Using satellite radiometric and ground based lidar measurements for detection of cirrus clouds, containing ensembles of preferred oriented ice particles

In this paper present an example of joint analysis of the data of high-level cloud sensing with a ground based polarization lidar of Tomsk State University and satellite radiometer MODIS

Diffeomorphism invariant eigenvalue problem for metric perturbations in a bounded region

We suggest a method of construction of general diffeomorphism invariant boundary conditions for metric fluctuations. The case of $d+1$ dimensional Euclidean disk is studied in detail. The eigenvalue problem for the Laplace operator on metric perturbations is reduced to that on $d$-dimensional vector, tensor and scalar fields. Explicit form of the eigenfunctions of the Laplace operator is derived. We also study restrictions on boundary conditions which are imposed by hermiticity of the Laplace operator.Comment: LATeX file, no figures, no special macro

Кинетика пиролиза древесной биомассы в изотермических условиях

The paper discusses the results of a kinetic study of the pyrolysis of woody biomass (ordinary oak wood – Quercus robur) under static conditions at temperatures of 673, 773 and 873 K. In experiments, biomass samples weighing about 1.4 g were kept in a heating furnace for a certain period, after which their residual weight was measured and the degree of decomposition achieved was determined. A total of 7 series of experiments were performed: two series each at temperatures of 673 and 873 K and three series at a temperature of 773 K. The obtained results were analyzed in the framework of a single-stage chemical reaction (one-step global model), leading to a loss of the initial mass. It was established that from the phenomenological point of view, the pyrolysis of woody biomass under experimental conditions corresponds to the sigmoidal reaction model by Avarami–Erofeev with an exponent n ranging from 0.508 to 0.985. The use of the results of the first series of experiments led to an activation energy value of 57.2 kJ/mol and a pre-exponential factor value of 38 s–1. The other series of experiments gave an activation energy value of 64.9 kJ/mol and a preexponential factor value of 130 s–1. It is shown that the use of these values of the activation energy and the preexponential factor leads to agreement of the calculated values of the degree of decomposition of the studied biomass samples with the experimental ones in the range of values of the degree of decomposition from 0 to 1. The data presented in this work contribute to a more complete understanding of the kinetics of pyrolysis of biomass, which is necessary for the development of effective equipment for the thermochemical processing of vegetable raw materials.Обсуждаются результаты кинетического исследования пиролиза древесной биомассы (древесина дуба обыкновенного – Quercus robur) в статических условиях при температурах 673, 773 и 873 К. В опытах образцы массой порядка 1,4 г выдерживались в нагревательной печи на протяжении некоторого промежутка времени, после чего измерялась их остаточная масса и определялась достигнутая степень разложения. Всего выполнено семь серий опытов: по две серии при температурах 673 и 873 К и три серии при температуре 773 К. Полученные результаты анализировались в рамках одностадийной химической реакции, приводящей к потере исходной массы. Установлено, что с феноменологической точки зрения пиролиз древесной биомассы в условиях опытов соответствует сигмоидальной реакционной модели Аврами–Ерофеева с показателем степени n, изменяющимся в пределах от 0,508 до 0,985. Анализ результатов первых серий опытов привел к значению энергии активации, равному 57,2 кДж/моль, и значению предэкспоненциального фактора, равному 38 с–1. Другие серии опытов дали значение энергии активации, равное 64,9 кДж/моль, и значение предэкспоненциального фактора, равное 130 с–1. Показано, что использование этих значений энергии активации и предэкспоненциального фактора приводит к согласию расчетных значений степени разложения изученных образцов биомассы с экспериментальными в интервале значений степени разложения от 0 до 1. Представленные в работе данные способствуют более полному пониманию кинетики пиролиза биомассы, что необходимо для разработки эффективного оборудования для термохимической переработки растительного сырья

АНАЛИЗ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ БЕСЦЕНТРОВО-ЛЮНЕТНОГО ТОЧЕНИЯ КРУПНЫХ ВАЛОВ

Dynamics of huge renovated lathe is simulated. Turning scheme concerns to heavy rotor shaft finishing. Lofty parts and milling head may create dynamic problems. Static, modal and harmonic frequency response function simulations were provided. Bearing system consists of bed, support, tool, lunettes, tailstock. Headstock didn’t take part in shaft holding. Static and dynamic rigidities founded 3–4 times less for support than for shaft. Tool rigidity lessens from 186.5 to 11.9 N/µm for speeding from slow to near resonance turning. Twelve lathe eigenmodes were evaluated. Two eigenmodes are most dangerous. It is “shaft swinging on lunettes” (M1, 26.7 Hz) and “support pecking” (M3, 54.4 Hz). Bed has excessive flexibility due to through holes and lack of inner ribbing. Polymer concrete filling is moderately effective. Changing two-lunette (2L) scheme to three-lunette (3L) increases rigidity of shaft at 2.09 times at statics but gives limited action in dynamics. Resonant peaks on frequency response function are lowered only at 1.32 times for M1, M3. Effect of dynamic damping is revealed under condition of proximity middle lunette to lofty support. Support serves as tuned mass damper. Measures of machine tool reinforcement are simulated. Shaft swinging according to M1 may hardly be blocked by passive means. It would be better to bypass it. “Support pecking” resonance (M3) succumbs to only full set of measures. Small effect of partial reinforcement is predicted. Three frequency intervals are recommended for turn-milling at huge lathe: pre-resonant (<20 Hz), inter-resonant (35–45 Hz) and post-resonant (>65 Hz). The last one is more suited. Next design step is to create triangle inner ribbing system or caissons inside of bed.Смоделирована динамика тяжелого токарного станка после планируемой реновации. Оригинальная схема точения касается чистовой обработки крупных роторных валов. Высоко расположенные детали и фрезерная головка могут создавать динамические проблемы. Поэтому проведено МКЭ-моделирование в статической, модальной и гармонической постановках. Несущая система для удержания вала состояла из станины, суппорта, инструмента и задней бабки. Передняя бабка в данной схеме точения не участвовала. Оказалось, что статическая и динамическая жесткость для суппорта в 3–4 раза меньше, чем для вала. Жесткость на инструменте снижается с 186,5 до 11,9 Н/мкм при переходе от статики к точению вблизи резонанса суппорта. Оценено двенадцать резонансных мод. Две моды признаны наиболее опасными. Это «раскачка вала в люнетах» (M1, 26,7 Гц) и «клевки суппорта» (M3, 54,4 Гц). Показана избыточная податливость станины, имеющей недостаточно жесткое оребрение и сквозные отверстия. Заполнение станины полимербетоном умеренно эффективное. Переход от двухлюнетной (2L) схемы поддержки вала к трехлюнетной (3L) дает хороший рост жесткости в статике (2,09 раза), но ограниченный эффект в динамике. Высоты резонансных пиков снижаются не более чем в 1,32 раза для M1 и M3. Обнаружен эффект динамического гашения при сближении высокого суппорта со средним люнетом. Суппорт выступает динамическим демпфером. Проанализированы меры усиления несущей системы станка. Установлено, что раскачка обрабатываемого вала по M1 плохо блокируется пассивно-конструктивными средствами. Резонанс лучше обходить при назначении режимов резания. Резонанс M3 «клевки суппорта» можно поднять в область высоких частот и одновременно снизить его амплитуду. Это достигается применением сразу всех мер усиления. Частичное усиление малоэффективно. Для фрезерования и точения на тяжелом станке рекомендованы три диапазона: дорезонансный (<20 Гц), межрезонансный (35–45 Гц) и зарезонансный (>65 Гц). Последний диапазон предпочтителен из-за зарезонансного демпфирования как вала, так и суппорта. Следующим конструктивным шагом должно стать добавление в станину треугольных связей или кессонов

АНАЛИЗ РЕЗОНАНСНОГО ПОВЕДЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ КРУПНОГАБАРИТНОГО СТАНКА ТИПА «ПОДВИЖНАЯ СТОЙКА»

A finite elements method (FEM)-analysis has been carried out with the purpose to study dynamics of carrying system in a machine tool of unique height. This is a one-off machine with high traveling column and a support with horizontal slide can move vertically along the column. Spindle milling and boring units are mounted telescopically at slide butt end. The FEM-analysis of the machine tool has been made due to its renovation. Machine resonances, responses to cutting force, static and dynamic rigidity in spindles have been estimated in the paper. The machine carrying system is subtle, heavy and structurally complicated. Its structural chain includes a carriage, a column, a support, a slide, spindle units interconnected with the help of hydro-static guides. While varying main parameters their influence on rigidity has been investigated in the paper. Height of  support lifting, column material and rigidity of longitudinal drive have been changed during the investigations.Static, modal and harmonic MEF-analyses have been executed in the paper. Frequency-response characteristic of the machine has been constructed in the process of the investigations. Two support bending resonances have been detected in the column at low frequency. Such Due to this there are limits for usage of the machine in sub-resonance and static frequency range. The most powerful resonance has been observed at frequency of 27.8 Hz. The resonance has manifested itself as torsional oscillations of the column together with the support and the slide.Slide bending resonances have been revealed at higher frequencies 65–105 Hz. Three intervals which are fit for machine operation have been determined between resonance ranges. There is a prospective usage of the machine in inter-resonance (32–65 Hz) and super-resonance (more than 105 Hz) intervals. It has been shown that rigidity in spindle is a sequence higher in dynamic intervals than in a static interval. Machine subtility can be compensated by its transition to high-speed machining.Проведен МКЭ-анализ динамики несущей системы уникального по высоте станка. Это единичный станок типа Travelling column с высокой подвижной стойкой, по которой вертикально может перемещаться суппорт с горизонтальным ползуном. В рабочем торце ползуна телескопически смонтированы фрезерный и расточной шпиндельные узлы. МКЭ-анализ станка производили в связи с его реновацией. Оценивали резонансы станка, отклики на силы резания, статическую и динамическую жесткость на шпинделях. Несущая система станка является субтильной, тяжелой и сложносоставной. Это цепочка из салазок, стойки, суппорта, ползуна, шпиндельных узлов, связанных гидростатическими направляющими. Исследовали влияние на жесткость такой цепочки варьирования ведущих параметров, при этом изменяли высоту подъема суппорта, материал стойки и жесткость продольного привода.Проведены статический, модальный и гармонический МКЭ-анализы. Построена амплитудно-частотная характеристика станка. Обнаружены два изгибных резонанса суппорта на стойке на низких частотах. Это ограничивает использование станка в дорезонансном и статическом диапазоне частот. Самый мощный резонанс выявлен на частоте 27,8 Гц. Он заключается в крутильных колебаниях стойки вместе с суппортом и ползуном.На более высоких частотах 65–105 Гц выявлен диапазон изгибных резонансов ползуна. Между резонансными диапазонами найдено три интервала, пригодных для эксплуатации станка. Станок перспективно использовать в межрезонансном (32–65 Гц) и в зарезонансном (более 105 Гц) интервале. Показано, что в динамических интервалах жесткость на шпинделе на порядок выше, чем в статическом интервале. Субтильность станка может быть компенсирована переходом к высокоскоростной обработке

ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ ДЕФОРМАЦИЯМИ И НАПРЯЖЕНИЯМИ В НАПОЛНИТЕЛЯХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

The dependences between displacement of threads of different reinforcing material families and stresses taking place due to these deformations are found for composite materials that represent a structure of mutually perpendicular resin-impregnated thread families. Для композиционных материалов, представляющих структуру взаимно перпендикулярных семейств нитей, пропитанных связующим, найдены зависимости между перемещениями нитей разных семейств армирующего материала и напряжениями, возникающими в результате их деформации

ЗАКОНОМЕРНОСТИ И ОСОБЕННОСТИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА С ПРОКОЛОТЫМ ОТВЕРСТИЕМ

Mathematical model describing a dependence between deformations and stresses in the zone of prepreg piercing zone is given in the paper. Boundary conditions in the piercing zone in number of four functional dependences for prepregs can express either the given stresses or displacements, or describe boundary form, or express relations between stresses and displacements etc.Изложена математическая модель, описывающая зависимость между деформациями и напряжениями в зоне прокола препрега. Граничные условия в зоне прокола в количестве четырех функциональных зависимостей для препрегов могут выражать заданные напряжения либо перемещения, описывать форму границы или выражать связь между напряжениями и перемещениями и др

МОДАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ ТЯЖЕЛОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО МНОГОЦЕЛЕВОГО СТАНКА С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

The aim of the paper is to reveal and analyze resonance modes of a large-scale milling-drilling-boring machine. The machine has a movable column with vertical slot occupied by a symmetrical carriage with horizontal ram. Static rigidity of the machine is relatively low due to its large dimensions. So it is necessary to assess possible vibration activity. Virtual and operational trials of the machine have been carried out simultaneously. Modeling has been executed with the help of a finite element method (FEM). The FEM-model takes into account not only rigidity of machine structures but also flexibility of bearings, feed drive systems and guides. Modal FEM-analysis has revealed eight resonance modes that embrace the whole machine tool. They form a frequency interval from 12 to 75 Hz which is undesirable for machining. Three closely located resonances (31-37 Hz) are considered as the most dangerous ones. They represent various combinations of three simple motions: vertical oscillations of a carriage, horizontal vibrations of a ram and column torsion. Reliability of FEM- estimations has been proved by in-situ vibration measurements.An effect for stabilization of resonance modes has been detected while making variations in design parameters of the machine tool. For example, a virtual replacement of cast iron for steel in machine structures practically does not have any effect on resonance frequencies. Rigidity increase in some parts (e.g. a ram) has also a small effect on a resonance pattern. On the other hand, resonance stability makes it possible to avoid them while selecting a spindle rotation frequency.It is recommended to set double feed drives for all axes. A pair of vertical screws prevents a “pecking” resonance of the carriage at frequency of 54 Hz. It is necessary to foresee an operation of a main drive of such heavy machine tool in the above resonance interval with the spindle frequency of more than 75 Hz. For this purpose it is necessary to proceed to high-speed machining (HSM).Целью работы является обнаружение и анализ резонансных мод крупногабаритного фрезерно- сверлильно-расточного станка. Станок имеет подвижную стойку с вертикальной прорезью, в которой перемещается симметричная каретка с горизонтальным ползуном. Статическая жесткость машины невелика из-за больших размеров, поэтому нужно оценить виброактивность. Совместно выполнены виртуальные и натурные испытания станка. Моделирование произведено с помощью метода конечных элементов (МКЭ). В МКЭ-модели учтена не только жесткость корпусных деталей, но и податливость подшипников, приводов подач и направляющих. Модальный МКЭ-анализ выявил восемь резонансных мод, охватывающих весь станок. Они образуют нежелательную для обработки область от 12 до 75 Гц. Особую опасность представляют три близко расположенных резонанса - 31-37 Гц. Они являются разными комбинациями трех простых движений: вертикальной осцилляции каретки, горизонтальных колебаний ползуна и закручивания стойки. Достоверность МКЭ-расчета подтверждена натурными измерениями вибраций.Обнаружен эффект стабилизации резонансных мод при вариации конструктивных параметров станка. Например, виртуальная замена чугуна на сталь в корпусных деталях почти не влияет на резонансные частоты. Повышение жесткости отдельных деталей, например ползуна, также слабо воздействует на картину резонансов. С другой стороны, стабильность резонансов позволяет обходить их при выборе частоты вращения шпинделя.Рекомендуется ставить двойные приводы на все оси. Пара вертикальных винтов препятствует «клевковому» резонансу каретки на частоте 54 Гц. В главном приводе такого тяжелого станка нужно предусмотреть работу в зарезонансной области - с частотой шпинделя более 75 Гц. Для этого надо перейти к высокоскоростной обработке (ВСО)

Термоконверсия авиационных масел

These days, strict requirements to aeronautical equipment are imposed to enhance reliability, durability, and environmental compatibility. Aeronautical equipment operation reliability depends not only on its structural and technologic abilities, but also on the fact how aviation oils, fuels and technical fluid meet quality requirements during operation. During the aircraft engine operation, oils are subjected to the thermal impact. As a consequence, their properties and composition change which can affect the engine operation, on the whole. The most promising means of improving thermal resistance of aviation oils is developing new ones and improving available oil compositions. Therefore, it is feasible to analyze the kinetic properties of the oil thermal conversion which will make it possible to predict their resistance within the extensive temperature range. The paper investigates thermal decomposition kinetics of aviation oils MS-8P, TN-98 and TN-600 used on different types of aircraft in civil aviation of the Republic of Belarus by the method of a thermo-gravimetric analysis. The composition of oil samples has been researched into by IR spectroscopy, chromatography-mass spectroscopy methods. A comparative analysis of research results of new oils and oils drained from aircraft engines indicates that even under insignificant overheat during the operation, a change in the hydrocarbon composition occurs, and the hydrocarbon content of basic types varies to some extent. The oil thermolysis research reveals that potential overheat after engine shutdown complies with the temperatures at which the decomposition commences. Thermal conversion products of oil carbohydrates will contribute to the defect formation in friction subunits. As a result of test data processing of thermal conversion of aviation oils MS-8P, TN-98, TN-600, the principles of their decomposition as well as macrokinetic parameters, allowing us to precisely evaluate the effect of oils operation temperature conditions on their conversion rate, have been specified. It is essential while simulating the aircraft engine operation and predicting variations of oil quality properties during their operation.Сегодня к авиационной технике предъявляются жесткие требования по повышению надежности, долговечности и экологичности. Надежность эксплуатации авиационной техники зависит не только от ее конструктивных и технологических особенностей, но и от того, насколько авиационные масла, топлива и технические жидкости отвечают по качеству предъявляемым к ним требованиям во время работы. В процессе эксплуатации авиационных двигателей масла подвергаются термическому воздействию, в результате чего их свойства и состав меняются, что может негативно сказаться на работе двигателя в целом. Наиболее перспективным способом повышения термической устойчивости авиационных масел представляется разработка новых и улучшение существующих составов масел. В связи с этим целесообразно проанализировать кинетические характеристики термоконверсии масел, что позволит прогнозировать их устойчивость в широком температурном интервале. В работе изучена кинетика термического разложения авиационных масел МС-8П, ТН-98 и ТН-600, применяемых на разных типах воздушных судов в гражданской авиации Республики Беларусь, методом термогравиметрического анализа. Состав образцов масел исследован методами ИК-спектроскопии, хромато-масс-спектроскопии. Сравнительный анализ результатов исследования новых масел и масел, слитых из двигателей воздушных судов, свидетельствует о том, что даже при незначительных перегревах в процессе эксплуатации происходит изменение углеводородного состава, изменяется в некоторой степени содержание основных классов углеводородов. Исследования термолиза масел показывают, что возможные перегревы после останова двигателя соответствуют температурам начала разложения. Продукты термического превращения углеводов масел будут способствовать образованию дефектов элементов узлов трения. В результате обработки экспериментальных данных термоконверсии авиационных масел МС-8П, ТН-98 и ТН-600 были определены механизмы их разложения, а также макрокинетические параметры, позволяющие достаточно точно оценить влияние температурных режимов эксплуатации масел на скорость их конверсии. Это представляется полезным при моделировании работы авиационных двигателей и прогнозировании изменений показателей качества масел в условиях их эксплуатации