Введение. Технология центробежной биметаллизации с применением независимой осесимметричной электрической дуги становится всё более значимой ввиду высокой потребности в улучшении качества биметаллических композиций, используемых в производстве подшипников скольжения, гильз для цилиндров гидромашин и элементов пар трения в двигателях внутреннего сгорания. Имеющиеся исследования в этой области подчеркивают необходимость более глубокого изучения особенностей тепловых процессов, связанных с этой технологией. В современной научной литературе недостаточно полно раскрыты вопросы, касающиеся контроля температуры на границе раздела материалов, и имеющийся пробел в представлении о поведении биметаллических соединений в условиях нагрева тормозит внедрение этой технологии в промышленное производство. Цель данного исследования — проведение аналитического моделирования теплового источника в виде осесимметричной электрической дуги для определения коэффициента сосредоточенности тепла и снижения доли экспериментальных данных в модели теплового процесса, что позволит повысить ее универсальность. Задачи, вытекающие из поставленной цели, заключаются в сравнении результатов расчета эффективной плотности теплового потока по двум различным выражениям (с использованием тригонометрической и экспоненциальной функций), а также в оценке распределения теплового потока осесимметричной дуги по внутренней поверхности втулок (это необходимо для установления зависимости между температурой наружной поверхности наплавляемой втулки и температурой на границе раздела материалов).

Материалы и методы. Прямой контроль температуры на границе раздела материала основы и наплавляемого слоя является затруднительным, однако возможно осуществить косвенный контроль с помощью температуры наружной поверхности. Для определения зависимости между температурой наружной поверхности наплавляемой втулки (заготовки) и температурой на её внутренней поверхности, то есть на границе раздела материала основы и наплавляемого слоя, были проведены моделирование теплового источника и оценка распределения теплового потока осесимметричной электрической дуги по внутренней поверхности втулки.

Результаты исследования. В ходе работы получено аналитическое выражение для определения коэффициента сосредоточенности тепла, k = 0,945 / R²₁, который необходим для расчёта параметров электрической дуги с учётом распределения эффективной тепловой мощности в пятне нагрева по экспоненциальной зависимости. Для моделирования теплового источника процесса наплавки (биметаллизации) внутренней поверхности стальных втулок с нагревом независимой осесимметричной электрической дугой были сравнены результаты расчета эффективной плотности теплового потока по двум выражениям: q = q₀ ∙ cos³φ и q = q₀ ∙ e^{–k· r²п}. Это сравнение показало, что для расчетов температурных полей при наплавке внутренней поверхности стальных втулок (заготовок) металлическими сплавами с нагревом независимой осесимметричной дугой можно использовать аналитическую экспоненциальную форму представления теплового источника.

Обсуждение и заключение. Моделирование тепловых процессов центробежной биметаллизации с применением упрощенных схем равномерного распределения теплового потока q = const на всей свободной поверхности наплавляемого слоя, что имитирует распространение тепла электрической дуги, требует введения корректирующих коэффициентов и проведения серии экспериментов для их определения. В этом случае в описании теплового процесса в модели тепловых процессов высока доля экспериментальных данных и корректирующих коэффициентов. Поэтому для исключения большей части экспериментальных составляющих при моделировании теплового источника и распределения теплового потока процесса наплавки (биметаллизации) внутренней поверхности стальных втулок с нагревом независимой осесимметричной электрической дугой автором в данной работе предложено аналитическое решение для расчета эффективной плотности теплового потока в виде экспоненциальной функции, которая позволяет определить коэффициент сосредоточенности тепла независимой осесимметричной электрической дуги в процессе наплавки, который необходим для повышения точности расчета температурного поля биметаллизируемой втулки и улучшения контроля температуры тепловых параметров технологического процесса.

Введение. Современные исследования, направленные на снижение выбросов вредных веществ, образующихся в результате работы дизельных двигателей с использованием альтернативного топлива, подчеркивают их значимость и актуальность. Эта тема приобретает всё большую важность в контексте глобальных экологических изменений. Разработка и внедрение альтернативных источников энергии не только способствуют улучшению качества воздуха, но и помогают уменьшить зависимость от ископаемых топлив. Поэтому важно продолжать инвестировать в научные исследования и новые технологии, которые позволят добиться более чистого и эффективного использования ресурсов. На сегодняшний день известно множество таких исследований, особенно теоретических, проведённых в европейских и азиатских странах. Однако практически отсутствуют экспериментальные работы, посвящённые полусферическим камерам сгорания российских дизельных двигателей, у которых частота вращения, степень сжатия и другие конструктивные параметры существенно отличаются от аналогичных характеристик, описанных в известных исследованиях. Кроме того, нет практически никаких экспериментов, посвящённых процессу сгорания российских дизельных двигателей с неразделённой полусферической камерой сгорания в поршне, что обуславливает сложность процесса объемно-плёночного смесеобразования.

Целью работы является экспериментальное исследование мощностных и экономических показателей, параметров процесса сгорания дизельного двигателя с неразделённой полусферической камерой сгорания в поршне, работающего на этаноле и рапсовом масле (РМ). Исследование направлено на установление зависимостей, показывающих влияние различных режимов работы двигателя на указанные показатели, с целью определения их числовых характеристик.

Материалы и методы. Запуск дизельного двигателя осуществлялся на рапсовом масле, после чего включалась подача этанола, который заменял рапсовое масло до достижения установленного оптимального значения. Увеличение рабочего нагрузочного режима обеспечивалось регулированием подачи этанола. Для подачи рапсового масла был установлен дополнительный топливный насос высокого давления (ТНВД) 2УТНМ, а подача этанола производилась через стандартную систему топливоподачи.

Результаты исследования. Показатели процесса сгорания дизельного двигателя, работающего на этаноле и рапсовом масле, заметно отличаются от таковых у двигателя, функционирующего на дизельном топливе. При работе на этаноле и рапсовом масле наблюдается увеличение периода задержки воспламенения, что влияет на «жесткость» процесса сгорания и приводит к повышению значений величины P_z. Эти факторы, скорее всего, являются основными ограничениями для использования этанола посредством непосредственного впрыска. Одним из решений данной проблемы, предложенным в настоящей работе, является использование запального (пилотного) рапсового масла, которое позволяет корректировать параметры процесса сгорания, регулируя величину подачи запального топлива.

Обсуждение и заключение. Результаты проведенного экспериментального исследования подтверждают возможность полного замещения нефтяного моторного топлива в дизельном двигателе с неразделенной полусферической камерой сгорания в поршне альтернативным (возобновляемым) топливом, что, несомненно, решает важные вопросы экологической безопасности дизельных двигателей. Результаты исследования могут быть полезны как ученым, занимающимся данной темой, так и инженерно-техническим работникам машиностроительной отрасли.

Введение. Электролитно-плазменные технологии, применяемые для размерной и финишной обработки металлических поверхностей, привлекают внимание благодаря их высокой эффективности и точности. Ключевым фактором, определяющим качество обработки, является температура электролитно-плазменного разряда (ЭПР), влияющая на ионизацию электролита и свойства поверхности. Недостаток комплексных исследований температурных характеристик струйного ЭПР ограничивает оптимизацию процессов. Цель данного исследования — определить распределение температур и тепловых потоков в системе «струйный электролитический катод — металлический анод» при различных условиях обработки.

Материалы и методы. Исследования проводились с использованием струи электролита диаметром 3 мм с массовой скоростью потока 0,25–3,75 г/с при напряжении 20–500 В. В качестве анода применялись стали ХВГ и 08Х18Н9Т, электролиты — водные растворы NaCl, (NH₄)₂SO₄, C₆H₈O₇ с концентрацией 4–50 г/л. Температура измерялась хромель-алюмелевой термопарой, инфракрасным пирометром и тепловизором.

Результаты исследования. Разработано уравнение теплового баланса, описывающее распределение тепла между металлическим анодом (МА), струйным катодом, электролитом, паром и излучением. Анализ вольт-амперных характеристик (ВАХ) показал рост тока при низких расходах электролита (0,75–1,2 г/с) с последующим снижением при 300–500 В и параболическую зависимость с максимумом 2,6 А при расходе 2,37 г/с. Максимальная температура МА достигала 100 °С (NaCl, 4–35 г/л) и снижалась до 82 °С при 150 г/л, а полого катода — 158 °С при начальной температуре электролита 90 °С. Температура пара варьировалась от 67,3 (высокие расходы) до 87,5 °С (низкие расходы). Убыль электролита на испарение достигала 5,8 г при 300–340 В. Температура на периферии анода была на 15–20 % выше, чем в центре.

Обсуждение и заключение. В процессе формирования электрического разряда (ЭР) в приповерхностном электролитно-плазменном слое выделяется теплота за счет множества микроразрядов, возникающих из-за высокой напряженности электрического поля на вершинах микронеровностей, границах зерен, дислокациях, отдельных атомах, а также на отрицательно заряженных поверхностях, таких как жировые отложения или окисленные участки. Основным источником теплового потока является тепло, выделяемое по закону Джоуля-Ленца. До напряжения 260 В дополнительный вклад вносит экзотермическая реакция окисления углерода в стали. Сформированное тепло неравномерно распределяется между электролитом, МА, полым катодом, паром и излучением. Наибольшее тепловыделение наблюдается в зоне формирования ЭР в виде эллипсоида, где фиксируются максимальные температуры МА (до 100 °C), полого катода (до 158 °C) и пара (до 87,5 °C). Полученные данные и уравнение теплового баланса создают основу для оптимизации струйного электролитно-плазменного полирования в машиностроении, медицине и микроэлектронике.

Введение. При конструировании на этапе проведения расчетов закладывается большой запас прочности деталей и узлов, что не исключает преждевременные отказы, имеющие случайный характер. Последствиями таких отказов являются не только экономические потери, но и угрозы безопасности людям и окружающей среде. В современной литературе недостаточно освещена тема оценки надежности машин, рассматриваемых как сложные вероятностные системы, учитывающие не только динамические параметры при эксплуатации, но и технологические процессы изготовления составных деталей системы. Поэтому для обеспечения целенаправленного управления надежностью машин, как сложных технических систем, необходимо применять принципы кибернетики. Цель данной работы — исследование метода контроля надежности технических систем путем выявления энтропии причин их отказов.

Материалы и методы. Материалами для исследования послужили статистические данные отказов деталей машин, полученные путем многолетнего наблюдения за работоспособным состоянием базовых деталей подъемнотранспортных, дорожных и строительных машин. В работе применялась математическая статистика и теория вероятностей — параметрический метод оценивания надежности по упрощенному подходу, предполагающему детерминированное поведение машины как системы с заранее определенным функционированием, не зависящим от внешних обстоятельств. Значение запаса прочности принято на уровне больше единицы.

Результаты исследования. Определена степень влияния неопределенности исходных значений процесса эксплуатации, конструктивных особенностей, технологии изготовления деталей машин и возникающих в них неисправностей на итоговую вероятность безотказной работы и надежность машин.

Обсуждение и заключение. Анализ теории проверочных расчетов машин подтвердил соответствие полученных результатов нормативным требованиям. Проведенные исследования доказывают, что машины являются детерминированными системами, поведение которых заранее определяется расчетом. Поэтому можно утверждать, что разработанный метод контроля надежности технических систем, основанный на выявлении энтропии причин отказов, позволит устанавливать количественную и качественную взаимосвязь между конструкцией, материалом, размером, технологией изготовления деталей машин и отказами, возникающими в них.

Введение. Развитие торговли требует внедрения технологий искусственного интеллекта и машинного обучения для повышения точности прогнозов доставки. Опубликованные на сегодня научные изыскания в этой области представляются недостаточными по двум причинам. Первая: рассматриваются главным образом глобальные цепи поставок, хотя вопрос актуален и для локальных бизнесов. Вторая: прогнозирование, как правило, требует больших объемов данных для машинного обучения и значительных вычислительных ресурсов, недоступных основной массе компаний. Представленное исследование призвано восполнить эти пробелы и показать эффективность использования открытых, доступных данных и известных алгоритмов. Цель работы — описать схему обоснованного выбора наименее ресурсоемкой модели прогнозирования доставки на основе анализа алгоритмов машинного обучения.

Материалы и методы. Использовался набор открытых данных DataCo Smart supply chain for big data analysis о поставках в онлайн-торговле. Для обработки и анализа информации задействовали методы очистки данных, устранения мультиколлинеарности, нормализации и кодирования категориальных признаков. С очищенными данными работали алгоритмы: Decision tree, Random forest, K-nearest neighbors, Naive Bayes, Linear discriminant analysis, XGBoost, CatBoost, LightGBM, AdaBoost и Perceptron.

Результаты исследования. Базовым алгоритмом для модели прогнозирования доставки стал алгоритм дерева решений (Decision Tree). Этот выбор обусловлен высокой точностью, простотой использования и низким риском переобучения. Оценка модели показала высокий и близкий к единице коэффициент детерминации (0,986). При этом фиксируются низкие значения среднеквадратичной ошибки (0,0367) и средней абсолютной ошибки (0,0324). Модель показала удовлетворительные результаты по времени, затраченному на обучение (3,3087 с) и на прогнозирование (0,0051 с). Фактические и предсказанные значения почти идеально совпали. Отклонения от фактических значений оказались минимальными.

Обсуждение и заключение. Предложенная модель эффективна и обладает высокой предсказательной способностью. Качественное прогнозирование сроков доставки товара возможно без привлечения обширных баз данных и мощных вычислительных ресурсов. Исследование открывает перспективу качественной организации логистических операций для средних и малых предприятий. В дальнейших изысканиях целесообразно интегрировать в модель данные о погоде, дорожной ситуации и другие показатели. Использование такой информации в режиме реального времени повысит адаптивность и точность прогнозирования.

Введение. Соединения с лантаном и неодимом (La₂Zr₂O₇ и Nd₂Zr₂O₇) обладают низкой теплопроводностью, высокой диэлектрической проницаемостью и температурой плавления, стабильностью и устойчивостью к дефектам. Их можно применять для теплоизоляции металлических компонентов в турбинах и воздушных двигателях. Кроме того, указанные соединения широко исследуются с точки зрения развития материаловедения, особенно при совершенствовании лазерной техники и оптики. Однако физические свойства La₂Zr₂O₇ и Nd₂Zr₂O₇ недостаточно экспериментально изучены. Этот пробел призвано восполнить представленное исследование. Цель работы — модельные расчеты электронной структуры и оптических свойств La₂Zr₂O₇ и Nd₂Zr₂O₇.

Материалы и методы. На основе модельных расчетов в рамках теории функционала плотности исследована электронно-энергетическая структура пироцирконатов La₂Zr₂O₇ и Nd₂Zr₂O₇, содержащих Zr и имеющих кристаллическую структуру пирохлора. В расчетах использовались взятые из литературы параметры кристаллической решетки La₂Zr₂O₇. Из-за отсутствия экспериментальных данных параметры для Nd₂Zr₂O₇ рассчитывались через минимизацию сил, действующих на атомы соединения. Применяется комбинированный обменно-корреляционный потенциал, учитывающий сильные взаимодействия d- и f-электронов атомов La и Nd с поправкой в форме модифицированного метапотенциала Беке-Джонсона. Для расчетов использовался пакет программ Wien2K.

Результаты исследования. Получены плотности электронных состояний всех атомов исследованных соединений. Сравниваются рассчитанные плотности валентных электронных состояний соединений с экспериментальными рентгеновскими фотоэлектронными спектрами. При нулевой энергии рассчитаны значения оптических характеристик La₂Zr₂O₇ и Nd₂Zr₂O₇. Во-первых, это диэлектрическая проницаемость: для La₂Zr₂O₇ — 8,4334, для Nd₂Zr₂O₇ — 8,501. Во-вторых, преломление: для La₂Zr₂O₇ — 2,904, для Nd₂Zr₂O₇ — 2,916. В-третьих, отражение: для La₂Zr₂O₇ — 23,786 %, для Nd₂Zr₂O₇ — 23,935 %. Высокий оптический коэффициент поглощения (˃10⁵ см^–1) фиксируется в областях: от 5 до 14 эВ, от 14 до 28 эВ и от 28 до 40 эВ. Пиковые значения экстинкции приходятся на области от 5 до 13 эВ, от 14 до 28 эВ и от 28 до 40 эВ. Кристаллы La₂Zr₂O₇ и Nd₂Zr₂O₇ могут поглощать фотоны в широком диапазоне энергий (4–10 эВ).

Обсуждение и заключение. Исследование дополнило представления о свойствах La₂Zr₂O₇ и Nd₂Zr₂O₇ новыми экспериментальными данными. Рассчитаны плотности электронных состояний и оптические спектры соединений La₂Zr₂O₇ и Nd₂Zr₂O₇. Это позволило объяснить особенности экспериментальных рентгеновских фотоэлектронных спектров соединений. В приближении модифицированного потенциала Беке-Джонсона получены значения ширин запрещенных полос соединений, соответствующие экспериментальным. Исследование относится к фундаментальным и может открыть перспективы создания более эффективных, надежных и функциональных материалов, лазерных и оптических устройств.

Введение. Управление подводными робототехническими комплексами (ПРТК) осложняется такими факторами, как инерционность, стохастические возмущения и недостаток навигационной инфраструктуры. Существующие подходы к моделированию и прогнозированию поведения ПРТК известны слабой или отсутствующей интеграцией данных с реальных сенсоров в режиме реального времени. Устранив указанный пробел в комплексных решениях, можно объединить физические модели, цифровые двойники и визуализацию. Перспективный инструмент для преодоления названных выше ограничений — цифровой двойник (англ. digital twin, DT), обеспечивающий точную цифровую репрезентацию объекта через интеграцию данных от физических сенсоров и математических моделей. Цель представленного исследования — разработка метода прогнозирования динамики ПРТК с использованием цифрового двойника для повышения эффективности автономного управления.

Материалы и методы. Основа исследования — разработка математической модели движения подводного робототехнического комплекса. Она включает дифференциальную кинематику, моделирование сопротивления среды и динамики поворота. Для сбора и обработки данных использовались сенсоры: инкрементальные энкодеры, трехосевой акселерометр и гироскоп. Для управления движением по каждой оси задействовали пропорционально-интегрально дифференцирующий (ПИД) регулятор. Для визуализации и проверки модели применялась игровая среда «Юнити» (Unity). В ней создали модуль цифрового двойника с возможностью отображения состояния системы в реальном времени. В качестве программного обеспечения использовалась платформа «Ардуино Ай-ди-и» (Arduino IDE) для низкоуровневого программирования, а также «Матлаб» (Matlab) и «Питон» (Python) для анализа данных и построения графиков.

Результаты исследования. Для верификации модели проводились эксперименты на физическом макете. Их сопоставили с симуляцией поведения объекта в виртуальной среде. Представлены графики расхождений между физическими и симулированными траекториями. Рассчитаны статистические метрики, характеризующие точность цифрового двойника. Максимальное отклонение по координатам не превышает 5,3 мм, среднее угловое отклонение составило 3,5°. Это подтверждает достоверность и практическую применимость предложенной модели при автономном управлении робототехническим комплексом. Установлено также, что средняя ошибка по X — 3,11 мм, по Y — 2,92 мм. Средняя ошибка угла Z — 1,8°. Время реакции — менее 10 мс. Устойчивость цифрового двойника к незначительным флуктуациям в данных обеспечивается благодаря сглаживанию входных данных, стабильностью системного регулятора и адаптации модели к калибровочным значениям на старте каждого цикла.

Обсуждение и заключение. Цифровые двойники подходят для прогностического управления и наблюдения за объектом в условиях неопределенности. Предложенный подход целесообразно масштабировать для различных типов робототехнических систем, функционирующих в агрессивных и слабо предсказуемых средах. Дальнейшие исследования в этом направлении могут быть связаны с внедрением адаптивных и нейросетевых методов управления.

Введение. Задачи и методы нахождения Н_∞ – управления являются основой современной теории управления и активно используются для разработки робастных регуляторов, особенно в системах управления летательными аппаратами под ограниченными внешними воздействиями. Эти методы позволяют адаптировать системы управления к изменяющимся условиям окружающей среды, что критически важно для обеспечения надежности и безопасности работы летательных аппаратов. Текущие исследования направлены на усовершенствование подходов к синтезу регуляторов, охватывающих как линейные, так и нелинейные динамические системы. В этом контексте особое внимание уделяется интеграции новых математических методов, таких как линейные матричные неравенства и частотный анализ, что позволяет оптимизировать отклик системы на различные внешние воздействия и гарантировать защиту от непредвиденных условий. Важно отметить, что, несмотря на достигнутые успехи в данной области, остаются нерешенными значительные проблемы, касающиеся анализа и синтеза регуляторов для нелинейных систем. Это создает необходимость в дальнейших исследованиях и разработках в этой перспективной области. В данной работе с целью заполнения существующего пробела сформулированы и доказаны достаточные условия существования управления для одного из часто встречающихся классов нелинейных систем, которые затем будут использоваться в качестве теоретического обоснования для разработки приближенных алгоритмов его нахождения.

Материалы и методы. В качестве основного инструмента исследования используются методы синтеза Н_∞ – управления, основанные на минимаксном подходе, заключающемся в нахождении закона управления в условиях наихудшего внешнего воздействия. В этом контексте предлагается доказать достаточные условия существования управления, используя принцип расширения. Однако из-за вычислительных трудностей, которые могут возникнуть при применении этих условий, было решено упростить исходную постановку задачи. Процесс упрощения осуществлялся путем приближенной замены нелинейной системы на другую нелинейную систему, которая по своей структуре схожа с линейной, с помощью процедуры факторизации. Такой подход позволяет применять решение уравнения Риккати, коэффициенты которого зависят от вектора состояния, для синтеза регуляторов. Для решения модельных примеров и прикладных задач был разработан программный комплекс с использованием математического пакета MATLAB.

Результаты исследования. В статье решена проблема синтеза Н_∞ – управления состоянием нелинейных непрерывных динамических систем, линейных по управлению и возмущению; сформулированы и на основе принципа расширения доказаны достаточные условия существования Н_∞ – управления. Предложен приближенный метод, позволяющий решать задачу нахождения законов управления для динамических систем, нелинейных по состоянию, аналогичный методам, применяемым для линейных систем. Найдены аналитические решения двух модельных примеров, которые проиллюстрированы графиками переходных процессов для демонстрации результатов численного моделирования рассмотренных нелинейных динамических систем в присутствии внешних воздействий.

Обсуждение и заключение. Предложенный приближенный алгоритм синтеза регуляторов по состоянию и выходу гарантирует необходимое качество переходных процессов и асимптотическую устойчивость замкнутых нелинейных систем управления. Это значительно расширяет класс динамических систем, для которых возможно синтезирование регуляторов, способных противостоять различным внешним воздействиям. Методы, изложенные в данной работе, могут быть эффективно применены для решения множества задач управления, включая проектирование автопилотов и автоматических навигационных систем для летательных аппаратов, даже в условиях ограниченного воздействия извне.