«Сборник лучших работ Научно-образовательное соревнование Шаг в будущее, Москва УДК 004, 005, 51, 53, 62 ББК 22, 30, 31, 32, 34 Сборник трудов Лучшие научно-исследовательские проекты школьников г.Москвы. – М. : МГТУ им. ...»

Московский государственный

технический университет

имени. Н. Э. Баумана

Центр довузовской подготовки

Шаг в будущее, Москва

Сборник

лучших работ

Научно-образовательное соревнование

«Шаг в будущее, Москва»

УДК 004, 005, 51, 53, 62

ББК 22, 30, 31, 32, 34

Сборник трудов «Лучшие научно-исследовательские проекты школьников

г.Москвы». – М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2012. – 147, [1] с.

С3

ISBN 978-5-7038-3626-2 При поддержке Департамента образования города Москвы в рамках Субсидии о социальном обслуживании населения города Москвы в части предоставления образовательных услуг в интересах города Москвы Сборник подготовлен по результатам Научно-образовательного конкурса проектных работ. В сборник включены лучшие статьи молодых исследователей, подготовленные школьниками в рамках конкурса проектных работ, проведенного в МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Основные направления конкурса: информатика, системы автоматического управления, системы стабилизации, навигации и ориентации, новые информационные технологии, компьютерное моделирование, системы обработки информации, информационная безопасность, технология машиностроения, литейные технологии, метрология, взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения, биомедицинские технические системы и медико-технические информационные технологии, радиоэлектронные устройства и системы, прикладная математика.

УДК 004, 005, 51, 53, ББК 22, 30, 31, 32, Все материалы сборника публикуются в авторской редакции.

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, ISBN 978-5-7038-3626-

ДОРОГИЕ ДРУЗЬЯ!

Вы держите в руках сборник, в который вошли лучшие статьи участников Научнообразовательного конкурса проектных работ, подготовленные школьниками в рамках конкурса проектных работ, проходившего в МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Основной задачей конкурса является выявление и вовлечение в научноисследовательскую работу, в сферу инженерного творчества учащихся образовательных учреждений, организация сотрудничества исследователей и ученых разных поколений, создание специальных условий в стенах МГТУ им. Н.Э.Баумана для воспитания профессионально-ориентированной, склонной к научной работе молодежи, осуществление комплексного подхода к оценке интеллектуального и творческого потенциала будущего студента. Конкурс проектных работ является уникальным методом профессиональной подготовки, которая осуществляется круглогодично в научноисследовательских лабораториях школьников, созданных на базе кафедр Университета и ведущих предприятий Москвы, и индивидуально с преподавателями МГТУ им.

Н.Э.Баумана, которые выступают в качестве научных руководителей, в течение одного, двух и более лет.

Результатом такой подготовки становится научный проект, оформленный в соответствии с требованиями, соизмеримыми с требованиями на курсовые работы и отчеты по НИР, представляемый для публичной защиты на научных секциях, которые проводятся на кафедрах МГТУ им. Н.Э.Баумана при участии ведущих преподавателей, ученых и специалистов. Научными направлениями конкурса являются:

Машиностроительные технологии; Информатика и системы управления; Системы безопасности; Приборостроение; Радио-опто-электроника; Биомедицинская техника;

Специальное машиностроение, Энергетика и экология, Автоматизация, робототехника и механика; Инженерный бизнес и менеджмент; Фундаментальные науки; Образовательнореабилитационные технологии.

В рамках конкурса проектных работ проводится конкурс программных разработок, который за многие годы своего существования стала традиционным смотром достижений школьников, увлеченных захватывающим процессом создания программ для ЭВМ, и доказала свою состоятельность оригинальностью и новизной программных продуктов, участвовавших в конкурсе и использовавшихся в дальнейшем в научных работах, учебном процессе, коммерческой реализации; региональные и окружные научные конференции, экскурсии на ведущие предприятия Москвы и в музей МГТУ им. Н.Э.Баумана, научнометодические совещания и семинары для профессиональных работников, другие интеллектуальные и творческие мероприятия.

Благодаря научно-образовательной и профессионально-ориентированной подготовке на базе научно-исследовательской работы молодежи в стенах МГТУ им.

Н.Э.Баумана, наша страна получает целеустремленных и энергичных молодых специалистов, способных создавать высокие технологии, новую технику, проводить фундаментальные научные разработки.

Научно-образовательный конкурс проектных работ носит не только научный, образовательный и социальный характер, но представляет собой соревнование, на котором выбираются победители в различных номинациях. Всем участникам вручаются свидетельства участника научного конкурса. Победители на торжественном закрытии награждаются дипломами и ценными подарками от МГТУ им. Н.Э.Баумана, промышленных предприятий и спонсоров.

Такая система непрерывных профессиональных образовательных технологий «школа-вуз» направлена на решение следующих проблем, стоящих перед системой образования в настоящее время:

• устойчивая мотивация к приобретению профессиональных знаний в выбранной области, основанная на практической деятельности под руководством преподавателей • ранняя активная и осознанная профессиональная ориентация;

• развитие сопровождающей научно-исследовательской и профессиональной подготовки в общеобразовательных учреждениях;

• разработка новых методик и новых обучающих технологий для развития современного образования.

В рамках мероприятий Центра довузовской подготовки проводится цикл научнометодических семинаров и круглых столов по проблемам организации научноисследовательской деятельности молодежи научно-инженерных направлений для учителей, профессиональных работников, преподавателей, заместителей директоров образовательных учреждений по научной работе, представителей органов управления образованием и других заинтересованных лиц, занимающихся организацией научноисследовательской деятельности молодежи.

Организаторы программы и составители данного сборника надеются, что такая форма работы заинтересует учителей и преподавателей учебных заведений Москвы и поможет успешному развитию творческих возможностей довузовской молодежи в сфере научно-технической деятельности.

СОДЕРЖАНИЕ:

Барсуков С.Н.

Холевин В.В.

Белоусов К.А. Оценка действия травматической пули типа «ОСА»

Левин Д.П.

Особенности ультразвуковой контурной сварки Блинов С.Р.

Волков С.С.

Богатов Н.А. Строение атома и радиоуглеродный метод анализа Герасимов Ю.В.

Бычков Е.А. Автоматизированная система позиционирования Кудашов И.А. электродов Веселов Е.А. Моделирование работы кривошипного Гладков Ю.А. листоштамповочного пресса двойного действия Разработка и создание беспилотного летательного Гаврилин А.В. аппарата на фотоэлектрических элементах Мищенко А.В. в условиях домашней мастерской Гаврилова Ю.М.

Рудаков И.В.

Разработка автоматизированной системы поиска Гембач В.В. рациональных параметров и решений для кулачковоВасильев А.С. плунжерных оправок с пневматическим приводом Гула И.С. Исследование оптических характеристик эндоскопа Кузичев В.И.

Гуляев И.В. Анализ российского рынка окон из ПВХ Клементьева С.В.

Долинин П.А.

Михайлов В.П.

Исследование организационно-экономических Иванчин И.А. характеристик геораспределенной сети Дроговоз П.А. международного радиовещания Клишина Н.А. Солнечная электростанция бытового назначения Клишин А.Н.

Иванов В.Л.

Технология получения и применения водородного Козлов Д.С. топлива в качестве альтернативы углеводородов для Грудинина В.В. двигателя внутреннего сгорания Лазарева И.В. Анализ эффективности работы бытовых фильтров Козодаев А.С. по очистке воды питьевого качества Лёгкая А.С. Современный детекторный приёмник Мурашев А.В.

Мартиросян К.Г.

Захаров М.Н.

Моисеев А.А.

Шинкаревич Ю.П.

Нигай А.Р. инструментальной стали У8 излучением волоконного Смирнова Н.А. лазера Исследование структуры и механических свойств Нуралиев Н.Ф. высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в Коротченко А.Ю. толстых сечениях массивных отливок Павлова Д.А.

Ковалева Н.А.

Антонова М.К.

Сычугина А.С. государственного экзамена по математике методами Красновский Е.Е. целочисленного программирования Тялина Д.А. ХХI века на основе металлоплакирования Мельников Э.Л. поверхностей трения Щетинин Г.А.

Романова Т.Н.

Эйвазов А.Г. Статистические методы в среде Lab View Петросян О.Г.

Юзов М.В. Система учета выполнения заказов Аксенова Т.Г.

Испытание РЭС на воздействие одиночных ударов и синусоидальной БАРСУКОВ С.Н.

ХОЛЕВИН В.В.

Механические воздействия оказывают существенное влияние на надежность изделий радиоэлектроники и вызывают от 30 до 50%, а в авиации до 80% всех отказов, ухудшают точность и другие параметры аппаратуры [В.П. Ройзман, А.С. Лутченков;

Проблема прочностной надежности в радиоэлектронике; Хмельнитский национальный университет; НПП «ЭлектроРадиоАвтоматика» С.-Петербург, 2005г.]. Число элементов в радиоэлектронной аппаратуре за каждые 5 лет увеличивается в 2-5 раза.

Воздействие механических нагрузок, превышающих допустимые нормы, может вызвать обрыв выводов и внутренних соединений, увеличение утечки тока и других неполадок у радиоэлементов. Высокие уровни разрушающих усилий могут возникнуть при воздействии ударных нагрузок, если составляющие спектра ударного импульса совпадают с собственными резонансными частотами радиоэлементов. Проблема оценки ударной прочности и ударной устойчивости остается актуальной.

микроэлектромеханические системы или МЭМСы, способные на микроуровне преобразовывать механическую энергию в электрические или оптические сигналы и наоборот. Чрезвычайно малый размер позволяет использовать МЭМС в различных миниатюрных устройствах, начиная от механических часов и заканчивая имплантатами преимущественно благодаря стремительному развитию полупроводниковых технологий.

Акселерометры. Пожалуй, наиболее коммерчески успешными устройствами на основе МЭМС в настоящее время являются миниатюрные устройства для измерения ускорений. Акселерометры могут применяться для измерения силы, ускорения, вибрации, движения или перемещения, а также положения и угла наклона (инклинометры), из-за чего находят широкое применение на транспорте, в медицине, в промышленных системах измерения и управления, в инерциальных системах навигации.

Ввиду данных, приведенных выше, цель работы было решено сформулировать, как исследование акселерометра ADXL321на воздействие синусоидальной вибрации.

Научно-образовательный конкурс проектных работ В результате выполнения работы ожидалось установить предельные механические нагрузки, а также механические воздействия, приводящие к изменению характеристик радиоэлементов.

Для исследования акселерометра на воздействие синусоидальных колебаний был использован вибростенд и аппаратура измерения и регистрации сигнала с датчика ускорения и исследуемого акселерометра. Форма и амплитуда колебаний контролировались пьезоэлектрическим датчиком ускорения, имеющим паспортные данные предприятия-изготовителя. Акселерометр ADXL321 крепился с помощью эпоксидного компаунда к переходной плате, к которой была сделана распайка выводных контактов. При обработке и регистрации сигналов была использована школьная лаборатория «L-микро» и персональный компьютер.

Зависимость коэффициента преобразования от напряжения источника питания. Ось ОХ, частоты 210 Гц (рис.1) и 430 Гц (рис.2), амплитуда ускорения 22 м/ с 2.

Зависимость коэффициента преобразования от напряжения источника питания. Ось ОУ, частоты 210 Гц (рис.3) и 430 Гц (рис.4), амплитуда ускорения 22 м/ с 2.

Сила тока, потребляемого акселерометром ADXL321, измерялась при отсутствии вибрации для различных напряжений источника питания.

Зависимость силы тока потребления акселерометра ADXL321 от напряжения источника питания (рис. 5).

Зависимость коэффициента преобразования от угла между осью датчика и направлением вибрации снимали при напряжении питания 3 В, амплитуде ускорения 22 м/ с 2, частоте колебаний 430 Гц.

Зависимость коэффициента преобразования от угла между осями датчика ОХ (рис. 6) и ОУ (рис. 7) и направлением вибрации.

Научно-образовательный конкурс проектных работ Зависимость постоянной составляющей выходного напряжения от напряжения источника питания определяли без вибрации (рис. 8).

Резонансные частоты для чувствительных элементов вдоль осей ОХ (рис. 9) и ОУ (рис. 10) определены при амплитуде ускорения 22 м/ с 2 и фиксированном напряжении источника питания 3,0В. Контрольный пьезоэлектрический датчик ускорения имел резонансную частоту более 30 кГц.

Значительное увеличение коэффициента преобразования акселерометра ADXL наблюдается уже при частотах колебаний более 3 кГц, однако резонанс отмечается при частоте колебаний 5,5 кГц, когда колебания контрольного пьезоэлектрического датчика и акселерометра находятся в противофазе.

Осциллограммы сигналов с контрольного пьезоэлектрического датчика ускорения и акселерометра ADXL321 при частотах колебаниц 1400Гц (рис. 11) и 5500Гц (рис. 12).

Амплитудно-частотные характеристики чувствительного элемента вдоль осей ОХ (рис. 13) и ОУ (рис. 14).

Температурная зависимость коэффициента преобразования исследовали при фиксированной частоте колебаний 1000 Гц, напряжении питания 4,3 В (батарея), амплитуде ускорения при колебаниях 44 м/с2. Диапазон температур (23 – 73)0 С. В пределах погрешности измерения 1% не было обнаружено изменения выходного напряжения датчика. Для исследованного интервала температур t=50 0 C изменение коэффициента преобразования акселерометра ADXL321 не превышает 0,02%/0С, что согласуется с данными компании – изготовителя.

В ходе работы была использована методика определения коэффициента преобразования акселерометров МЭМС в вибрационном режиме и определялась температурная зависимость коэффициента преобразования акселерометра ADXL321. При определении коэффициента преобразования было использовано следующее Научно-образовательный конкурс проектных работ оборудование:

Схема измерений.

1. Источник питания вибростенда, генератор Г3- 2. Частотомер электронносчетный Ч3-57.

3. Вибростенд.

4. Контрольный датчик ускорения.

5. Поверяемый датчик ускорения (акселерометр МЭМС ADXL321).

6,7. Усилитель напряжения У7-6.

8,9. Вольтметр В7-22.

10. Осциллограф двухлучевой электронный С Определение коэффициента усиления напряжения У7-6 проводилось по схеме, предоставленной ниже 1. Генератор сигналов Г3-33.

2. Вольтметр В7-16.

3. Усилитель напряжения У7-6.

4. Вольтметр В7-22.

На генераторе установить частоту 160 Гц и выходное напряжение 200 мВ, контролируемое вольтметром, например, В7-16. Напряжение на выходе усилителя измеряется вольтметром, например, В7-22. При усилении 20 дБл ожидаемое значение напряжения на выходе усилителя 2,00 В.

Коэффициент преобразования усилителя kу, определяется по формуле kу = Uвых/Uвх, где Uвых и Uвх–напряжения, измеряемые на выходе и входе усилителя У7-6.

Определение напряжения пьезоэлектрического датчика ускорения В-11.

При амплитуде ускорения а=20 м/с2 и паспортном значении коэффициента преобразования kд= 16 мВ/м*с-2 напряжение датчика равно Uд=320 мВ.

Соответствующее этому ускорению эффективное значение напряжения Uвх, мВ на выходе усилителя напряжения У7-6, измеряемое вольтметром, вычисляется по формуле:

Uвх= Ограничение нижней границы fн частотного диапазона измерений обусловлено значением ёмкости пьезоэлектрического датчика Сд и общим сопротивлением входных цепей Rвх. При Rвх = 1*107Ом и Сд = 1,06 нФ fн = 15 Гц Определение коэффициента преобразования поверяемого датчика проводилось в следующем порядке.

1. Установкой ВЭДС-10А создать вибрацию, контролируя частоту вибрации частотомером Ч3-57 (f=160Гц), а амплитуду виброускорения – пьезоэлектрическим датчиком ускорения В-11. При этом вольтметром В7-22 контролируется напряжение Uвых.к = 2.27мВ на выходе усилителя У7-6, к которому подключён пьезоэлектрический датчик ускорения В-11.

2. Контроль синусоидальной формы сигнала контрольного и поверяемого датчиков осуществляется осциллографом С79.

3. Фиксируется выходное напряжение Uвых.п вольтметром В7-22, подключенным к усилителю У7-6, на вход которого подаётся напряжение с акселерометра ADXL321.

4. Коэффициент преобразования а kакселерометра ADXL321 определяется по формуле k= Uвых./kуп *a, где а – ускорение, задаваемое пьезоэлектрическим датчиком ускорения. Значение ускорения определяется по формуле:

a =,м/с Оценка погрешности определения коэффициента преобразования поверяемого датчика.

Относительная погрешность определения коэффициента преобразования акселерометра ADXL321 определяется формулой Научно-образовательный конкурс проектных работ где – относительная погрешность измерения напряжения вольтметром В7-22, при а=18gожидаемое Uвых не менее 1,0 В и %;

– относительная погрешность определения коэффициента преобразования усилителя У7При выбранном уровне напряжения на входе и выходе усилителя эта составляющая погрешности не превышает 0,35%;

– относительная погрешность определения амплитуды ускорения:

Таким образом, погрешность определения коэффициента преобразования акселерометра не превышает 2,5% Для определения температурной зависимости коэффициента преобразования акселерометраADXL321 на переходной плате вплотную к нему крепилась термопара хромель-капель ХК68 (ГОСТ 3044-77). Сигнал с термопары подавался на усилитель У7-6, а затем на вольтметр В7-16. Регулируемое напряжение питания акселерометраADXL обеспечивалось лабораторным источником постоянного тока.

В результате выполненного исследования могут быть сделаны следующие выводы:

1. Чувствительность акселерометра ADXL321 как по оси ОХ, так и по оси ОУ соответствует заявленному уровню;

2. Чувствительность акселерометра ADXL321 сильно зависит от напряжения источника питания, изменяясь линейно с возрастанием напряжения источника питания.

Чувствительность более чем в два раза возрастает при увеличении напряжения источника питания о 2,0 до 6,0 В;

3. Сила тока потребляемого акселерометром ADXL321 соответствует заявленному значению и возрастает пропорционально при увеличении напряжения источника питания о 2,0 до 6,0 В;

4. Чувствительность акселерометра ADXL321 как по оси ОХ, так и по оси ОУ сохраняется при отклонении осей акселерометра от направления колебаний до 100, однако она резко уменьшается, начиная с углов более 450;

5. На выходе усилителей имеется постоянное напряжение. Величина которого от 1 В возрастает пропорционально напряжению источника питания;

6. Резонансное возрастание чувствительности акселерометра ADXL321 как по оси ОХ, так и по оси ОУ наблюдается в диапазоне частот от 3кГц до 6кГц. Резонансная частота соответствует заявленному значению 5,5 кГц;

7. Чувствительность акселерометра ADXL321 как по оси ОХ, так и по оси ОУ в пределах ±10% сохраняется в диапазоне частот колебаний от 500 Гц до 3000Гц;

8. Изменение чувствительности акселерометра ADXL321 в диапазоне температур не превышает 0,02%/0С.

Список литературы:

Нанотехнологии азбука для всех [Абрамчук Н. С., Авдошенко С. М., Баранов А. Н. и Акселерометры Analog Devices. Устройство, применениеи непрерывное обновление [Александр Казакевич].

Проблема прочностной надежности в радиоэлектронике [В.П.Ройзман].

Автор: Барсуков Сергей Николаевич, МОУ лицей, г. Железнодорожный, 11 класс Научный руководитель: Холевин Владимир Викторович, доцент кафедры «Технология приборостроения» МГТУ им.Н.Э. Баумана, кандидат технических наук Научно-образовательный конкурс проектных работ Оценка действия травматической пули Типа «Оса»

БЕЛОУСОВ К.А.

ЛЕВИН Д.П.

Оружие нелетального действия (ОНД) – оружие, предназначенное для лишения противника боеспособности с минимальной вероятностью ущерба его жизни и здоровью.

Широкий спектр видов ОНД, имеющегося на вооружении МВД РФ, необходим для правоохранительных органов. Сотрудники имеют право применять специальные средства в ряде ситуаций – при отражении нападения на гражданина или сотрудника полиции, освобождения насильственно удерживаемых лиц, пресечении сопротивления, задержании преступника и т.д. [1] Выбор конкретного типа ОНД в той или иной ситуации определяется как оперативно-тактическими особенностями этой ситуации (тип цели, место проведения операции, погодные условия и т.д.), так и уровнем опасности для сторонних гражданских лиц и сотрудников правоохранительных органов со стороны нарушителей. В ряде ситуаций эффективным решением является применение огнестрельного оружия травматического действия. Наиболее распространенным средством такого рода является пистолет комплекса ОСА – ПБ-4СП (далее – ОСА) [2].

Однако есть ряд проблем, связанных с этим оружием [3].

Во-первых, в Федеральном законе «О полиции» в перечне типов специальных средств не упоминаются травматические средства кинетического действия, что усложняет их легитимное применение.

Во-вторых, используемые сегодня в РФ критерии оценки травматических элементов не дают полноценного представления об их действии, что увеличивает вероятность возникновения травм или даже летального исхода при их применении. В настоящий момент Минздравсоцразвития определяет только минимальную разрешенную дальность стрельбы из этого оружия, на которых «невозможно причинение тяжкого вреда здоровью» – более 1 м (приказ Министерства здравоохранения и социального развития Медикобиологическом Агентстве используется всего два пороговых параметра: дульная энергия не выше 85 Дж и плотность кинетической энергии у цели не более 50 Дж/см2.

Кроме того, не определена зависимость эффекта, производимого оружием, от «дозы», понятия, которое включало бы такие параметры, как кинетическая энергия резинового ударника, импульс, плотность кинетической энергии, площадь воздействия. Недостаточно полное исследование действия пули пистолета «ОСА» приводит к возникновению нежелательных последствий его применения (рис. 1).

Все вышесказанное определило необходимость проведения настоящего исследования, целью которого явилась оценка безопасности и эффективности действия травматической пули типа ОСА и определение технических рекомендаций для модернизации травматического элемента.

Рис. 1 Рентгенограммы случаев проникающих ранений из пистолета типа «ОСА»

Была описана феноменология взаимодействия травматического элемента с целью, определены особенности взаимодействия пули с целью. Определены физические величины, оказывающие влияние на действие пули. Функционирование травматического элемента было разделено на три этапа (рис.2): 1 - до вылета из канала ствола (гильзы);

2 - с момента вылета из канала ствола до взаимодействия с целью (движение по траектории); 3 - взаимодействие с целью.

Рис. 2 Этапы функционирования травматического элемента:

I - до вылета из канала ствола (гильзы), II – с момента вылета из канала ствола до взаимодействия с целью, III - взаимодействие с целью. Схема патрона: 1 – гильза, 2 – газогенератор, 3 – электрический капсюль-воспламенитель, 4 – пороховой заряд, 5 – травматический элемент, 6 – металлический сердечник.

Научно-образовательный конкурс проектных работ Внешняя баллистика пули была рассчитана в соответствии с уравнением движения элемента в следующем виде:

где v [м/с] – скорость кинетического элемента в момент времени t [с], m [кг] – масса кинетического элемента, в [кг/м3] – плотность воздуха, S [м2] – площадь миделя (наибольшее по площади поперечное сечение тела) элемента, сx – безразмерный коэффициент лобового сопротивления.

Для оценки действия кинетического ударника необходимо рассчитать параметры, математически описывающие процессы, происходящие с пулей во время полета и удара. К таким параметрам относятся:

Кинетическая энергия – мера механического движения ударника, зависящая от его скорости.

Плотность энергии – отношение кинетической энергии к площади воздействия [e, Дж/см2].

Критерий травмы [BC] – эмпирически полученный параметр [3], предназначенный для оценки воздействия на грудную клетку, связующий массу снаряда m [кг], массу цели M [кг], кинетическую энергию снаряда [Дж], его скорость v [м/с], толщину стенки тела T [см] и диаметр ударника d [см]. Этот критерий, полученный по экспериментальным данным с использованием животных, был экстраполирован на массы цели, характерные для взрослого человека (до 70 кг). В дальнейших расчетах величина T принималась равной 6 и 3 см.

Величину T (толщина стенки тела – кожного покрова) для брюшной области достаточно сложно точно определить, поскольку она зависит от многих параметров (возраста, пола человека и т.д.) и варьируется в широких пределах. Чтобы избежать определения этой величины можно использовать модифицированную формулу для BC:

где k – эмпирический параметр, принимаемый равным 0,711 для мужчин и 0,593 для женщин [4].

Известный метод определения уровня повреждений грудной клетки это так называемый вязкостный критерий (VC). Этот критерий предназначен для определения серьезности повреждений мягких тканей и кардио-респираторной дисфункции, вызванной тупым ударом. Критерий определяется соотношением скорости деформации грудной клетки (V, м/с) и величиной сжатия грудной клетки (С, %) в зависимости от времени t.

Вероятность и уровень повреждения может быть оценен с использованием критических значений критерия VC VCmax. На данный момент этот критерий представляется наиболее оптимальным для оценки действия кинетических непроникающих элементов, однако его определение требует проведения лабораторных экспериментов с использованием биомеханических манекенов.

Далее в работе была определена зависимость критериальных параметров от дистанции стрельбы и пороговые значения параметров [5], при которых наносится травма определенной тяжести в соответствии со шкалой травм [6]. Определены дистанции стрельбы, на которых пороговые значения достигаются (рис. 3).

Рис. 3 График зависимости кинетической энергии Ek от расстояния до цели x, 1 – пороговое значение для повреждения черепа. График зависимости удельной кинетической энергии e от расстояния до цели x. Пороговые значения: 1 – повреждение ребер с тыльной стороны, 2 – повреждение ребер с фронтальной стороны, 3 – проникание через кожные покровы, 4 – очень сильная боль, 5 – сильная боль, 6 – слабая боль. График зависимости критерия травмы BC от расстояния до цели x: 1 и 2 – BC рассчитан по модифицированной формуле для цели-женщине и мужчине соответственно, 3 и 4 – BC рассчитан для толщины кожного покрова 3 и 6 см, соответственно; 5 –травма брюшной полости 2-3 степени, 6 – травма грудной клетки 2-3 степени. Расчет вероятности Научно-образовательный конкурс проектных работ Проанализированы пороговые величины критериальных параметров и построены графики вероятности летального исхода в зависимости от дистанции выстрела по модели Стардивана, а также кривая доза-эффект (рис. 4), в общем виде описываемая логистическим уравнением:

где P(d) количественная оценка эффекта, соответствующая дозе d; d0,5 доза, вызывающая эффект, равный половине максимально возможного; b коэффициент, определяющий интенсивность прироста эффекта при увеличении дозы.

Рис. 4. Зависимость вероятности возникновения эффекта от дозы (параметра BC) для различных степеней тяжести травмы грудной клетки: 1 – легкая, 2 – средней тяжести, 3 – тяжелая, 4 – крайне тяжелая. Зависимость вероятности возникновения травм грудной клетки различной степени тяжести от дистанции стрельбы для пули пистолета «ОСА»:

Сформулированы технические рекомендации для модернизации пули типа «ОСА»

эффективности. Предложены варианты конструкционных изменений выстрела и методика оценки эффективности/безопасности.

1. Конструкционные изменения в выстреле.

Для повышения безопасности и повышения эффективности взаимодействия пули с целью необходимо понизить плотность кинетической энергии, вследствие чего давление маловероятным, а также увеличить останавливающее действие.

Чтобы достичь этих целей, следует изменить площадь A взаимодействия пули с целью, что приведет к уменьшению плотности энергии e и улучшению останавливающего действия вследствие увеличения числа болевых рецепторов, на которые воздействует пуля, а также изменить значения некоторых критериальных кинематических параметров посредством конструкционных изменений в патроне/пуле, что также приведет к снижению плотности кинетической энергии e.

1.2. Увеличение площади взаимодействия пули с целью.

Для того чтобы достичь увеличения площади A, сформулированы следующие рекомендации:

а) Увеличение калибра (требует изменения конструкции оружия) б) Изменение материала пули на менее упругий и более пластичный.

в) Изменение конструкции боеприпаса. Например, разрез, сделанный на пуле специальным образом, который приводит к раскрытию пули при попадании, либо конструкция пули, выполненная в форме запрессованного в гильзу упругого кольца, которое разворачивалось бы в полете.

1.3 Для того, чтобы понизить площадь кинетической энергии e взаимодействия с целью, можно понизить кинетическую энергию Ek. Для того, чтобы сделать это с малой потерей эффективности, были сформулированы следующие рекомендации:

а) Увеличение массы снаряда (например, посредством замены материала сердечника на более плотный) и уменьшение его начальной скорости (например, посредством уменьшения массы пороховой навески). Так как кинетическая энергия имеет квадратичную зависимость от скорости, а импульс – прямую, мы получим значительное уменьшение кинетической энергии при незначительном уменьшении импульса.

б) Изменение формы снаряда с целью улучшения его аэродинамических характеристик (коэффициент лобового сопротивления cx), что приведет к меньшей потере скорости на траектории полета пули.

2. Изменения в методике оценки действия травматического оружия.

Необходимо провести оценку действия с использованием экспериментальных данных для построения кривых доза-эффект по критериям BC и VC. Определить вероятности возникновения повреждений в соответствии со шкалой травм в зависимости от дистанции стрельбы. На основании этих данных сформулировать правила использования травматического оружия сотрудниками правоохранительных органов.

Cписок литературы:

Федеральный закон Российской Федерации от 7 февраля 2011 г. N 3-ФЗ «О полиции».

Официальный Интернет сайт «ОАО ФНПЦ «НИИ Прикладной химии», раздел «Продукция www.niiph.com/production/specprod/pb4sp, дата обращения 20.10.2011.

Научно-образовательный конкурс проектных работ 3. Levin D., Selivanov V. Perspective areas of less-lethal weapons researches and development // Proc. 6th Europen Symposium on Non-Lethal Weapons, Germany, Ettlingen, May 16-18, 4. Larry M. Sturdivan, BS, MS, David C. Viano, Dr med, PhD, and Howard R. Champion.

Analysis of Injury Criteria to Assess Chest and Abdominal Injury Risks in Blunt and Ballistic Impacts // Journal of trauma, vol. 56, number 3.

5. A. Papy, E. Lemaire Evaluation of kinetic energy non lethal weapons: an aggregated method // Proc. 5th European Symposium on Non-Lethal Weapons, May 11-13, 2009.

ГОСТ Р 50744-95 «Бронеодежда. Классификация и основные требования» с изменением №1 от 1 января 1999 г. Изд-во стандартов, 2003.

Автор: Белоусов Константин Андреевич, МОУ СОШ №3 г. Королев Московской области, учащийся 11 класса Научный руководитель: Левин Денис Петрович, доцент кафедры «Высокоточные летательные аппараты» МГТУ им. Н.Э.Баумана, кандидат технических наук Особенности ультразвуковой контурной сварки изделий из пластмасс БЛИНОВ С. Р.

ВОЛКОВ С.С.

Использование принципа контурной сварки позволило разработать способ укупорки изделий в полиэтиленовые колпачки диаметром 90мм. Крышки изделия штамповались из полиэтиленовой пленки толщиной 200мкм. Колпачки изготовлялись методом вакуумной формовки из пленки той же толщины. В результате этой технологической операции пленка утонялась и по толщине буртика появлялась некоторая разнотолщинность. Вкладыш укладывался в колпачок, закрывался крышкой и по диаметру производилась сварка. Требование к сварному шву – полная герметичность после хранения под водой на глубине 2м в течение 100 часов.

Для сварки указанных изделий был использован контурный волновод грибовидной формы [1] диаметром 90мм. При сварке были опробованы несколько типов опор-стаканов.

В процессе сварки колпачок изделия смещался к центру под действием поперечной составляющей колебаний волновода. Для фиксации изделия в этом случае на рабочих поверхностях волновода и опоры была сделана насечка, которая одновременно несколько улучшала внешний вид шва. Однако, применение насечки при сварке полиэтиленовой пленки толщиной менее 200мкм вызывало чрезмерное утонение полимера по зубцам насечки, что отрицательно сказывалось на прочности сварного шва [2].

При уменьшении толщины свариваемых материалов большое влияние на качество сварного соединения начинает оказывать тепловое состояние поверхностей волновода и опоры. Металл волновода и опоры служит для свариваемого материала теплоотводом. В этом случае для получения качественного соединения следует либо подогревать поверхность волновода и опоры, что вызывает производственные трудности, либо вводить дополнительные теплоизоляционные прокладки. Существенно улучшило тепловой режим использование прокладок между волноводом и изделием, в частности, применение фторопластовой пленки толщиной 50-100мкм. Однако, при наличии прокладки между изделием и металлической опорой поперечные колебания волновода смещали свариваемый металл, что усложняло процесс сварки. Замена металлической опоры текстолитовой не уменьшила смещения материала. Поэтому на кольцевую поверхность текстолитовой опоры было наклеено кольцо из резины. Свариваемая пленка под действием сварочного давления вдавливалась в резину под волноводом, в результате чего происходила фиксация изделия. Контакт пленки с резиновым кольцом не приводил к Научно-образовательный конкурс проектных работ дополнительному охлаждению сварного шва, поэтому качество сварного шва получалось вполне удовлетворительным.

Однако, при сварке большой партии изделий был обнаружен значительный процент брака, выражавшийся в частичном непроваре по окружности изделия. Замеры толщины буртика колпачка и крышки показали, что брак вызывается разнотолщинностью буртика колпачка, доходящей до 60% по длине окружности.

Было определено влияние остаточной толщины сварного шва hост на его прочность.

Максимальной прочности соответствует hост=0.7hост (общей толщины материала колпачков). При сварке изделия с нестабильной толщиной буртика может получиться, что волновод в одной точке имеет осадку на 0.3hобщ, а в другой еще не касается изделия. Это и вызывает местный непровар. При достаточной осадке на более тонкой части окружности происходит прожог свариваемого материала. Подбор колпачков с разнотолщинностью стенок буртика менее 15% практически избавляет от брака при сварке.

В лаборатории сварки МГТУ им. Баумана проводились также исследования по ультразвуковой сварке полистирола. Выяснилась свариваемость полистирола при производстве изделий круглой формы. Производилась сварка образцов из блочного, суспензионного, эмульсионного и ударопрочного полистирола.

Ввиду того, что удельная ударная вязкость и модуль упругости блочного и ударопрочного полистирола резко отличаются друг от друга, можно предположить, что акустическое сопротивление этих материалов также различно, а следовательно, для этих материалов требуются разные параметры сварки. Образцы были сварены на различных режимах, и после сварки испытывались на растяжение на разрывной испытательной машине РМ-50.

Исследованиями установлено, что наилучшими показаниями обладает блочный полистирол. При сварке изделий из блочного полистирола не остается следов и вмятин в месте приложения волновода, так как время сварки незначительно. Испытания сварных образцов ударопрочного полистирола показали, что в результате повышенного коэффициента затухания прочность их резко понижена. Таким образом, для производства изделий круглой формы с помощью ультразвуковой сварки желательно применять блочный полистирол. Не рекомендуется смешивать полистирол указанных марок, так как это может привести к ухудшению акустических показателей и снижению качества сварки [2]. Для ультразвуковой сварки был взят корпус микроэлектродвигателя из ударопрочного полистирола. Разработан ступенчатый волновод для сварки круглых швов диаметром 26мм за один цикл. В качестве материала для него использовалась сталь 45.

В качестве опоры при сварке корпусов микроэлектродвигателей используется разработанный и изготовленный в сварочной лаборатории МГТУ им. Баумана кольцевой магнитоупругий датчик. Датчик-опора выполнен из магнитострикционного материала (никеля), ультразвуковой волны в процессе сварки и тем самым следить за изменением состояния полимера[1].

разработанной в сварочной лаборатории МГТУ им. Баумана.

Приводим режим сварки, при котором достигается высокая механическая прочность и водонепроницаемость сварного шва:

• Время пропускания ультразвуковых колебаний 5сек.

• Сварочное давление 2.5 МПа.

• Выдержка под давлением после отключения ультразвука 1.5-2сек.

• Амплитуда колебаний волновода 30мкм.

• Мощность ультразвукового генератора 1.6кВт.

Вывод: разработан технологический процесс по укупорке различных продуктов в полимерную тару. Сварку в этом случае можно производить по свариваемым поверхностям, покрытым различными агрессивными жидкостями.

Список литературы:

Волков С.С. Сварка и склеивание полимерных материалов: Учебное пособие для вузов. М.: Химия, 2001. 376 с.

Донской А.В., Келлер О.К., Кратыш Г.С. Ультразвуковые электротехнологические установки. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд., 1982. 208 с.

Автор: Блинов Станислав Русланович, МОУ гтмназия №3, г. Дубна, 11 класс.

Научный руководитель:

«Технология сварки и диагностики», кандидат технических наук.

Научно-образовательный конкурс проектных работ Строение атома и радиоуглеродный метод анализа БОГАТОВ Н.А.

ГЕРАСИМОВ Ю.В.

До конца 19 века атом представляли как неделимую частицу. В 1896 году Анри Беккерель (Франция) обнаружил, что атомы урана испускают лучи неизвестного происхождения, проникающие сквозь фотобумагу и оставляющие след на фотопластине.

Он поручил исследовать это явление своей аспирантке Мария Склодовская-Кюри. Она привлекла к работе своего мужа Пьера Кюри. Они установили, что излучение, открытое Беккерелем, имеет три составляющих. Эти три вида излучения в последствии были названы,, -лучами. В 1911 г. Эрнст Резерфорд, используя энергию -лучей обнаружил, что атом состоит из маленького тяжелого положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. В 1913 г. Нильс Бор, на основе опытов Резерфорда предложил «Планетарную модель атома». Работами Марии Кюри и её сотрудников было выяснено, что уран при испускании излучения превращается в другой элемент. Это явление было названо радиоактивностью [1].

-Распад – тип распада, связанный с испусканием -частиц, т. е. ядер атома гелия.

При испускание -частиц заряд уменьшается на 2 единицы, а массовое число на единицы. Порядковый номер ядра дочернего изотопа сдвигается в периодической системе влево на две клетки от материнского.

-Распад вначале трактовался только как испускание ядрами электронов. Только после открытия нейтронов и их превращения в протоны с образованием электронов стал понятен источник внутриядерных электронов. Разделяю три вида -распад электронный ( распад), позитронный ( + распад) и электронный захват.

Спонтанное (самопроизвольное) деление – третий тип распада. Был открыт в 1940 году. При таком распаде возбуждение ядра приводит к его разрыву на две примерно равные части что сопровождается выбросом нуклонов (чаще всего нейтронов), лучей и выделением огромной энергии (200 МэВ на акт деления).

Одним из интересных способов применения энергии радиоактивного распада является радиоуглеродный метод анализа.

Радиоуглеродный анализ – физический метод датирования биологических останков, предметов и материалов биологического происхождения путём измерения соотношения содержания в материале изотопов углерода.

организмов, присутствует в земной атмосфере в виде стабильных изотопов 12C и 13C и радиоактивного 14C. Изотоп радиации (главным образом, космических лучей, но и излучения от земных источников тоже). Соотношение радиоактивного и стабильных изотопов углерода в атмосфере и в биосфере в одно и то же время в одном и том же месте одинаково, поскольку все живые организмы постоянно участвуют в углеродном обмене и получают углерод из окружающей среды, а изотопы, в силу их химической неразличимости, участвуют в биохимических процессах практически одинаковым образом.

В живом организме удельная активность 14C равна примерно 0,3 распада в секунду на грамм углерода, что соответствует изотопному содержанию C около 10-11 %. С гибелью организма углеродный обмен прекращается. После этого стабильные изотопы сохраняются, а радиоактивный (14C) испытывает бета-распад с периодом полураспада 5568±30 лет, в результате его содержание в останках постепенно уменьшается.

Зная исходное соотношение содержания изотопов в организме и измерив их текущее соотношение в биологическом материале, можно определить, сколько углерода- распалось и, таким образом, установить время, прошедшее с момента гибели организма.

Для определения возраста из фрагмента исследуемого образца выделяется углерод (путём сжигания фрагмента), для выделенного углерода производится измерение радиоактивности, на основании этого определяется соотношение изотопов, которое и показывает возраст образца. Образец углерода для измерения активности обычно вводится в газ, которым наполняется пропорциональный счётчик, либо в жидкий сцинтиллятор.

Измерение радиоактивности двух образцов полиэтилена. Один из них – обычный полиэтилен – в виде тонкого листа полиэтилена. Второй образец – изделие из полиэтилена, подвергавшееся воздействию излучения ядерного реактора. В результате такого воздействия оно получило так называемою «наведенную радиоактивность». Для измерения активности образец вводился в газ, которым наполнен пропорциональный Научно-образовательный конкурс проектных работ радиоактивностью составляет величину 18,5 распадов/секунду. Число распадов у обычного полиэтилена равно только 12 распадов/секунду. Сравнение числа распадов в секунду (Беккерели) обоих образцов производилось по формуле [2,3]: N= Jобл. /Jэталон Полученные данные показывают, что радиоактивность «образца» более чем в 1, раза выше, чем «эталона» – образца сравнения.

Было произведено измерения среза дерева в трех частях: в центре(1), с краю(3) и между ними(2).

Рис.1. Зависимость активности по радиусу спила дерева.

Видно, что по среднему значению самый высокий фон находиться в центре среза, а самый низкий у края среза. Если рассматривать результаты замера №2 и №3, то можно заметить, что фон в точках на расстоянии половины радиуса спила превышает показатели в центре и у края, В данном эксперименте проведено измерение излучения двух образцов бумаги с разницей возраста в 103 года. Один образец – часть бумажной основы старой фотографии 1907 года, второй образец бумаги изготовлен в 2010 году.

Полученные данные были подставлены в формулу закона радиоактивного распада N = No · 2 -t/T.

Поскольку известны N и No, а период полураспада углерода 14С равен 5568 ±30 лет [4], то в результате расчетов был определен возраст образцов бумаги (для старой фотографии он составил t = 95 лет). Погрешность измерения может быть вызвана тем фактом, что полученная величина всего лишь в 3 раза больше погрешности периода дополнительную радиоактивность из-за внешнего фона.

Рис.2. Зависимость активности от возраста образцов бумаги.

Данный эксперимент подтверждает, что метод радиоуглеродный анализа даёт корректные результаты с приемлемой погрешностью.

1. В настоящее время энергия распада атомных ядер используется во многих областях науки и техники.

2. Радиоуглеродный метод анализа может быть использован при проведении тонких научных экспериментов.

3. Экспериментально радиоуглеродным методом анализа произведена количественная изделия из полиэтилена, подвергавшегося радиоактивному облучению, срез дерева и образцы бумаги, различающиеся на 103 года по времени изготовления.

Список литературы:

1. Шалинец А.Б., Фадеев Г.Н. Радиоактивные элементы: Пособие для учащихся. М.:

Просвещение, 1981.

2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов.

3. Справочник по физике. / Авт.: И.М.Гельфгат, Л.Э.Генденштейн, Л.А.Кирик, Е.Ю.Свириновская.

4. Физика в таблицах. М. – Харьков: Изд-во "Илекса", 1998.

Автор: Богатов Никита Алексеевич, ГБОУ СОШ №37, г. Москва, 11 класс Научный руководитель: Герасимов Юрий Викторович, доцент кафедры «Техническая Научно-образовательный конкурс проектных работ Автоматизированная система позиционирования электродов БЫЧКОВ Е.А.

КУДАШОВ И.А.

Автоматизированная система позиционирования электродов необходима для проведения более точных исследований в области реокардиографии. Была поставлена задача, создать систему позиционирования, использующую в основе, метод импедансной реокардиографии.

Метод импедансной реокардиографии основан на пропускании высокочастотного (40-100 кГц) низко амплитудного тока (1-3 мА) через грудную клетку и регистрации пульсовых изменений вызванных кровообращением [1]. Система позволяет решить ряд проблем таких как: точность позиционирования, отсутствие артефактов, приобретенных вследствие воздействия человека, увеличение скорости проведения эксперимента.

За последние 10 лет учёными медико-технической школы МГТУ им. Н.Э. Баумана, был проведён широкий спектр работ, направленных на развитие метода реокардиографии.

Были обоснованы возможности использования метода для мониторного контроля состояния сердечнососудистой системы, разработано аппаратно-программное обеспечение, был проведен анализ основных факторов влияющих на точность оценки параметров кровообращения.

Кардинальное отличие метода исследования в том, что он неинвазивный.

Существующие инвазивные методы диагностики, кроме повышенных требований стерильности, высокой стоимости оборудования и расходных материалов травматичны для пациентов и имеют ограничения по времени проведения обследования.

Например, введение катетера. Что касается уже созданных неинвазивных методов исследований, то они не позволяют обеспечить высокую точность и отсутствие артефактов при исследовании.

Кроме того данные методы весьма трудны в эксплуатации. Например, исследование прекардиальной области с позиционированием электродов руками занимает много времени и требует очень точного расположения электродов [2]. Из выше перечисленного мы видим, что создание аппаратуры данного класса очень актуально.

позиционирование электродов. Суть метода состоит в том, что на прекардиальную накладывается система токовых и измерительных электродов, при этом сигналы несут информацию о параметрах структуры, формы отделов сердца, а также о параметрах их движений в процессе сокращения и расслабления.

Для проведения исследований использовался многоканальный реограф. Для синхронизации и выделения кардиоциклов дополнительно к прекардиальным сигналам записывались сигнал электрокардиограммы (ЭКГ) и реокардиограммы.

В прекардиальных измерениях использовалась симметричная тетраполярная электродная сборка, так же как и в других биоимпедансных измерениях.

межэлектродные расстояния и диаметры электродов, позволит уменьшить погрешность при исследованиях прекардиальной области [3].

Устройство является системой с числовым программным управлением и служит для автоматизированного позиционирования электродов на теле человека. Была сконструирована система, которая способна перемещать электроды над телом пациента в трех координатных осях.

Основными движущими элементами являются шаговые электродвигатели в количестве пяти штук [4]. К ним с помощью муфт закреплены валы, к которым в свою очередь крепятся каретки и все элементы присоединены с помощью хомута к опорной балке. Д позиционирования электродной сборки над телом человека. Механическая часть управляется при помощи электронного блока, на который поступает управляющий сигнал с компьютера, где в свою очередь располагается специальное ПО позволяющее осуществлять контроль над системой.

Для создания электронной части понадобились три управляющие платы – по одной на каждую ось перемещения. Платы спроектированы с использованием комплекта интегральных схем L297 и L298, произведенных компанией STMicroelectronics.

Использование этих двух чипов приводит к упрощенной конструкции платы и минимизации числа компонентов.

Научно-образовательный конкурс проектных работ Кроме того, соединение этих двух чипов образует мощную плату драйвера, способную выдерживать до 36 В и 2 А на канал.

Также понадобилась интерфейсная плата. Эта плата необходима, для обеспечения возможности посылать и получать сигналы от устройств управления и компьютера. На ней установлен разъем для кабеля параллельного порта, несколько контактов для проводов, идущих от каждой управляющей платы и защитные резисторы. Система управляется с помощью специального ПО (KCam 4). Программа является готовым бесплатным ПО [5,6].

Был проведен ряд экспериментов с системой. Основным направлением была выбрана возможность снятия сигнала из одного и того же места. В соответствии с данными MRI изображений, были определены границы сердца на груди человека. Далее с помощью системы электродную сборку нацеливали в интересующею область. Центр сборки привязывали к контуру сердца путем наведения лазерной указки.

Данную точку сохраняли в программе на координатной плоскости. Далее перемещали систему в другую интересующую точку и запоминали ее.

Теперь с помощью специальных команд программы можно в любой момент, вернутся к сохраненным точкам, и получить реокардиограмму, что является важным при проведении некоторых исследований.

В итоге с помощью системы можно получить сигнал вдоль всего контура проекции сердца, с точностью один шаг равен двум градусам поворота вала электродвигателя.

Следовательно, за 180 шагов получаем перемещение на 1мм.

Система может использоваться не только для проведения исследований в научных лабораториях, но и в больничной практике. Кроме того скорость обследования очень высока, что является важным при некоторых обстоятельствах. Данная система имеет широкий спектр применения и является незаменимой при проведении определенных исследований.

Список литературы:

1. Стрелков В.Б. Метод тетраполярной прекардиальной импедансной реокардиографии.

2. Особенности импедансного картирования передней стенки правого желудочка сердца.

А.В.Кобелев, С.И.Щукин, Ю.Е.Кирпиченко, Д.П.Тимохин, С.И.Сергеев // Биомедицинская радиоэлектроника.

3. Щукин С.И., Кирпиченко Ю.Е., Тимохин Д.П. Исследование биомеханических процессов деятельности сердца с использованием аппаратно-программного комплекса для импедансного картирования прекардиальной области.

4. http://www.elion.ru/products/motors 5. http://www.kellyware.com/kcam/ 6. Вильямс Дж. Программируемые роботы.

Автор: Бычков Евгений Александрович, ГБОУ лицей №1581, г. Москва, 11 класс Научный руководитель: Кудашов Иван Александрович, аспирант кафедры «Медикотехнические информационные технологии» МГТУ им. Н.Э. Баумана Научно-образовательный конкурс проектных работ Моделирование работы кривошипного листоштамповочного ВЕСЕЛОВ Е.А.

ГЛАДКОВ Ю.А.

Процессы листовой штамповки получили широкое применение в различных отраслях промышленности, благодаря высокой производительности и экономической эффективности. Изготовление деталей методами листовой штамповки позволяет:

получать детали весьма сложных форм, изготовление которых другими методами обработки затруднительно; получать детали с достаточно высокой точностью размеров, преимущественно без последующей механической обработки; экономно использовать материал; применять автоматизацию и механизацию при высокой производительности оборудования. Разработка технологического процесса штамповки и проектирования штампов неразрывно связаны между собой. В листовой штамповке, для изготовления деталей, возможно применение методов комбинированной штамповки, одновременно сочетающей две или несколько отдельных операций.

Листовая штамповка представляет собой самостоятельный вид технологии, обладающей рядом особенностей:

высокой производительностью;

возможностью получения самых разнообразных по форме и размерам полуфабрикатов и готовых деталей;

возможностью автоматизации и механизации штамповки путем создания комплексов оборудования, обеспечивающих выполнение всех операций производственного процесса в автоматическом режиме (в том числе роторных и роторно-конвейерных линий);

возможностью получения взаимозаменяемых деталей с высокой точностью размеров, без дальнейшей обработки резанием.

Листоштамповочные прессы двойного действия состоят из 3х частей:

• муфта тормоза маховика;

• вытяжной ползун;

• механизм пружинного ползуна.

Объект моделирования: конструкция листоштамповочного Научно-образовательный конкурс проектных работ График, отображающий работу:

На графике показан принцип действия привода пресса. При включении сигнала управления муфтой, частота вращения ведомой части начинает расти до значения 50 за 0,525 сек., считая от начала процесса. На разгон ведущих частей пошла часть энергии запасённая в маховике.

Далее идёт сам процесс штамповки:

1. Прижимной и вытяжной ползуны начинают двигаться до отключения сигнала.

Время их движения T=3,8325 сек.

2. Частоты ведомой и ведущей частей становятся одинаковыми.

3. Затем частота уменьшается, и процесс начинается заново.

От значений 61,69 до 62,5 пресс не работает (отводится время на смену заготовки).

- кривошипно-ползунный механизм привода вытяжного ползуна График, отображающий работу:

Характер графика движения ползуна синусоидальный. В точке А ползун пошёл вверх, а в точке В – вниз. Можно заметить, что график частоты вращения кривошипа повторяет график частоты вращения ведомой части муфты. В первом случае это кривошипный вал, а во втором – приводной, а они соединены передаточным отношением.

- кулачковый механизм привода прижимного ползуна Научно-образовательный конкурс проектных работ График, отображающий работу:

На данном графике показан процесс действия кулачкового механизма привода прижимного ползуна.

Легко заметить, что прижимной и вытяжной ползуны начинают движение вместе.

В это же время угол поворота кривошипа начинает расти. Весь процесс длится 5, 89474сек. Далее он циклично повторяется.

Автор: Веселов Евгений Александрович, ГБОУ Республика Марий Эл «Политехнический лицей-интернат», г. Йошкар-Ола, 11 класс.

Научный руководитель: Гладков Юрий Анатольевич, доцент кафедры «Технологии обработки давлением» МГТУ им Н.Э.Баумана, кандидат технических наук.

Разработка и создание беспилотного летательного аппарата на фотоэлектрических элементах в условиях домашней мастерской ГАВРИЛИН А.В.

МИЩЕНКО А.В.

Одним из самых важных достижений не только в самой истории самолетостроения, но и в самолетостроении 21 века – стало, безусловно, создание самолетов на солнечных батареях, способных длительное время находиться в воздухе, не расходуя при этом ни капли горючего. Возможно, в ближайшем будущем использование солнечных батарей станет безальтернативным источником энергии в полете.

Оперативное обследование больших сухопутных и водных поверхностей, в том числе для экологического мониторинга, производится с помощью авиационных комплексов на базе самолетов, вертолетов или же зондов. В мире в последние несколько лет интенсивно развиваются направления по использованию летательных аппаратов на искусственном интеллекте (беспилотные летательные аппараты – БПЛА).

Эти технологии обладают рядом преимуществ, не требуют специально подготовленных площадок и стартовых комплексов, они сравнительно недорогие в отличие от больших авиакомплексов, и не связаны с риском для человека. Наибольшее развитие и распространение в мире получили БПЛА крылатого или самолетного типа.

Многие страны мира успешно разрабатывают и внедряют БПЛА вертолётного типа для разного вида деятельности, в том числе и для экологического мониторинга.

Особенностью комплексов является возможность укороченного взлёта и посадки, что определяет их основные преимущества (по сравнению с БПЛА самолётного типа).

Особое внимание стоит уделить летательным аппаратам, а именно – беспилотным.

Миниатюрность электроники позволяет создавать как миниатюрные, так и довольно большие летательные комплексы с широким спектром возможностей, начиная от простого фото и видеонаблюдения в видимом спектре и заканчивая установкой тепловизорных и лазерных считывающих устройств.

Если рассматривать возможность применения БПЛА для нужд народного хозяйства с получением данных, доступных для восприятия простому человеку, то тут раскрываются довольно большие перспективы развития данных технологий. И на сегодняшний день установка цифровых визуализирующих устройств, а именно фото и видеокамер позволяет использовать малогабаритные беспилотные комплексы в Научно-образовательный конкурс проектных работ следующих востребованных областях: проведение аэрофотосъемки и составление перспективной съемки с проекцией на горизонт с целью использования для коттеджной и жилой застройки, планирования использования земель сельскохозяйственного и промышленного назначения – это особенно актуально для районов с плотной застройкой;

обследование районов сброса и складирования вредных и отравляющих веществ, где доступ человеку либо ограничен, либо даже опасен; использование для получения необычных воздушных ракурсов с высоты птичьего полета, даже в таких мероприятиях как свадьба или любое другое праздничное мероприятие; воздушная видеосъемка для фильмов и видеороликов.

Малые беспилотные комплексы по качеству исполнения отвечают самым высоким стандартам, а работы выполняемы с их применением позволяет рекомендовать их как для получения научных данных – дистанционный экологический мониторинг малой площади, так и для получения данных точечных объектов – аэрофотосъемка для строительства практически в режиме реального времени.

Разработка модели беспилотного летательного аппарата на солнечных батареях, способного к длительным беспосадочным полетам и оперативному мониторингу местности, проходила в три этапа: обзор и анализ существующих теоретических и фотоэлектрических элементах; проектирование и изготовление действующей модели сконструированного беспилотного летательного аппарата.

Полет модели даже в спокойной атмосфере можно сравнить с полетом самолета при скорости звука, причем модели приходится летать в критических условиях постоянно.

Самое небольшое возмущение атмосферы (ветер 5-10 м/с) приводит к значительным изменениям скорости полета и, следовательно, аэродинамических сил.

технологические возможности, доступные в использовании материалы, габариты, масса, особенности эксплуатации и транспортированная модели.

Подъемная сила модели складывается из подъемной силы крыла, фюзеляжа и горизонтального оперения. Некоторая часть площади крыла занята фюзеляжем. Эта площадь выключена из работы, однако при расчетах используют ее полную площадь, так как полагают, что подъемная сила, создаваемая фюзеляжем и остальными элементами модели, примерно компенсирует потери подъемной силы участка крыла, занятую фюзеляжем. Следовательно, можно считать, что подъемная сила модели равна подъемной силе крыла.

Сопротивление модели складывается из всех элементов конструкции, находящихся в воздушном потоке. Отношение подъемной силы к силе любого сопротивления модели при любом угле атаки называют аэродинамическим качеством модели.

аэродинамического качества крыла. Основную долю сопротивления составляет сопротивление трения. Оно снижается с уменьшение поверхности фюзеляжа.

Поэтому фюзеляж модели должен иметь минимальные размеры, но внутренний объем его должен быть достаточным для размещения механизмов и дополнительного оборудования.

Наиболее выгоден в отношении сопротивления фюзеляж с достаточно заостренной носовой частью и тонкой хвостовой балкой, имеющей плавный переход, который соединяет ее с передней частью. Коэффициент сопротивления модели с верхним расположением крыла на 13% меньше, чем модели со среднем расположением крыла.

Хвостовое оперение модели практически не создает подъемной силы, поэтому конструктивно обеспечивая свое назначение, оно должно обладать наименьшим аэродинамическим сопротивлением.

Основным движением полета модели является планирование – равномерное движение модели по наклонной траектории. Угол планирования не зависит от полезного веса модели при постоянном угле атаки крыла, при увеличении угла планирования скорость планирования и скорость снижения увеличивается.

Для обеспечения устойчивости модели учитывают статистические данные относительным размерам площадей горизонтального и вертикального оперения моделей.

Учитывая вышеизложенное, можно рассчитать полезные характеристики БПЛА на солнечных батареях: площадь крыла 42 дм2, полетный вес 1300 г, нагрузка на крыло 31 г/дм2, профиль крыла kFm-2, коэффициент тяги 7/10.

Определив диапазон выбранных параметров, была выбрана модель планера, которая в дальнейшем была масштабирована. Компоновочный чертеж был рассчитан и распечатан.

В зависимости от назначения радиоуправляемая модель планера может иметь различные системы управления, отличающиеся количеством каналов управления и элементов, на которые воздействует оператор, подавая радиокоманды.

Научно-образовательный конкурс проектных работ Система управления радиоуправляемой модели состоит из трех элементов:

– передающее устройство с шифратором команд, преобразующее манипуляции оператора с элементами управления на пульте в высокочастотные электромагнитные волны, модулированные особым образом и несущие информацию о необходимых перемещениях рулей или механизмов, находящихся на модели;

– приемное устройство с дешифратором команд, которое должно принятый сигнал преобразовывать таким образом, чтобы нужная информация была своевременно и точно направлена к соответствующему исполнительному механизму;

– аэродинамические рули и другие механизмы, которые приводятся в действие посредством исполнительных механизмов для изменения траектории или режима полета или каких-либо других действий с элементами передачи механических усилий от исполнительного механизма к рулям. Усилия от исполнительного механизма предается на руль по средствам тяги через специальную качалку. Тяга управления соединяется с качалкой и сервомашинкой с помощью специальных карабинов, позволяющих в небольших пределах регулировать длину тяги.

Ответственной операцией является сборка узлов и модели в целом (рис.1.).

Контроль точности взаимного расположения и симметрии крыльев, оперения и точности установки углов крыла и оперения производилось на ровной поверхности с разметкой.

После изготовления и сборки модель была закреплена и произведены замеры в контрольных точках, вычислены установочные углы, устранены перекосы и неточности.

Система движения была подключена к дистанционному пульту управления. Для проверки прочности крыла были выбраны две точки опоры, на которые была вывешена модель. Изгиб крыла не превысил максимально допустимое значение в 13 градусов.

Перед полетом было замерено напряжение на аккумуляторе – оно составило 9,9В.

Планируемое повышение напряжения должно было составить 0,12В/час. Низкая температура воздуха (-20С) не позволила планеру взлететь, вследствие нехватки электроэнергии для полноценного функционирования электромотора и рулей управления.

Принимая во внимание условия эксплуатации БПЛА в зимний период, солнечные батареи частично справились с поставленной задачей. Для полета планера на энергии, полученной от солнечных батарей необходимы более мягкие температурные условия ( от 5С и выше).

Рис.1. Планер с закрепленными фотоэлементами готов к полету Исходя из нагрузки на крыло, полезная нагрузка на данном этапе разработки полноразмерного БПЛА составила Это позволяет установить в модель дополнительную аппаратуру:

• Спутниковую навигационную систему (ГЛОНАСС/GPS);

• Устройства радиолинии видовой и телеметрической информации;

• Устройства командно-навигационной радиолинии с антенно-фидерным устройством;

• Устройство обмена командной информацией;

• Устройство информационного обмена;

• Бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ);

• Устройство хранения видовой информации.

Вследствие получения энергии от солнца, эксплуатация данного типа летательных аппаратов дешевле существующих на рынке БПЛА аналогичных размеров.

Применение сменных модулей устройств получения видовой информации позволяет снизить стоимость и реконфигурировать состав бортового оборудования для решения поставленной задачи в конкретных условиях применения.

Перспектива дальнейшей разработки состоит в создании полноразмерного БПЛА на фотоэлектрических элементах, формованного из стеклоткани.

Автор: Гаврилин Александр Вадимович, МБОУ Лицей №1, Московская область, г. Ступино, 11 класс Научный руководитель: Мищенко Александр Васильевич, доцент кафедры «Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации» МГТУ им. Н.Э.Баумана Научно-образовательный конкурс проектных работ Исследование алгоритмов сшивки изображений и разработка ГАВРИЛОВА А.М.

РУДАКОВ И.В.

В различных областях науки и техники, например в аэрокартографии, в качестве результата получается ряд перекрывающихся друг с другом снимков. При этом перекрытие может быть горизонтальным, когда перекрывается левый край одного снимка и правый край другого, и вертикальным. При вертикальном перекрывается нижняя часть одного снимка и верхняя часть другого.

В таких ситуациях желательно получить панорамное изображение, состоящее из ряда снимков соответствующим образом сшитых в одно изображение. Такая задача, на первый взгляд, является простой, однако при её решении возникает ряд непростых вопросов. И главный из них заключается в нахождении соответствующих точек. Это точки, которые принадлежат одному и тому же предмету, но находятся на разных снимках.

На рис.1 представлены два соседних кадра, имеющие общую область, расположенную справа на левом кадре и слева на правом кадре. Цифрами 1 и 1.1; 2 и 2. отмечены соответствующие точки.

Задача нахождения соответствующих точек решалась для случая поступательного движения снимающей камеры, в этом случае линии, соединяющие соответствующие точки 1 и 1.1; 2 и 2.1 (эпиполярные линии) оказываются параллельными. Такая ситуация имеет место при аэрофотосъёмке, когда самолёт движется прямолинейным курсом.

В работе рассматриваются четыре способа нахождения соответствующих точек:

Метод суммы квадратов разностей.

Самый простой способ – это посчитать функцию суммы квадратов разностей (SSD, sum of squared differences) где e(x, y) называется остаточной ошибкой (residual error). Меньшее значение функции SSD означает большую схожесть изображений.

Метод суммы модулей разностей.

Часто используется, например, функция суммы модулей разностей (SAD, sum of absolute differences) из-за своей вычислительной простоты.

Однако эта функция слабо изменяется около нуля.

Метод Джимана-МакКлура.

Обычно, вместо метода модуля разности (из-за её поведения около нуля) используются функции, около нуля растущие как квадрат, а при больших значениях аргумента – как линейные. Пример такой функции, это функция Джимана-МакКлура (Geman-McClure function) где a – это константа, называемая порогом выброса (outlier threshold). Подходящее значение порога можно узнать, посчитав медиану модулей значений (MAD, median of absolute differences) и умножив ее на 1.4, для получения сильной оценки стандартного безвыбросного шумового процесса.

Метод нормализованной кросс-корреляции.

ENCC( u, v) Научно-образовательный конкурс проектных работ где I0_mean и I1_mean – средние значения I0(x, y) и I1(x, y) по области суммирования соответственно.

Преимуществами нормализованной кросс-корреляции являются:

1. Коэффициент корреляции принимает значения от -1 до 2. Нет зависимости от яркости изображений.

В данной работе проведён анализ различных методов поиска соответствующих точек по критерию минимальной ошибки. В Табл. 1 результаты сравнения четырёх методов по точности определения соответствующих точек для изображений с одинаковым контрастом.

№ ОТКЛОНЕНИЕ СРЕДНЕЕ

метод суммы квадратов разностей метод суммы модулей разностей метод Джимана-МакКлура метод нормализованной кросскорреляции

№ ОТКЛОНЕНИЕ СРЕДНЕЕ

метод суммы квадратов разностей метод суммы модулей разностей метод Джимана-МакКлура метод нормализованной кросскорреляции В Табл.2 представлены результаты сравнения четырёх методов по точности определения соответствующих точек для изображений с разным контрастом.

После определения соответствующих точек по ним происходит наложение одного изображения на другое, то есть сшивка. При сшивке изображений возникает так же несколько серьёзных вопросов. В частности, используемые изображения на предыдущих этапах работы программы были исправлены. Так как для наглядности, выделяемые пользователем объёкты для дальнейшего поиска общих точек, были выделены контрастным цветом поверх изображений. Для того, чтобы панорамное изображение не содержало никаких пользовательских отметок используется класс TBitmap. При сшивке изображений используются файлы из bm1 и bm2, так как в них хранятся изображения без каких-либо исправлений. Поэтому копировать изображения из Image в Bm следует до непосредственной работы с кадрами (до выделения областей поиска общих точек). На Рис.2 приведен результат сшивки двух изображений Исходные изображения б) Результат сшивки Рассмотренные в работе алгоритмы реализованы в программном комплексе сшивки изображений. Программный комплекс использует среду программирования Delphi. Он снабжён удобным пользовательским интерфейсом и средствами визуализации изображений.

Список литературы:

Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2005. 1072 с.

Цифровая обработка изображений в информационных системах: Учебное Пособие / И.С.Грузман, В.С.Кирчук и др. Новосибирск: Изд-во НТГУ, 2002. 352 с.

Автор: Гаврилова Юлия Михайловна, ГОУ гимназия №1567, г. Москва, 11 класс Научный руководитель:

«Программное им.Н.Э.Баумана, доцент, кандидат технических наук Научно-образовательный конкурс проектных работ Разработка автоматизированной системы поиска рациональных параметров и решений для кулачково-плунхерных оправок с ГЕМБАЧ В.В.

ВАСИЛЬЕВ А.С.

Разработана автоматизированная система поиска рациональных параметров центрирующего зажимного механизма кулачковых пневматических оправок для обработки заготовок точно обработанными технологическими базами, возможности которой показаны на примере.

Ключевые слова: оправка, установка, безопасность, точность, работоспособность.

круглошлифовальные, зубообрабатывающие станки заготовок колец, втулок, зубчатых колёс. Технологическими базами служат центральное отверстие и торец заготовок.

Кулачковые оправки имеют следующие преимущества перед приспособлениями аналогичного назначения: по сравнению с прессовыми оправками – заметно повышает производительность, и позволяют отказаться от вспомогательного пресса для запрессовки-распрессовки заготовок; по сравнению с оправками жесткими цилиндрическими – обеспечивают большую точность центрирования заготовок;

пневматической оправки показана на рисунке 1. Вал 1 соединен со штоком вращающегося пневмоцилиндра. При движении вала 1 влево кулачки 3 равномерно раздвигаются, центрируют и закрепляют заготовку 5 после обработки вал 1 перемещается вправо, кольцевая пружина 4 возвращает кулачки 3 в исходные положение.

К ответственным параметрам кулачкового ЦЗМ относят угол "Альфа" клиновой пары и число Mк кулачков. Угол "Альфа" влияет на надежность закрепления заготовок.

При "Альфа" меньше либо равное 7 градусам, ЦЗМ становится самотормозящим. Однако раскрепление заготовок сопровождается характерным шумом. Выбор числа Mк кулачков зависит от точности базового технологичного отверстия заготовки.

Если отверстие сравнительно грубы, имеет большие отклонения от круглости, используют только три кулачка, т.к. все другие не вступают в активную работу. Если отверстие изготовлено не грубее 9 квалитета имеет незначительные отклонения формы, выгодно использовать четное и по возможности большее количество кулачков: Mк больше чем три, но больше или ровно 12. Чем больше кулачков, тем равномернее деформируется закреплённая заготовка, а ее обработанная поверхность вращения получит меньше отклонений от круглости. Использования четного количества кулачков уменьшает биение обработанного торца. Однако с увеличением числа кулачков усложняется компоновочное решение ЦЗМ. Конструктора кулачковых оправок находят рациональные решения графически, для чего вычерчивают варианты ЦЗМ в увеличенном масштабе. У опытного конструктора на это уходит до двух смен. Предлагаемая система позволяет сократить время до минуты.

Система реализована на языке программирования VisualBasic.

Вывод. Разработанная система резко повышает производительность работы конструктора. Однако основной эффект достигается в сфере эксплуатации оснастки, т.к.

оправки с рациональными ЦЗМ повышают параметрическую надежность всей станочной технологической системы, уменьшает дефектность продукции, число и длительность простоев, ремонтных и наладочных воздействий.

Схема ЦЗМ кулачковой пневматической оправки (1-вал, 2-корпус, 3-кулачок, 4-пружина, 5-заготовка. Условно не показаны: соединения вала 1 со штоком пневмоцилиндра, Автор: Гембач Владимир Владимирович, ГОУ СОШ №1227 с углубленным изучением английского языка, г. Москва, 11 класс.

Научный руководитель: Васильев Александр Сергеевич, заведующий кафедрой «Технологии машиностроения» МГТУ им.Н.Э. Баумана, профессор, доктор технических Научно-образовательный конкурс проектных работ Исследование оптических характеристик эндоскопа ГУЛА И.С.

КУЗИЧЕВ В.И.

История практического применения эндоскопов насчитывает всего около 130 лет.

Эндоскопы появились значительно позже других оптико-механических приборов, так как только использование электрической лампочки в качестве источника подсветки рабочего поля позволило создать прибор, достаточно удобный для применения сначала в медицинской практике, а затем и в технике.

Различают медицинские и технические эндоскопы. Технические эндоскопы используются для осмотра труднодоступных полостей машин и оборудования.

Медицинские эндоскопы используются в медицине для исследования и лечения полых внутренних органов человека.

Современные эндоскопы подразделяют на жёсткие эндоскопы – с линзовыми, градиентными или волоконными трансляторами изображения, или без них и гибкие фиброскопы которые относятся к приборам волоконной оптики.

Цель работы:

1) изучение оптической системы эндоскопа 2) измерение его оптических характеристик.

В качестве испытуемого объекта использовался жёсткий технический эндоскоп прямого обзора, предоставленный кафедрой «Оптико-электронных приборов научных исследований» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Задачи работы:

• построение схемы эндоскопа при помощи программы для черчения corelDRAW X Graphic, с целью более наглядного изучения его оптической системы;

• провести измерение основных характеристик эндоскопа в лаборатории.

1. Оптическая система эндоскопа На рис. 1 показана оптическая система испытуемого эндоскопа. По ней видно, что эндоскоп состоит из окуляра, объектива, оборачивающей системы и коллективов. На рисунке также показана апертурная диафрагма, входной и выходной зрачки.

Диаметр светового пучка, входящего в эндоскоп, ограничивается апертурной диафрагмой. Ее изображение через последующую часть оптической системы эндоскопа является выходным зрачком, в плоскости которого должен располагаться глаз наблюдателя. Наибольший размер изображаемой части плоскости предмета называется линейным полем эндоскопа. Отношение размера изображения наблюдаемого через эндоскоп предмета к размеру предмета называют видимым увеличением эндоскопа.

Разрешающей способностью (иногда силой) эндоскопа называется способность давать раздельное изображение двух близких точек или линий. Разрешающая способность является величиной, обратной линейному пределу разрешения, которых характеризуется линейным расстоянием между двумя точками, раздельно изображаемыми оптической системой эндоскопа.

Диаметр выходного зрачка, линейное поле в пространстве предмета, видимое увеличение и разрешающая способность в пространстве предмета являются основными оптическими характеристиками эндоскопа.

2. Экспериментальная часть работы В лаборатории кафедры РЛ-3 были исследованы четыре основные характеристики жесткого, технического эндоскопа прямого обзора:

1) диаметр выходного зрачка;

2) линейное поле в пространстве предмета;

3) видимое увеличение;

4) разрешающая способность в пространстве предмета.

Для проведения всех измерений использовано следующее оборудование: источник света, мира, диоптрийная трубка, оптический стол Newport.

2.1. Измерение линейного поля При измерении линейного поля была использована мира №5. Мира занимала половину поля, при переднем отрезке в 22 мм линейное поле составило 10 мм.

2.2. Измерение разрешающей способности Для разрешающей способности также использовалась мира № 3, и при рассмотрении был виден 17-ый элемент. Следовательно, разрешающая способность составила 18 линий на мм.

Научно-образовательный конкурс проектных работ 2.3 Измерение видимого увеличения При измерении увеличения была использована диоптрийная трубка и мира № 3.

База миры составляет 4,8 мм, следовательно, размер предмета составляет 4,8 мм. С учётом фокусного расстояния объектива диоптрийной трубки цена одного деления шкалы диоптрийной трубки составила примерно 0,4 мм. Изображение занимало 18 делений, следовательно, размер изображения составил 7,2 мм. Исходя из того, что размер изображения равен 7,2 мм, а размер предмета – 4,8 мм, видимое увеличение равно примерно 1,5х.

2.4. Измерение диаметра выходного зрачка Для измерения диаметра выходного зрачка использовалась диоптрийная трубка с дополнительным объективом. Она наводится на плоскость выходного зрачка эндоскопа.

При наблюдении через диоптрийную трубку, изображение выходного зрачка занимало делений шкалы диоптрийной трубки с ценной деления 0,1 мм. Следовательно, диаметр выходного зрачка составил 1,8 мм.

Заключение В ходе проделанной работы были достигнуты все поставленные цели и задачи:

1. Изучена оптическая система эндоскопа.

2. Исследованы его основные оптические характеристики.

3. В результате экспериментальных исследований установлено, что:

• диаметр выходного зрачка равен 1,8 мм;

• линейное поле в пространстве предмета – 10 мм;

• разрешающая способность – 18 линий на мм;

• видимое увеличение – 1,5х.

Список литературы:

Анищук А.А. Эндоскопия. Взгляд изнутри. МИА, 2008. 240 с.

Чернеховская Н.Е. Современные технологии в эндоскопии. Российская медицинская академия последипломного образования, 2004. 136 с.

Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. Теория оптических систем. М.:

Машиностроение, 1992. 448 с Автор: Гула Иван Сергеевич, гимназия № 1563, г. Москва,11 класс.

Научный руководитель: Кузичев Владимир Иванович, доцент кафедры «Оптикоэлектронные приборы научных исследований» МГТУ им. Н.Э. Баумана, кандидат технических наук ГУЛЯЕВ И.В.

КЛЕМЕНТЬЕВА С.В.

Цели исследования:

определение перспектив развития российского рынка окон из ПВХ с точки зрения привлекательности для компаний – участников рынка;

определение наиболее оптимальной компании с точки зрения покупательских предпочтений.

Задачи исследования:

Проведение анализа влияющих рынков, в том числе строительного рынка.

Разработка классификации участников рынка.

Проведение анализа деятельности компаний – участников рынка окон из ПВХ.

Разработка рекомендаций по выбору оптимальной компании-производителя с точки зрения покупательских предпочтений.

Определение перспектив развития рынка с точки зрения компаний – участников В работе проведен анализ производства на российском рынке пластиковых окон по следующим параметрам: объем и динамика производства в натуральном выражении, география производства, доли крупнейших производителей. В работе рассматриваются влияющие рынки – строительный рынок в целом и рынок жилищного строительства.

В результате работы проведен анализ компаний-участников рынка окон из ПВХ по следующим параметрам: стоимость изделий, цена на услуги по установке, срок изготовления, гарантийный срок, что позволило определить наиболее оптимальную компанию с точки зрения покупателя.

Актуальность:

Прошедшее десятилетие в части динамики становления и развития в России рынка окон из ПВХ по праву можно было бы назвать «золотым» десятилетием, когда покупательский спрос значительно превышал предложения и на рынке появились десятки компаний – участников. Текущий период развития российской экономики характеризуется продолжающимся уже не первый год мировым экономическим кризисом.

Научно-образовательный конкурс проектных работ Проведение исследования, направленного на определение перспектив развития рынка окон из ПВХ актуально с точки зрения принятия решения по участию на данном рынке потенциальным участником.

Кроме того, определение оптимальной компании – производителя окон из ПВХ, удовлетворяющей требованиям покупателя, актуально как с точки зрения аналитических подразделений компаний в целях совершенствования деятельности предприятий, так и с точки зрения оказания помощи рядовому покупателю.

Основные параметры рынка окон из ПВХ Характеризуя рынок окон из ПВХ в целом, следует отметить, что высокие темпы роста рынка на уровне 27% в год наблюдались на протяжении с 2003 по 2005 гг.

На динамику оконного рынка существенное влияние оказал мировой экономический кризис. В 2006 году темпы роста рынка достигли своего пика – оконный рынок вырос по отношению к предыдущему году на 56%, а объем рынка составил 41,3 млн.м.кв.

Резкий всплеск активности на рынке потребительского кредитования в 2006 году вызвал ажиотаж среди потребителей пластиковых окон. В результате увеличился спрос на ПВХ-конструкции, возник дефицит комплектующих, производственные мощности были загружены полностью. В 2007 году под влиянием различных факторов, прежде всего вследствие дефицита комплектующих и перебоев с поставками, рост рынка уменьшился и составил 24%. В 2008 году рост рынка снизился за счет влияния экономического спада. В конце 2008 – начале 2009 года эксперты и участники рынка ожидали падение в 40–50%.

Однако, падение объемов продаж оказалось не таким большим, как в первые три месяца 2009 года. Под влиянием кризисных тенденций, снижения показателей строительного сегмента, увеличения инфляционных показателей и снижения доходов населения рынок окон ПВХ упал на 30% и составил 40,4 млн. кв. м.

Объем рынка ПВХ-конструкций Разные сегменты рынка показали неодинаковую динамику падения: рынок корпоративных заказов и заказов в строительстве, по оценкам экспертов, упал до 70%, рынок же частных заказов снизился в меньшей степени, позволив оконщикам удержаться на плаву.

В 2009 году произошло снижение цен как на сырье и комплектующие, так и на конечный продукт рынка – окна. Окна эконом-класса стали пользоваться большим спросом по сравнению с окнами, предусматривающими дополнительные опции. По мнению экспертов, если до кризиса клиент выбирал хорошее и по возможности дешевое, то в период кризиса выбор был в пользу дешевого и по возможности хорошего. В докризисный период покупатели легко шли на покупку качественных окон под известным брендом, в условиях же кризиса потребители выбирали дешевые окна, планируя сменить их лет через пять. В этой ситуации гораздо лучше стали себя чувствовать российские производители: они зафиксировали все цены в рублях и предлагали большие скидки.

Производители немецких профилей были вынуждены поменять свою сбытовую и дилерскую политику, дабы удержать завоеванные ниши на рынке. В крупнейших российских городах, таких как Москва, Новосибирск, Санкт-Петербург наметились признаки снижения динамики темпов роста. Если в Москве основные участники рынка забеспокоились еще в 2004 году, то, например, в Новосибирске такая тенденция обозначилась совсем недавно. Основная причина снижения темпов роста, безусловно, кроется в насыщении рынка. Поэтому сейчас в своих стратегических планах компаниям производителям пластиковых окон следовало бы обратить внимание на региональные рынки, которые развиваются достаточно динамично.

Тенденции развития рынка Ряд экспертов уверен, что после кризиса можно ожидать стремительный рост на рынке окон. Это обусловлено тем, что в период кризиса возник отложенный спрос, который рано или поздно проявится. На сегодняшний день в России установлено 500 млн.

окон, причем спрос по-прежнему значительно перекрывает предложение: потребности рынка оценивают в 1500 млн. окон.

Наличие отложенного спроса, связанного, прежде всего, с падением производства в период 2008-2009 годов, вызванного наличием инфляционных показателей и снижением доходов населения, обуславливает возможные перспективы роста российского рынка окон их ПВХ.

Увеличению спроса на окна из ПВХ будет способствовать принятый в декабре 2009 год закон об энергоэффективности: развивается активная деятельность по установке тепловых счетчиков, разрабатываются программы по повышению энергоэффективности в образовательных учреждениях и другие мероприятия. Потребители уже сейчас начинают задумываться над энергосбережением и установкой новых окон для будущей экономии на отоплении. Ведь чем раньше они поменяют старые деревянные окна на новые энергосберегающие пластиковые окна, тем дешевле они обойдутся. Согласно закону уже в 2012 году все квартиры должны быть оборудованы счетчиками потребления ресурсов, что в свою очередь ведет к увеличению спроса на энергосберегающие окна.

Кроме того, перспективы роста рынка окон из ПВХ в обозримой перспективе могут быть связаны с развитием столичного региона, строительством объектов в различных Научно-образовательный конкурс проектных работ городах России в обеспечение проведения Зимних Олимпийских Игр 2014 года, а также развитием сектора кредитования.

Рекомендации по выбору оптимальной компании-производителя В работе были проведены исследования факторов, влияющих на качество работы компаний, реализующих окна ПВХ, на основе которых даны рекомендации потребителям по выбору компании. Предлагается оценивать компании в баллах (чем ниже балл, тем лучше компания). Оценки и рекомендации приведены в таблицах.

Анализ лидирующих компаний по производству и продаже окон из ПВХ Компании – лидеры на рынке Москвы окна Основные выводы по работе 1) Проведенный анализ структуры рынка окон показал, что лидирующие позиции занимают конструкции ПВХ – 87%, алюминиевые конструкции занимают 5,3% рынка, а 7,4% – деревянные окна.

2) Предложена классификация участников рынка окон из ПВХ по 5-ти уровням.

3) Анализ параметров производства окон из ПВХ за 2009 и 2010 годы показал, что:

• максимальный рост производства наблюдается практически во всех округах;

• максимальные темпы роста были отмечены в Сибирском и Центральном федеральных округах;

• лидерами среди регионов-производителей выступают Московская и Новосибирская • самым крупным импортером профилей ПВХ в Россию является компания PROFINE KOMMERLING (Германия).

4) Анализ перспектив развития рынка окон из ПВХ показал, что основными факторами роста рынка в обозримой перспективе являются:

• наличие отложенного спроса;

Научно-образовательный конкурс проектных работ • развитие влияющих рынков с учетом принятых решений руководства страны по расширению столичного региона.

5) Предложена бальная оценка компании-производителя окон из ПВХ, с помощью которой потребитель может выбрать оптимальную компанию. Кроме того проведение данного анализа может представлять интерес для аналитических подразделений компаний в целях совершенствования деятельности организаций.

Автор: Гуляев Иван Вячеславович, ГОУ гимназия № 1554, г. Москва, 11 класс Научный руководитель: Клементьева Светлана Вячеславовна, доцент кафедры «Экономика экономических наук Привод для юстировки зеркала адаптивного составного телескопа ДОЛИНИН П.А.

МИХАЙЛОВ В.П.

Человечество стремительно двигается вперёд по пути технического прогресса. С каждым годом становится всё больше отраслей производства и областей исследований, которые требуют прецизионного оборудования. А высокоточное оборудование требует точных юстирующих устройств.

Приводы прецизионных перемещений Привод – это совокупность устройств, предназначенных для совершения перемещения разными объектами. Приводы делятся на группы в зависимости от принципа их действия. Электромеханический привод – это электромеханическая система с возможностью управления, предназначенная для осуществления перемещения узлов оборудования путем преобразования электрической энергии в механическую энергию (рис. 1 и 2).

Рис. 1 Электромеханический привод Рис. 2 Передача винт гайка Типичный пример электромеханического привода приведен на рис. 1.

Электропривод состоит из двигателя, зубчатой червячной передачи, передачи винт-гайка (рис. 2) в защитном корпусе, переднего и заднего крепежей, и концевого датчика в качестве ограничителя рабочего хода. Основными недостатками подобного типа приводов является длинная кинематическая цепь, что приводит к низкому быстродействия и большой погрешности перемещений (более 1 мкм).

Гидравлический привод предназначен для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Безусловными достоинствами его являются высокая нагрузочная способность (более 10000Н) и высокая большой диапазон Научно-образовательный конкурс проектных работ перемещений, ограниченный только длинной гидроцилиндра. Однако, наличие инерционных элементов (клапанов, золотников, мембран и т.д.) приводит к снижению точности (~50 мкм) и быстродействия (~500 мс).

Пневматический привод предназначен для приведения в движение машин и механизмов посредством энергии сжатого воздуха. Обязательными элементами пневматического привода являются компрессор (генератор пневматической энергии).

Этот тип привода также отличается высокой нагрузочной способностью (до 10000Н) и высоким диапазоном перемещений объекта. Наличие инерционных элементов (клапанов, распределителей, газовых редукторов и т.д.) приводит к снижению точности (~50 мкм) и быстродействия (~500 мс).

пьезоэлектрических свойствах некоторых веществ, пьезоэлектриков (в основном, керамик) и работает за счет обратного пьезоэлектрического эффекта. Т.е. при приложении электрического поля к пьезоэлектрику он меняет свои размеры и за счет этого может перемещать объекты.

К достоинствам пьезопривода относится очень низкая погрешность перемещений (~0,1 нм) при малой постоянной времени (до 10 мс). Недостатками его является малая нагрузочная способность, ограниченная свойствами керамики, и малый диапазон перемещений, требующий мультиплицирующих механизмов, а также температурная зависимость пьезоэлектрических свойств.