Реферат Курсовая Конспект
Разработка и анализ торцевых поверхностей магнитноразрядного измерителя плотности. - раздел Высокие технологии, Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет &nbs...
|
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЦНИИ РТК
Кафедра робототехники и технической кибернетики
Работа допущена к защите
Зав. кафедрой
___________ Е.И. Юревич
«_____»____________2008г
ВЫПУСКНАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА
Тема: Разработка и анализ торцевых поверхностей магнитноразрядного измерителя плотности.
Специальность: 220204
Выполнил студент группы 4171/1 Шильников Андрей Владимирович
Руководитель, начальник лаборатории Рабинович Борис Абрамович
Рецензент
Санкт-Петербург
2008 г
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЦНИИ РТК
Кафедра робототехники и технической кибернетики
УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой
___________ Е.И. Юревич
«_____»____________2008г.
ЗАДАНИЕ
по бакалаврской работе
студенту Шильникову Андрею Владимировичу
1. Тема: Разработка и анализ торцевых поверхностей магнитноразрядного измерителя плотности.
2. Срок сдачи: 20 июня 2008 года.
3. Исходные данные к проекту: Модель магнитноразрядного измерителя плотности с разной прозрачностью торцевых сеток.
4. Провести обзор существующих разработок МИП.
5. Разработать программу для расчета плотности, которая будет иметь зависимость от рода потока и плотности торцевых сеток.
6. Провести тестирование и отладку программы.
7. Провести анализ потока разгерметизации при разных условиях прозрачности.
8. Задание выдано 20 февраля 2008 года.
9. Консультант по проекту: Чебыкин Валерий Алексеевич и Малейко Леонид Владимирович к.т.н. 4.7, 5.1 и 5.2.
Руководитель Рабинович Б.А.
Задание принял к исполнению__________
(дата)
_________________
(подпись студента)
Реферат
Стр. 57, рис. ,
НЕГЕРМЕТИЧНОСТЬ, СОБСТВЕННАЯ ВНЕШНЯЯ АТМОСФЕРА (СВА), МАГНИТОРАЗРЯДНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЛОТНОСТИ (МИП), МОДЕЛИРОВАНИЕ, ОБРАБОТКА СИГНАЛА, АЛГОРИТМ.
Целью работы является разработка методов контроля герметичности орбитальных космических объектов и обнаружение мест утечки посредством мониторинга и измерения параметров газовой среды, окружающей КА в орбитальном полете путем разработки базовых решений по принципам построения, составу и аппаратной реализации средств контроля параметров разреженной атмосферы.
Основным используемым научно-исследовательским методом является математическое моделирование наиболее существенных аспектов процесса измерения с целью более адекватной интерпретации измерительной информации.
Проведены следующие научные и экспериментальные исследования:
- разработаны модернизированные математические модели процесса измерения концентрации разреженного газа магниторазрядным измерителем плотности;
- в результате доработки программы моделирования MODMD79 созданы программы MODMD82 и MODMD82krug;
- произведено математическое моделирование с вариацией исходных параметров, а также сравнительный анализ результатов моделирования, полученных в ходе испытаний программ MODMD82 и MODMD82krug;
Основное преимущество применяемых исследовательских методов заключается в их дешевизне, что обусловлено применением современных средств вычислительной техники взамен дорогостоящих и практически невозможных в сложившихся обстоятельствах экспериментов по физическому моделированию.
Создание методов и средств измерения, контроля и диагностики параметров газовой среды позволит: существенно повысить надежность КА как в части обеспечения безопасности полетов, так и с точки зрения увеличения ресурсов их использования; уточнить условия эксплуатации КА и, в частности, параметры внешней атмосферы в условиях полета КА, а также параметры собственной внешней атмосферы (СВА), что обеспечит развитие работ по созданию космических технологических установок.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.. 7
1. АНАЛИЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ МИП. 8
1.1. Анализ программы MODMD05. 11
1.1.1. Определение концентрации молекул разряженного газа в произвольном объеме 11
1.1.2. Моделирование объема. 14
1.1.3. Моделирование набегающего потока. 17
1.1.4. Моделирование движения молекулы внутри объема. 19
1.1.5. Распределение концентрации молекул внутри объема. 22
1.1.6. Алгоритм моделирования. 25
1.1.7. Описание алгоритма моделирования. 27
1.1.8. Формирование исходных данных. 28
1.1.9. Генерация вектора скорости молекулы и координат точки влета. 30
1.1.10. Расчет времен пребывания молекулы в частных объемах Wpk 37
1.1.11. Анализ условий вылета молекул из исследуемого объема. 40
1.1.12. Формирование вектора скорости при отражении. 41
1.1.13. Расчет относительного распределения концентрации молекул в исследуемом объеме. Формирование матрицы результатов. Печать в файл результатов. 46
1.1.14. Описание программы моделирования MODMD05. 48
1.2. Описание программы MODMD24. 49
1.2.1. Моделирование потока собственных газовыделений.КА.. 49
1.2.2. Моделирование влета (вылета) молекул в датчик. 50
1.3. Описание программы MODMD79. 53
1.3.1. Разработка модернизированной математической модели. 53
1.3.2. Разработка программы моделирования. 56
2. ДОРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТОРЦЕВЫХ СТЕНОК. 58
3. ИСПЫТАНИЯ И АНАЛИЗ ДАННЫХ.. 62
3.1. Цель испытаний. 62
3.2. Краткие сведения о рабочей программе MODMD82 и MODMD82krug.. 62
3.3. Общие положения. 62
3.4. Формирование исходных данных. 63
3.5. Методика испытаний. 64
3.6. Интерпретация полученных результатов. 65
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 67
ПРИЛОЖЕНИЕ 3.. 68
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.. 75
ПРИЛОЖЕНИЕ 3.. 81
ПРИЛОЖЕНИЕ 4.. 85
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
МИП – магнитноразрядный измеритель плотности;
СВА – собственная внешняя атмосфера;
МС – магнитной системой
КА – космический аппарат
ОК –
ВВЕДЕНИЕ
Работы по созданию аппаратуры для измерения параметров разреженной атмосферы в ЦНИИ РТК ведутся более 30 лет. Первый прибор "Альфа-1М" был создан в середине 70-х годов. За ним последовала разработка комплекса ДВЛС для изделия "Буран" и комплекса "Индикатор" для ОК "Мир", созданные по ТЗ НПО "Энергия". Основное назначение такой аппаратуры - измерение плотности разреженной атмосферы, как СВА, так и набегающего потока. Актуальность исследований, направленных на создание методов контроля герметичности орбитальных космических объектов путем разработки базовых решений по принципам построения, составу и аппаратной реализации средств контроля параметров разреженной атмосферы, основывается на опыте обеспечения жизнедеятельности долговременных орбитальных комплексов и особенно актуальна при возникновении нештатных ситуаций, подобных возникавшим на борту ОК “Мир”, в части обеспечения контроля негерметичности объектов в полете.
Решению поставленной задачи способствовала большой научно-техническая база ЦНИИ РТК. Разработанные к настоящему моменту средства измерения основаны на использовании различных физических явлений, а именно: возникновение газового разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях (МИП).
Однако, несмотря на имеющийся ассортимент измерительных средств, решение задачи контроля негерметичности упирается в отсутствие методик их использования, обеспечивающих адекватную интерпретацию измерительной информации, точную локализацию и определение величины утечки. Путем к решению данного вопроса и являются исследования, приведенные в этой работе.
1. АНАЛИЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ МИП.
Принцип действия МИП основан на явлении возникновения самостоятельного разряда во взаимноперпендикулярных постоянных электрическом и магнитном полях.
Как видно из рисунка 1.1 МИП представляет собой двухэлектродную цилиндрическую систему, состоящую из анода и катода. Между ними создается электрическое поле с напряженностью Е »105 В/м. Вдоль оси прибора магнитной системой создается постоянное магнитное поле напряженностью Н»5*104А/м.
| ||||||||||
Рис. 1.1 Модель МИП.
Механизм возникновения самостоятельного разряда следующий. Электрон, появившийся в анодно-катодном промежутке, под действием электрического поля начинает двигаться к аноду по удлиненной из-за воздействия магнитного поля траектории. Из-за удлинения траектории повышается вероятность соударения электронов с молекулами разреженного газа и, следовательно, их ионизации. Обладая значительной кинетической энергией, положительные ионы при столкновении с катодом выбивают из его поверхности вторичные электроны, которые, двигаясь к аноду, также участвуют в ионизации газа. Ток положительных ионов на катод и ток электронов на анод в сумме численно равны величине тока в измерительной цепи. В результате ионизации газа возникает самостоятельный электрический разряд, ток которого в достаточно широком диапазоне имеет линейную зависимость от плотности газовой среды.
Диапазон давлений, при которых используются МИП, от 10-3 до 10-12 мм рт.ст. в значительной степени перекрывает требования по диапазону измерения на КА. Высокая эффективность преобразования, определяемая по степени ионизации разреженной газовой среды, которая в 100 раз превышает аналогичный показатель измерителей, использующих термоэлектронный метод ионизации, отсутствие накальных элементов или других внешних источников ионизации, отсутствие прецизионных элементов и деталей определяют высокие эксплуатационные характеристики МИП. Они устойчивы к внешним воздействиям, надежны, просты в эксплуатации, допускают длительную непрерывную работу. Благодаря этим характеристикам, и обеспечивается возможность их применения на КА.
При анализе результатов, полученных в результате натурных экспериментов (на Земле), закономерно возникает вопрос об их соответствии реальным параметрам разреженного газа, окружающего КА. Действительно, полученные результаты измерений соответствуют величине тока, протекающего в измерительной цепи МИП, который в свою очередь пропорционален концентрации разреженного газа внутри МИП. С другой стороны при градуировке МИП в наземных условиях концентрация разреженного газа внутри МИП принимается равной концентрации газа в рабочей камере, в которую он помещен, и его градуировочная характеристика определяет зависимость тока МИП от статического давления разреженного газа в рабочей камере.
В общем случае результаты измерений в натурных условиях не могут быть однозначно интерпретированы как плотность разреженного газа в зоне измерения МИП. Необходимо введение поправок, учитывающих отличие реальных условий проведения измерения от условий при наземной градуировке. К этим отличиям могут быть отнесены:
- наличие направленных потоков разреженного газа, обусловленных как движением КА по орбите, так и собственным газовыделением систем ОК, причем указанные потоки являются свободномолекулярными, то есть частота столкновений молекул в объеме, соизмеримом с размерами МИП, пренебрежимо мала (для азота при T = 300 K и давлении 10-4 мм рт.ст. длина свободного пробега составляет 0,5 м при максимальном размере анодно-катодного промежутка МИП не более 0,05 м);
- различием температур набегающего потока и МИП.
Для введения поправок необходимо проведение в наземных условиях дополнительных испытаний с воспроизведением условий реального космического полета, что в полном объеме невозможно, как в силу технических и организационных трудностей, так и из-за отсутствия достоверных данных о реальных условиях (проведение натурных экспериментов и ставит задачу изучения этих условий).
Эффективным методом решения подобных задач является метод математического моделирования реальных условий с учетом известных физических процессов, протекающих при воздействии разреженного газа на МИП в натурных условиях, и их сравнение с результатами наземной отработки, натурных экспериментов и информацией о параметрах разреженного газа, полученной из других источников.
Первым шагом по этому пути является моделирование аэродинамического взаимодействия свободномолекулярных потоков нейтрального газа с конструктивными элементами МИП. Целью моделирования является определение распределения концентрации разреженного газа внутри МИП при различных параметрах набегающего потока. В качестве нейтрального газа при моделировании используется молекулярный азот.
– Конец работы –
Используемые теги: Разработка, анализ, торцевых, поверхностей, магнитноразрядного, измерителя, плотности0.095
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Разработка и анализ торцевых поверхностей магнитноразрядного измерителя плотности.
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов