
ста пластина товщиною 2,2 мм виготовлена із матеріалу ПНС-10, має по-
ристість 32% та коефіцієнт шорсткості 0,43.
Для визначення необхідного перепаду тиску p на пластині при заданій
швидкості набігаючого потоку, використовувалися наближені методи ро-
зрахунку. При відсмоктуванні, через проникну поверхню частина повітря вилу-
чаються з примежового шару і її місце займають об’єми повітря з більш відда-
261
лених від стінки шарів течії, маючі більшу кінетичну енергію. В результаті, з
ростом інтенсивності відсмоктування профіль швидкості стає більш на-
повненим. Але умова прилипання до стінки залишається і при наявності відсм-
октування.
Для апробації керуванням товщиною примежового шару шляхом його
відсмоктування через пористі пластини була виготовлена відповідна модель.
Вона виготовлена в вигляді полого корпусу з закругленими передніми та зад-
німи кромками. У верхній стінці моделі, яка імітує опорну поверхню, установ-
лювалась пориста пластина. На нижній частині корпусу розміщено штуцер для
з’єднання з вакуумним насосом, який створить всередині моделі задане ро-
зрідження p.
Результати дослідження ефективності управління примежовим шаром
на пористій пластині. Продувки виконувались в аеродинамічній трубі АТ1
КМЗ ім. О.К.Антонова з відкритою робочою частиною та еліпсоїдним вихідним
перерізом сопла з розмірами осей 42502600мм. Дослідження проводились при
швидкості набігаючого потоку V=30, 40, 50 м/с. Число Рейнольда відповідно
дорівнювало 610
6
, 810
6
, 110
7
при степені турбулентності =0,2%. Розрідження
всередині корпусу варіювалась в межах від 0 до 810
3
Па з кроком 210
3
Па.
Приймач повного тиску переміщувався як уздовж пористої пластини довжи-
ною L, так і перпендикулярно до неї по висоті примежового шару. Схема
експериментальної установки показана на рис. 1.
1
2
3
1-мікронасадок; 2- опорна пориста поверхня;
3- штуцер для відсмоктування повітря
Рис. 1 - Схема дослідної установки:
Швидкість течії в примежовому шарі визначалась за формулою
qv 2 , (1)
де густина повітря, q швидкісний напір.
На рис. 2. наведено профілі швидкостей по товщині примежового шару.
Аналіз результатів показує, що при відсмоктуванні примежового шару шляхом
розрідження його товщина зменшується, а профіль швидкості стає більш на-
повненим. При p=810
3
, в точці Lxxx 1 , yyy 25,0 швидкість в
262
а -V=30м/c; б -V=40м/c; в -V=50м/c
Рис. 2 - Дослідження ефективності відсмоктування примежового шару з поверхні пори-
стої пластини ПНС-10 при різних швидкостях потоку
примежовому шарі стає близькою до швидкості набігаючого потоку, тобто
товщина примежового шару зменшилась на 75%. Таким чином, виконані експе-
риментальні дослідження дозволяють зробити висновок про те, що відсмокту-
вання примежового шару є ефективним засобом управління примежовим ша-
ром і дозволяє його вилучати з певних областей течії.
Результати дослідження ефективності управління примежовим шаром
на опорній поверхні шляхової структури. Для оцінки ефективності управлін-
ня примежовим шаром на поверхні шляхової структури було виготовлено
відповідні моделі U- подібної та трапецієподібної шляхових структур для
транспортних апаратів перспективної транспортної системи. Як робочі екрану-
ючі поверхні використовувались пористі матеріали, виготовлені методом по-
рошкової металургії.
Досліджувані моделі представляли собою порожнисті корпуса з закругле-
ними передніми та задніми крайками. Одна із моделей з Uподібним профілем
поперечного перерізу (рис. 3), друга модель (рис.4) з трапецеїдальним профілем
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Y/
V
DP=0
DP=2000Па
DP=4000Па
DP=6000Па
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Y/
V
DP=0
DP=2000Па
DP=4000Па
DP=6000Па
DP=8000Па
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Y/
V
DP=0
DP=2000Па
DP=4000Па
DP=6000Па
DP=8000Па
в)
а)
б)
263
поперечного перерізу.
L
b
1
3
2
1-мікронасадок; 2 - штуцер для відсмоктування повітря; 3 - опорна пориста поверхня
Рис. 3 - Схема дослідної установки U–подібної шляхової структури
L
b
1
3
2
1-мікронасадок; 2- штуцер для відсмоктування повітря;
3 - опорна пориста поверхня
Рис. 4 - Схема дослідної установки з трапецієподібною шляховою структурою:
Опорна поверхня, через яку проводилось відсмоктування примежового ша-
ру, мала довжину L=2145мм та ширину b=650мм для першої моделі та довжину
L=2145мм та ширину b=200мм для другої моделі відповідно.
Дослідження проводились в аеродинамічній трубі АТ1 КМЗ ім.
О.К.Антонова замкнутого типу з відкритою робочою частиною та наступними
технічними характеристиками:
264
- переріз робочої частини еліпсоїдний з розмірами осей 42502600 мм;
- довжина робочої частини 4000 мм;
- ступінь початкової турбулентності потоку =0,3%;
- ступінь підтискування сопла 5;
- робочий діапазон швидкостей 10 70 м/с;
- допустимі габарити моделей; розмах крила L2500 мм;
- площа крила s0,75м
2
;
- еквівалентний діаметр поганообтічних тіл d0,8м ;
- діапазон кутів атаки =50,
- діапазон кутів ковзання =25.
Число Рейнольдса відповідно дорівнювало 4,2910
6
, 5,7210
6
, 7,1510
6
при
степені турбулентності =0,3%. Розрідження всередині корпусу варіювалось в
межах від 0 до 610
3
Па з кроком 210
3
Па. Приймач повного тиску переміщува-
ли як уздовж пористої пластини довжиною L, так і перпендикулярно до неї по
висоті примежового шару. Швидкість течії в примежовому шарі визначалась за
формулою (1).
Для заміру параметрів в примежовому шарі використовувався приймач пов-
ного тиску та U – подібний спиртовий манометр. В експериментах мікронаса-
док встановлювався на відстанях xL 60, 110, 220, 360, 715, 1010, 1265, 1555мм від
передньої крайки. В положеннях xL 60, 1010, 1555мм мікронасадок пе-
реміщували по висоті примежового шару від 0 до 20 мм з кроком 1мм. У всіх
експериментах модель встановлювалася під кутом 0 градусів до набігаючого
потоку.
Аналіз результатів досліджень (рис. 4.-5.) показує, що практично в усіх
випадках розрідження 610
3
Па, утвореного в камері, достатньо, щоб товщина
примежового шару на цій поверхні була мінімальною, <1мм. При цьому спо-
стерігається зменшення його товщини до 95%.
Слід відмітити, що порушення рівномірності відсмоктування призводить до
зміни його товщини. Для реалізації рівномірного відсмоктування необхідно,
щоб патрубки обслуговували рівні площі опорної поверхні.
Виконані дослідження шляхової структури показали, що ціленаправлене
управління примежовим шаром на опорній поверхні шляхом його відсмокту-
вання дозволяє виконати принцип зворотності в аеродинамічній трубі. Управ-
ління примежовим шаром дозволяє отримати заданий розподіл швидкостей на
межі області.
Висновки. На основі виконаних експериментальних досліджень шляхової
структури для перспективних транспортних технологій типу
MAGLEVвизначено їх аеродинамічні характеристики. За результатами прове-
дених досліджень встановлено наступне:
- відсмоктування повітря з поверхні пористої шляхової структури дозволяє
задавати необхідний закон розподілу швидкостей;
- метод управління примежовим шаром шляхом відсмоктування повітря
може спричиняти невиконання закону збереження маси між днищем транс-
265
портного апарата та шляховою структурою, що може приводити до пере-
розподілу тиску і появи від’ємної підйомної сили на транспортному апараті.
U подібної шляхової структури для L=1010мм:
а -V=30м/c; б -V=40м/c; в -V=50м/c
Рис. 5 - Профіль поздовжньої швидкості в примежовому шарі
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Y/
V
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Y/
V
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Y/
V
а)
б)
в)
266
а -V=30м/c; б -V=40м/c; в -V=50м/c
Рис. 6 - Профіль поздовжньої швидкості в примежовому шарі трапецієподібної шляхової
структури для L=1555мм:
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Высокоскоростной магнитный транспорт с электродинамической левитацией / В.А. Дзензерский, В.И.
Омельяненко, С.В. Васильев, С.А. Сергеев Киев: Наукова думка. 2001.480c.
2. Дзензерский В.А. Динамика транспорта на сверхпроводящих магнитах / В.А. Дзензерский, Н.А. Радчен-
ко Днепропетровск: АРТ-ПРЕС. 2003.232c.
3. Prykhodko O., Sokhatsky A. On the aerodynamic calculation of high-speed ground transport vehicles // 17TH
INTERNATIONAL CONFERENCE ON MAGNETICALLY LEVITATED SYSTEMS AND LINEAR DRIVES.
Swiss Federal Institute of technology.- Lausanne, 2002. N PP05201. - 11 P.
4. Сохацький А. В. Чисельне моделювання та експериментальне дослідження біляекранних течій: дис.
канд. фіз.-мат. наук: 01.05.02. / А.В. Сохацький. – Дніпропетровськ, –1998. –247с.
5. Сохацький А. В. Теоретичні основи створення аеродинамічних компонувань перспективних транспорт-
них апаратів: дис. доктора технічних наук: 05.07.01. / А.В. Сохацький. – Київ, –2010. –380с.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Y/
V
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Y/
V
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Y/
V
а)
б)
в)
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-54300 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:50:28Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Заславський, Б.Л. Сохацький, А.В. 2014-01-31T11:13:42Z 2014-01-31T11:13:42Z 2012 Дослідження ефективності управління примежовим шаром на опорній поверхні шляхової структури перспективних транспортних технологій Maglev / Б.Л. Заславський, А.В. Сохацький // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 105. — С. 259-266. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54300 656.13:62-5 Исследованы физические процессы управления пограничным слоем на профилированной поверхности путевой структуры перспективных транспортных технологий. Установлены закономерности влияния параметров управления пограничным слоем на распределение скоростей на путевой структуре. The physical processes of control are investigational by a frontier layer on the profiled surface
 of the ground structure of perspective transport technologies. Conformities to law of influence of
 control parameters are set by a frontier layer on distribution of speeds on the ground structure. uk Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Дослідження ефективності управління примежовим шаром на опорній поверхні шляхової структури перспективних транспортних технологій Maglev Research of control efficiency by frontier layer on underlayment of the ground structure perspective transport technologies of Maglev Article published earlier |
| spellingShingle | Дослідження ефективності управління примежовим шаром на опорній поверхні шляхової структури перспективних транспортних технологій Maglev Заславський, Б.Л. Сохацький, А.В. |
| title | Дослідження ефективності управління примежовим шаром на опорній поверхні шляхової структури перспективних транспортних технологій Maglev |
| title_alt | Research of control efficiency by frontier layer on underlayment of the ground structure perspective transport technologies of Maglev |
| title_full | Дослідження ефективності управління примежовим шаром на опорній поверхні шляхової структури перспективних транспортних технологій Maglev |
| title_fullStr | Дослідження ефективності управління примежовим шаром на опорній поверхні шляхової структури перспективних транспортних технологій Maglev |
| title_full_unstemmed | Дослідження ефективності управління примежовим шаром на опорній поверхні шляхової структури перспективних транспортних технологій Maglev |
| title_short | Дослідження ефективності управління примежовим шаром на опорній поверхні шляхової структури перспективних транспортних технологій Maglev |
| title_sort | дослідження ефективності управління примежовим шаром на опорній поверхні шляхової структури перспективних транспортних технологій maglev |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54300 |
| work_keys_str_mv | AT zaslavsʹkiibl doslídžennâefektivnostíupravlínnâprimežovimšaromnaoporníipoverhníšlâhovoístrukturiperspektivnihtransportnihtehnologíimaglev AT sohacʹkiiav doslídžennâefektivnostíupravlínnâprimežovimšaromnaoporníipoverhníšlâhovoístrukturiperspektivnihtransportnihtehnologíimaglev AT zaslavsʹkiibl researchofcontrolefficiencybyfrontierlayeronunderlaymentofthegroundstructureperspectivetransporttechnologiesofmaglev AT sohacʹkiiav researchofcontrolefficiencybyfrontierlayeronunderlaymentofthegroundstructureperspectivetransporttechnologiesofmaglev |