Механика. Научные основы машиностроения и надежности машин.

Механика. Научные основы машиностроения и надежности машин.

В Институте теплофизики им. С.С.Кутателадзе завершен цикл исследований по построению теории винтовых вихрей, имеющей фундаментальное значение для гидромеханики и технологий, использующих закрученные потоки (энергоразделение, сепарирование, горение, тепломассообмен и пр.). Теория включает следующие новые результаты: аналитическое решение для описания элементарной винтовой вихревой структуры; формулу для вычисления самоиндуцированного вращения (прецессии) винтового вихря; объяснение возникновения противотока ("рециркуляционной зоны") в закрученных потоках. Удалось классифицировать характерные вихревые структуры с учетом направления вращения вихрей, их количества, симметрии и т.д.
В том же Институте впервые в веществе вблизи термодинамической критической точки обнаружены внутренние волны типа "крестов". Существование волн связано с наличием градиента плотности, возникающего вследствие аномально большой сжимаемости, а их причиной являются низкочастотные возмущения, задаваемые источником. Жидкость выбирает то направление колебаний, которое позволяет ей реагировать на вынужденное движение.
Институты СО РАН имеют уникальные установки, содержать которые, к сожалению, все труднее. Однако, даже в этих условиях наши специалисты продолжают развивать и внедрять современные методы диагностики. Так, в Институте теоретической и прикладной механики для гиперзвуковой аэродинамической трубы, на которой исследуются потоки газа применительно к созданию воздушно- космического самолета (ВКС) нового поколения, развиты методы электронно-пучковой диагностики для измерения средних и пульсационных характеристик течений низкой плотности при наличии в потоке непрозрачного тела. Для реконструкции распределения плотности впервые применены методы вычислительной томографии по данным измерений ослабления интенсивности пучка электронов, зондирующего течение под различными углами.
Принципиально новый результат, связанный с ВКС, получен Институтом гидродинамики им. М.А.Лаврентьева в области поиска новых эффективных способов сжигания топлива. В существующих двигателях аэрокосмических аппаратов используется дозвуковой режим горения топлива. В ИГиЛ впервые получен непрерывный спиновый детонационный режим сжигания керосина, водорода и других горючих в смеси с воздухом в кольцевых каналах с истечением к центру. Непрерывный сверхзвуковой режим сжигания топлива позволяет существенно повысить КПД высокоэнергетических установок.
В Институте физико-технических проблем Севера разработана методика математического моделирования по расчету и прогнозированию надежности и долговечности материалов и техники, основанная на экспериментально установленной подчиненности изменений надежности горно-транспортной техники ритмологической структуре. Выявление ритмологической структуры позволяет выявить скрытую периодичность возникновения отказов, зависящую не только от выработанного ресурса, но и от временного фактора, и прогнозировать работоспособность машин при эксплуатации.
Четыре года назад специалисты Института горного дела при усилении силового нагружения образцов горных пород обнаружили любопытную зависимость спектральной амплитуды электромагнитного излучения (ЭМИ) среды при трещинообразовании от частоты и времени, названной авторами S-диаграммой ЭМИ-излучения.
В рамках сформулированных представлений впервые экспериментально на образцах горных пород получено подтверждение существования высокочастотной компоненты в сигнале ЭМИ-излучения на начальной стадии нагружения образцов при нагрузках, не превышающих 10-30% от разрушающей. Кроме того, установлено, что при нагружении образцов существенно нарастает низкочастотная компонента спектра на конечной стадии разрушения.
Показано, что петля S-диаграммы, соответствующая максимальной спектральной амплитуде, имеет различную структуру для различных типов горных пород. Выявленные закономерности использованы при разработке предвестников и диагностических признаков разрушения горных пород. На основе S-диаграммы дано объяснение известного в сейсмологии эффекта "сейсмического затишья" и предсказано существование высокочастотного и низкочастотного электромагнитного затишья.
В КТИ научного приборостроения впервые в мировой практике предложен и получил развитие оригинальный метод расчета дифракционных явлений на объемных телах с произвольным коэффициентом отражения от поверхности на базе модели эквивалентных диафрагм. На его основе получены не требующие громоздких вычислений аналитические выражения для распределения энергии электромагнитной волны в спектре таких часто встречающихся на практике трехмерных тел, как несимметричный край и протяженное отверстие (прямоугольное и круглое). Используя упомянутый метод, удалось аналитически определить влияние протяженности объекта вдоль оптической оси на структуру его изображения. Благодаря этому решена обратная задача одновременного восстановления продольных и поперечных геометрических параметров некоторых типов объемных тел на основе анализа их дифракционных картин и изображений. Полученные результаты позволяют существенно повысить точность оптических измерений, использующих теневой метод определения размеров исследуемых объектов, а также служат основой для разработки серии перспективных приборов нового поколения для систем бесконтактного промышленного контроля.
В КТИ гидроимпульсной техники и ИГиЛ совместно с Новосибирской государственной академией строительства предложена новая технология для возведения фундаментов. Применяемые для этой цели копры с бросаемыми телами массой от 5 до 10 тонн являются громоздкими и малопроизводительными. Специалисты Отделения предложили взамен копров для трамбования грунта применять гидропневматические молоты с энергией до 300 кДж при рабочей частоте до 40 ударов в минуту.
Опытный образец успешно прошел испытания. Новая технология позволяет почти на порядок увеличить производительность техники с одновременным уменьшением габаритов и увеличением ее мобильности. Кроме того, объем земляных работ нулевого цикла сокращается в 3-6 раз, расход бетона в 1,5-2 раза, арматурной стали в 1,4-4 раза. В качестве подвижной базы для трамбовочных машин предлагается применять снятую с вооружения танковую технику. Сибирский военный округ передал для переоборудования на указанные цели корпус танка Т-54.

В оглавление. Далее.