3840

the radiation of the Sun at a wavelength of 10.7 cm. The weather was not favorable for measurements.

Estimates of the magnetic pseudo-declination were compared with the mapped ones calculated using the IGRF model. According to the minimum deviations of model and measured declination estimates, the position of the SMP zone was estimated by selecting the position of the EMP with the isogon fan. For example, fig. 5 shows the differences in magnetic declination estimates based on ship measurements and the IGRF model for the 2000s and 2020s eras.

Time

Fig. 5. Estimates of the magnetic declination difference based on the IGRF model and measurements: 1 - based on the IGRF 13 2000 model; 2-based on the IGRF 13 2020 model.

Discussingthe pseudo-coordinates of the South Magnetic pole

Determining the position of the EMP is a painstaking work with huge amounts of data under the guidance of well-known specialists in magnetometry, whose authority, in part, guarantees the quality of the results and the achievement of the set tasks of the experiment. According to the IGRF model in 2020, the coordinates of the South magnetic pole are estimated at 135.866 east logitude and 64.081 south latitude [14], and according to the WMM model they are 135.877 E and 64.073 S. [15]. But these are extrapolation model estimates. The difference between the WMM and IGRF EMP positions can characterize their level. However, the use of the WMM model [5] in calculations, where maps are presented for each of the seven magnetic elements (D, I, H, X, Y, Z, and F) and their secular variations (the rate of change), turned out to be more difficult for the experiment in practical terms. It should be noted that, for example, the accuracy of calculations of the magnetic field over the territory of the Russian Federation, for example, at the altitudes of satellites with magnetic field recorders, is estimated at 0.5°. Near the Earth's surface in areas of magnetic anomalies, the declination error can exceed 7-10° [12, 17]. The greatest errors in determining the magnetic field occur in high-latitude areas. A sharp increase in the discrepancy at the end of the day on 04.08.2020 is an unusual event. It does not fit into the dynamics of the estimates of the k-index calculated from magnetic measurements at the French Antarctic station DuPont-Derville, which is located on the coast and closest to the SMP zone.The sharp increase in residuals on 04.08.2020, most likely, was due to the impact on the fixture devices, reminiscent of the diversion in the famous novel by Jules Verne. Due to failures in the readings of the ship's compasses, the experiment was discontinued after 04.09.2020. According to weather conditions, sharp changes in residuals occurred when leaving the cold front zone. The wind and swell changed abruptly. Keel pitching was replaced by onboard pitching. A strong wave began to hit the side of the ship. The height of individual waves was 8-10 m (fig. 6).

270

Fig. 6. High side roll wave.

The impact of such a wave led to damage of the fasteners of the ship's equipment and measurement errors.

A sharp increase in the discrepancy of 04.08.2020, however, preserved the difference in the pole position for the 2000s and 2020s eras. When comparing the obtained measurements with the magnetic declination maps using the IGRF model for the 2000s era, where the position of the SMP was close to the estimates obtained from magnetic observatories, the discrepancy is less than when using forecast magnetic declination maps for 2020. The difference between the measured and mapped magnetic declination can be reduced by determining the pseudo-location of the SMP to the East by a quarter of a degree from its model estimate of 2000.

Conclusion.

The results of observing the magnetic declinations in the Southern Ocean on April 6-9, 2020 better correspond to isogons of IGRF13 model of the 2000with the corresponding position of the SMP zone.

Gratitudes

The author thanks Renata Lukyanova for useful advice.

Literature

1.Yanovsky B. M. Earth magnetism. L.: LSU. 1978. 592 p.

2.Magnetic indexes. Textbook / Tertyshnikov A. V., Syroeshkin A. V. Avdyushin S. I. et al. Moscow-Obninsk, 2014. 178 p.

3.Soloviev, A.A. Khokhlov, E.A. Berezko, A. Lebedev, E. Kharin I., Shestopalov, M., Mandea, V., Kuznetsov T., Bondar, M., Nisilevich, O., Pyatygina A. 2013. The Atlas of the Earth's Magnetic Field (Eds.: A. Gvishiani, A. Frolov, V. Lapshin). Publ. GC RAS, Moscow, 361 pp., doi: 10.2205/2013BS011_Atlas_EMP.

4.https://maps.ngdc.noaa.gov/viewers/historical_declination/

5.https://www.ngdc.noaa.gov/geomag/WMM/image.shtml

6.Finlay C.C. et al. International Geomagnetic Reference Field: the eleventh generation // Geophysical Journal International. 2010. V. 183. Is. 3. P. 1216–1230. doi 10.1111/ j.1365246X.2010.04804.x

7.Macmillan S., Firth M.D., Clarke E., Clark T.D.G., Barraclough D.R. Error estimates for

271

geomagnetic field values computed from the BGGM. Technical Report WM/93/28C. 1993. British Geological Survey, Keyworth, Nottingham, UK.

8.The RHS has told, when will we know the position of the South magnetic pole/ https://ria.ru/20200609/1572686327.html

9.DonderisiBurkai, moss Clinton James Method and system of magnetic ranging and geonavigation / Application 2016116776 dated 23.12.2013, date of publication of the application: 30.01.2018, bul. no. 4, Published: 17.10.2018, bull. No. 29.

10.Gvishiani A.D., Lukyanova R.Yu. Estimation of the influence of geomagnetic disturbances on the trajectory of directional drilling of deep wells in the Arctic region / earth Physics. 2018, no. 4, pp. 19-30. DOI: 10.1134/S0002333718040051

11.Povalikhin A.S., Kalinin A.G., Bastrikov S.N., Solodkiy K.M. Drilling of inclined, horizontal and multi-hole wells / under the General editorship of A.G. Kalinin. M.: Tsentralitneftegaz. 2011. 647 p.

12.Gvishiani A.D., Lukyanova R.Yu. Geoinformatics and observations of the Earth's magnetic field: the Russian segment. 2015a. no. 2. Pp. 3-20.

13.Love J.J., Chulliat A. An International Network of Magnetic Observatories // Eos. 2013. V. 94. Is. 42. P. 373-374. Doi 10.1002/2013EO420001

14.https://www.ngdc.noaa.gov/geomag/data/poles/SP.xy

15.https://www.ngdc.noaa.gov/geomag/data/poles/WMM2020_SP.xy

16.http://geomag.org/models/wdmam.html

17.Lukomsky Yu.A., Peshekhonov V.G., Skorokhodov D.A. Navigation and ship traffic management.SPb.: «Elmore», 2002. 360 p.

Fryazinsky branch of the Federal State Budgetary Institution of Science «V.A. Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics» Russian Academy of Sciences, Fryazino, Russia

A.V. Tertyshnikov

ПОЛОЖЕНИЕ ЮЖНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЮСА ПО ИЗМЕРЕНИЯМ МАГНИТНЫХ СКЛОНЕНИЙ 6-9.04.2020 Г. В ЮЖНОМ ОКЕАНЕ

По данным о регистрации магнитных склонений в Южном океане 6-9 апреля 2020 г. рассчитано положение Южного магнитного полюса Земли путем решения обратной задачи сравнения измерений с данными модели Международного геомагнитного аналитического поля (IGRF). Полученные оценки положения Южного магнитного полюса Земли соответствуют эпохе 2000 г.

Ключевые слова: ГЛОНАСС, GPS, позиционирование, компас, магнитометрия, полюс, эксперимент, магнитная буря, волнение.

Фрязинский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова»

Российской Академии Наук (ФГБУН «ФИРЭРАН»), Фрязино, Россия

272

УДК 519.711.3:623.746.5

Д.Н. Жертиев, Н.В. Рогов

КВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

ВВОЗДУШНЫХ ВИНТАХ

Приведен краткий обзор композиционных материалов применяемых в авиации. Рассмотрен вопрос, насколько безопасен и эффективен композиционный материал по сравнению с алюминиевыми материалами в воздушных винтах. Особенности эксплуатации летательных аппаратов с воздушными винтами из композиционных материалов.

Ключевые слова: композиционный материал, лопасть, воздушный винт, авиация.

В настоящее время на вооружении армий ведущих стран мира эксплуатируются пилотируемые и беспилотные летательные аппараты различного предназначения [1-7]. Многообразие летательных аппаратов определяется в основном выполняемыми задачами, особенностями боевого применения и конструктивного исполнения. С каждым десятилетием происходит существенный рост боевых возможностей военной авиации, как пилотируемых, так и беспилотных летательных аппаратов [4, 5]. Это обусловлено созданием новых летательных аппаратов с повышенными летно-техническими характеристиками, оснащением существующих более совершенными бортовым радиоэлектронным оборудованием, средствами радиоэлектронной борьбы и вооружением [6]. Данные тенденции в развитии летательных аппаратов военного назначения в полной мере проявились и нашли свое подтверждение в военных конфликтах [1]. Создания и применения в авиации обновленных конструкционных материалов (КМ) с максимальной удельной прочностью и стойкостью, с несвойственными свойствами природных материалов позволило достигнуть новых летно-технических характеристик летательных аппаратов [4, 5].

КМ - это искусственно синтезируемая субстанция, слагающаяся из 2-х или свыше компонентов, совместимых между собой.

Композиционные материалы должны обладать следующими признаками, представленные на рис. 1 [2, 3].

Как известно КМ сочетается из базы-матрицы-полимера и армирующего жесткого наполнителя. Механические характеристики материала обеспечивает армирующий наполнитель. Матрица для композиционного материала является как связующее вещество, она обеспечивает защиту от механических повреждений, агрессивных сред и объединяет прочностные свойства с армирующим наполнителем. Изменяя по соотношению эти два компонента, получают материал с требуемыми характеристиками.

На рис. 2 представлены реализуемые практически и проиллюстрированные в модельном представлении порядки фиксации и расположения наполнителя для матрицы КМ, а на рис. 3. приведен их перечень для стабилизации, укрепления и армирования [3, 4].

КМ, синтезированные по технологической процедуре полимеризация, практикуют армирование из ингредиентов, такие как: углепластик, стеклопластик, органопластик. Углепластик в авиации стали применять одним из первых и он, как правило, применяется при изготовлении фюзеляжа, крыла и оперения планера. Преимущества и недостатки углепластика представлены на рис.4.

Стеклопластики применяют на авиационных заводах для стапелей, пространственных кондукторов, а в летательных аппаратах– для изготовления закрылков и различных обтекателей.

273

Преимущества и недостатки стеклопластика представлены на рис. 5.

Рис. 1. Признаки композиционных материалов

Рис. 2. Модели фиксации и расположения наполнителя для матрицы КМ:

а– дисперсными наполнителями; б – дискретными волокнами;

в– однонаправленными волокнами; г – хаотически распределенными волокнами;

д– слоистыми наполнителями; е – объемно-армированными волокнами

274

а– дисперсными наполнителями;

б– дискретными волокнами;

в– однонаправленными волокнами;

г– хаотически распределенными волокнами;

д– слоистыми наполнителями;

е– объемно-армированными волокнами

Рис. 3. Перечень образцов присадок для КМ

Рис. 4. Преимущества и недостатки углепластика в авиастроении

Рис. 5. Преимущества и недостатки стеклопластика в авиастроении

Органопластики нашли применение в элементах как вспомогательных, так и несущих конструкций современных летательных аппаратов. Преимущества и недостатки органопластика представлены на рис. 6.

Рис. 6. Преимущества и недостатки органопластика в авиастроении

Как видно из риc. 4, 5, 6 у композиционных материалов, применяемых в виастроении, множество плюсов, но есть и минусы. Слабым местом полимерных композиционных материалов является ударная вязкость. После удара в элементах конструкции воздушного судна образуются микротрещины, которые со временем при циклических нагрузках приводят к расслоению материала. Поэтому необходимо периодически элементы конструкции воздушного судна проверять

неразрушающимконтролем.

В отличие от металлов композиционные материалы в настоящее время дороги в изготовлении, и их использование окупается лишь при долгой эксплуатации [4].

275

Относительное сравнение стоимости С и массы Мк элементов конструкций воздушного судна представлены на рис. 7.

В настоящее время в основном применяют при изготовлении воздушных лопастей полимерные композиционные материалы. Известно, что при попадании посторонних предметов

втурбовинтовой двигатель воздушный винт (ВВ) первый принимает удар. Когда в лопасть воздушного винта попадает твердый предмет, то остается механическое повреждение при этом в турбовинтовом двигателе может не быть повреждений. Лопасти воздушного винта, получившие

вэксплуатации повреждения, подразделяются на три группы (рис. 8) [3]. Со временем многократность повреждений приведет к разрушению лопасти ВВ, и по всей вероятности явится

источником рискованной или катастрофической обстановки при передвижении в воздухе или досрочному снятию воздушного винта с эксплуатации.

Освидетельствование лопастей ВВ из КМ отобразило, в подавляющем большинстве случаев, при прибавлении нагрузки, особенно в форсажном режиме функционирования стремительность деформирования и дефектности ВВ прогрессирует. На следующем этапе, реализуется вариация предела прочности.

аб

Рис. 7. Относительное сравнение стоимости и массы элементов конструкций воздушного

судна: 1 – стоимость материалов; 2 – стоимость изготовления;

3– масса конструкции;

а– из алюминиевых сплавов; б – конструкция интегральная

Рис. 8.Группы воздушного винта после получения поломок

Выводы

1.Можно заключить, наблюдается обеспечение надежной безопасности турбовинтового двигателя от деформирования твердофазнымиингредиентами и развития дефектности.

2.Достижения описываемого изыскания позволило резюмировать, что применение

композиционных материалов при изготовлении лопастей ВВ весомо интенсифицирует запас прочности, добротности, исправности и долговечности благодаря приросту удельной прочности КМи его меньшей восприимчивости к концентраторамнапряжений.

276

3. По сравнению с алюминиевыми воздушными винтами композиционные винты имеют высокую эрозионную и коррозионную стойкость.

Литература

1.Гордеенко Ю. В., Морозов В. П. Военная авиация. Справочник. Кн. 1 / Минск: ООО

Попурри, 1999. 512 с.

2.Ковалевская Ж. Г., Безбородов В. П. Основы материаловедения. Конструкционные материалы. Учебное пособие / Томск: ТПУ,2009. 110 с.

3.Бондалетова Л.И., Бондалетов В.Г. Полимерные композиционные материалы. Учебное пособие / Томск: ТПУ, 2013. 118 с.

4.Авдюшина А.Е., Звягинцева А.В. Анализ статистики столкновений воздушных судов с птицами за 2002-2012 годы и современные средства обеспечения орнитологической безопасности

полётов/Гелиогеофизические исследования. 2014.№9. С. 65-77.

5.Авдюшина А.Е., Звягинцева А.В. Система видеонаблюдения и локализация природных объектов / Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. Т. 6.№ 12. С. 107-109.

6.Звягинцева А. В., Яковлев Д. В. Перспективы пространственного анализа в географических информационных системах для прогнозирования риска лесных пожаров на

территории Воронежской области/Гелиогеофизические исследования. 2014.№9. С. 78-88.

7. Колганов И. М. Технологичность авиационных конструкций, пути повышения. Учебное пособие /Ульяновск: УлГТУ, 2003. 148 с.

ФГКВОУ ВО «Военныйучебно-научныйцентрВоенно-воздушныхсил «ВоенноВоздушнаяакадемияименипрофессора Н.Е. ЖуковскогоиЮ.А. Гагарина»(г.Воронеж) Министерстваобороны Российской Федерации», (ВУНЦ ВВС «ВВА»), Воронеж,Россия D.N. Zherdev,N.V. Rogov

ON THE USE OF COMPOSITE MATERIALS IN THE PROPELLERS

The article provides a brief overview of composite materials used in aviation. The question of how safe and more effective the use of composite materials in comparison with aluminum materials in propellers is considered. Features of operation of propellers made of composite materials on aircraft with turboprop engines.

Keywords: composite material, blade, propeller, aviation.

Federal StateState-Owned MilitaryEducational Institution of HigherEducation «Military Training and Research Center of the Air Force «Air Force Academynamed after Professor N.E. Zhukovskyand Yu.A. Gagarin»(Voronezh) of theMinistryof Defenseof theRussian Federation, (VUNTS Air Force «VVA»), Voronezh, Russia

277

УДК 620.91, 620.98

О.Г. Лосев, Д.А. Мельник, А.С. Григорьев

РАСЧЁТ ОБЪЕКТОВ ГЕНЕРАЦИИ ПОТРЕБЛЕНИЯ В РАСПРЕДЕЛЁННЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СЕТЯХ

Вданной статье представлены предварительные результаты работ по разработке передовых технологий развития распределенной энергетики. В частности, показаны результаты первого этапа создания алгоритмов управления в распределенной сети электроснабжения и создания простой схемы взаимодействия двух потребителей с собственными источниками генерации. Расчеты и апробация принятых принципов взаимодействия в программе MATLAB / Simulink показали эффективность принимаемых решений.

Ключевые слова: возобновляемая энергетика, распределенная энергетика, безмашинное преобразование энергии, постоянный ток, математическая модель, имитационное моделирование.

Впоследние годы международной общественностью большой упор делается на

развитие экологически чистых источников энергии. Это дало толчков к развитию технологий распределённой генерации, что привело к увеличению производственных мощностей и повышению рыночной конкурентоспособности как для устройств генерации энергии, так и для устройств аккумулирования.

Масштабные задачи технического перевооружения электроэнергетики России требуют разработки новых эффективных и экологически чистых технологий распределённой энергетики, способных работать в широких диапазонах мощностей в различных климатических условиях [1].

Одним из наиболее перспективных сегментов, где в России можно активно развивать технологии распределённой энергетики являются локальные островные энергосистемы, которые не имеют подключения к центральной электросети [2].

В линейке разработок в НИЦ «Курчатовский институт» есть энергоустановки малой мощности, которые могут использоваться для круглогодичного энергоснабжения в полностью автономных условиях эксплуатации. Данные энергоустановки уже несколько лет успешно используются в регионах, удалённых от центрального энергоснабжения (рис. 1).

Рис. 1. Энергетическая установка малой мощности

В качестве потенциальных потребителей данных энергоустановок можно отметить метеорологические станции, навигационные маяки и буи, появляющиеся на Севере многочисленные станций сотовой и радиорелейной связи, локальные системы радио и

278

телевизионного вещания, аппаратура аэродромных служб. Стоит отметить, что помимо сравнительно небольших точек отбора мощности существует необходимость обеспечения электроэнергией достаточно крупных посёлковых конгломераций, с уровнем потребления от десятков киловатт, до единиц мегаватт.

Для решения этих задач разрабатываются новые структурные схемы распределённых энергетических систем, основанные на передовых технологиях генерации, преобразования и хранения электроэнергии (рис. 2).

Ведётся разработка и отладка системного математического инструментария и компьютерных программ, позволяющих методами вычислительных экспериментов моделировать, оценивать эффективность и оптимизировать параметры распределенных энергосистем [3, 4].

Рис. 2. Эскизная функциональная схема распределенной энергосистемы

Опыт эксплуатации технологий распределенной генерации показывает, что в построенных на их основе энергетических комплексах необходимы устройства для хранения энергии, которые в случае сбоя питания от основного источника электроэнергии дома обеспечат потребителя необходимой энергией. Устройства хранения в комплексе с устройствами генерации энергии могут помимо обеспечения потребителя ещё подавать электроэнергию в коммунальную сеть. Во многих странах федеральные государственные учреждения, а также частные коммунальные компании поощряют практику передачи излишков электроэнергии пользователями с собственными источниками генерации в центральную сеть, рис. 3.

Внедрение технологий распределенной энергетики и технологий хранения энергии проходит совместно с развитием передовой измерительной инфраструктуры. Измерительная инфраструктура энергокомплекса состоит из современного электронно-цифрового оборудования и программного обеспечения. Эти системы позволяют получать детальные показания о работе энергокомплекса и осуществляют сбор и передачу полученной информации различным сторонам [5].

279