С О Д Е Р Ж - esa-conference.ru · Physical and mathematical sciences Eurasian Scientific...

III «Евразийское Научное Объединение» • № 12 (34) • Декабрь, 2017 Содержание

С О Д Е Р Ж А Н И Е

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

Алексеева Е.Е. Методика интегрирования тригонометрических и гиперболических функций, подстановки . . . . . . . . . . . . . . . . .1

Астафурова М.В. Опыт построения физической аксиоматики математики: полученные результаты и направления развития . . . . . . . . 5

Игнатович В.К. Рассеяние скалярных волн на одной кристаллической плоскости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

Мурзабаева А.Б., Алыбаев К.С. Сингулярно возмущенные уравнения с аналитическими функциями теряющие единственность при вырождении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

Одинаев Р.Н. Об одном необходимом и достаточном условии существования решения задачи защиты растений . . . . . . 20

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Бухарицин П.И. Разработка комплексной системы мероприятий по стабилизации экологического состояния и рациональному использованию природных ресурсов акватории Каспийского моря с примыкающими к нему прибрежными территориями и устьевой областью реки Волги (в границах Российской Федерации) . . . . . . . . . . . . .26

Бухарицин П.И. Способ повышения эффективности производства дноуглубительных работ на ВКМСК . . . . . . . . . . . . . . . . . .34

Валентей О.А., Варакина О.П. Возможность применения альтернативных источников энергии в Омском регионе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Вараксин А.Ю., Деньщиков К.К. Гибридный накопитель энергии с использованием статических компенсаторов реактивной мощности и суперконденсаторов для обеспечения качества электроснабжения потребителей нефтегазовой индустрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40

Заварзин В.О. Питательная вода. Работа автоматизированной системы регулирования подачи питательной воды . . . . . . . . . . . . . . .42

Зенков Д.А., Бакланова О.Е. Автоматизация контроля качества обработки деталей в реальном времени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43

Королев А.Е. Работоспособность поршневых колец . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Королев А.Е. Социологическая оценка качества ремонта тракторов . . .46

Krasnyuk A.A., Imametdinov E.F., Mar ina E.V. The problem of the formation of impact ionization areas in multigate MOSFET structures with the quantum dot in the channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

Куватов В.Г. Активный парус – альтернатива классической ракете . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50

Maathe A. T., Kuznetsov G.V. Experimental Investigation of Thermosyphon with Two types of Working Fluid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Молчанов А.С., Чаусов Е.В., Баснин В.Г., Абрамов Д.В. Анализ процесса дешифрирования изображений штриховых мир видимого диапазона при проведении испытаний аэрофотосистем дистанционного зондирования Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Прудников С.Н., Шадрин В.С., Новгородская А.В. Динамические характеристики ротационно-пластинчатого пневмодвигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Раулов Д.А., Аринова Н.В. Исследование перспективных методов автоматического контроля влажности сыпучих и кусковых материалов на основе анализа современных промышленных . . . . . . . . . . .59

Сафин С.З., Двухглавов Д.Э. Обоснование выбора языка программирования Visual Basic for Application в качестве «первого» языка программирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62

Яковлева Е.М., Ван Шии Информационное моделирование системы управления серводвигателем БПЛА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

IV Contents “Eurasian Scientific Association” • № 12 (34) • December 2017

ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ

Байлагасов Л.В. Особенности природопользования в Республике Алтай . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69

Байлагасов Л.В. Особенности традиционных промыслов в Усть-Коксинском районе Республики Алтай . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

«Евразийское Научное Объединение» • № 12 (34) • Декабрь, 2017 Физико-математические науки

1

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

Методика интегрирования тригонометрических и гиперболических функций, подстановки

Алексеева Елена Евгеньевна, кандидат педагогических наук, доцент Балтийский Федеральный университет им. И. Канта

К стандартным, широко распространённым методам интегрирования функций по сути дела относятся два мето-да – метод интегрирования по частям и метод замены переменной (метод подстановки). Все остальные методы и средства, как правило, имеют локальный, частный харак-тер. Если не срабатывает способ интегрирования по ча-стям и не удаётся найти эффективную подстановку, то, как правило, задача отыскания интеграла в конечном виде имеет мало шансов на успех. Последним средством для решения задачи является разложение подынтегральной функции в ряд с последующим интегрированием слагае-мых ряда. Адекватный выбор подстановки позволяет све-сти задачу к типовому варианту, не требующему особых

усилий. Сам же выбор подстановки часто балансирует на грани искусства. Не существует универсальных методов и подстановок, позволяющих решать любой интеграл. При преобразовании подынтегральных тригонометрических функций к алгебраическому виду применяются обратные тригонометрические функции.[5,c.165]

Переход от тригонометрических функций к алгебраиче-ским с помощью неодноимённых обратных тригонометри-ческих функций не столь же очевиден, хотя и возможен. Такой переход выполняется в рамках обычных тригоно-метрических преобразований. Конкретные примеры пока-заны ранее [5,c.166]. Полный свод таких формул представ-лен в таблице 1 [5,c.166-167].

Таблица 1. Таблица подстановок для преобразования тригонометрических функций к алгебраическому виду

Функция Подстановка x

yarcsin yarccos yarctg yarcctg yarcsec yarccsc

xsin y 2y1 2y+1

y 2y+1

1 y

1y2 y1

xcos 2y1- y

2y+1

1 2y+1

y y

1

y

1y2

xtg 2y1

y

y

y1 2 y y

1 1y 2

1 y

1

2

xctg y

y1 2 2y1

y

y

1 y

1 y

1

2

1y 2

xsec 2y1

1

y

1 2y+1

y

y+1 2

y 1 y

y

2

xcsc y

1 2y1

1

y

y+1 2

2y+1 1 y

y

2

y

Таблица 2. Эквивалентные соотношения между обратными тригонометрическими функциями

Обратная тригоном. функция

Эквиваленты обратной тригонометрической функции

xarcsin 2x1arccos 2x1

xarctg

x

2x1arcctg

2x1

1secarc

x

1arccsc

xarccos 2x1arcsin 2x1

1arctg

2x1

xarcctg

x

1secarc

2x1

1cscarc

xarctg 2x1

xarcsin

2x1

1arccos

x

1arcctg 2x1arcsec

x

2x1cscarc

xarcctg 2x1

1arcsin

2x1

xarccos

x

1arctg

x

x1secarc

2 2x1cscarc

xsecarc x

12xarcsin

x

1arccos 12xarctg

12x

1arcctg

1x

xarccsc

2

xcscarc x

1arcsin

x

1xarccos

2 12x

1arctg

12xarcctg 12x

xarcsec

Physical and mathematical sciences “Eurasian Scientific Association” • № 12 (34) • December 2017

2

На основании таблицы [5,c.166-167] составлена таблица 1 для преобразования тригонометрических функций к ал-гебраическому виду и наоборот. Данные этой таблицы позволяют преобразовывать смешанные подинтегральные функции к однородным функциям, содержащим либо только алгебраические элементы функций, либо только тригонометрические. Такие операции позволяют упростить решение интеграла.

На основе таблицы 1 можно записать соотношения между различными обратными тригонометрическими функциями. Учёт таких соотношений может быть полез-ным при эквивалентных преобразованиях подинтеграль-ных выражений с целью отыскания решения интеграла.

Всё сказанное о преобразованиях и подстановках в ин-тегралы, содержащие тригонометрические функции в рав-

ной мере относится и к интегралам, содержащим гипербо-лические функции.

Так же как это было с таблицей [5,c.166-167], но только для гиперболических функций, получена таблица эквива-лентных соотношений 4 для перехода от гиперболических функций к алгебраическим. Аналогично таблице 1 получе-на таблица 4 перехода от гиперболических функций к ал-гебраическим. Так же как это было с таблицей 2, получена таблица 5 эквивалентных соотношений между обратными гиперболическими функциями.

Таблица 3 может быть переписана в более удобной форме (6х6) к таблице 4. Эта таблица позволяет делать выбор соответствующей подстановки при решении инте-гралов.

Таблица 3. Таблица функциональных преобразований к алгебраическому виду

№№ Функция Эквивалент №№ Функция Эквивалент

1 xarcschcschxarshsh = x 10 xarchcthxarcthch = 1

2 -x

x

2 xarcthcschxarchsh = 12 -x 11 xarthcthxarsechch = 1-

x

3 xarsechcschxarthsh = 2

1 x

x

- 12

xarshcthxarcschch =

x

x21+

4 xarchcschxarcthsh = 1

1

2 -x

13 xarcschsechxarshth =

21 x

x

+

5 xarthcschxarsechsh = x

x2

1- 14 xarcthsechxarchth =

x

12 -x

6 xarshcschxarcschsh = 1-x 15

xarsechsechxarthth =

x

7 xarcschcthxarshch = 21 x+ 16 xarchsechxarcthth = 1-x

8 xarcthcthxarchch = x 17 xarthsechxarsechth = 21 x-

9 xarsechcthxarthch = 2

1

1

x-

18

xarshsechxarcschth =

21

1

x+

Таблица 4. Таблица подстановок для преобразования гиперболических функций к алгебраическому виду

Функция Подстановка х

yarsh yarch yarth yarcth yarsech yarcsch

xsh y 1y 2 2y1

y

1 y

1

2

y

y1 2 y

1

xch 2y+1 y 2y1

1

2y1

y

y

1

y

y+1 2

xth 2y+1

y

y

y1 2_

y y

1 1y2

1 y

1

2

xcth y

y1 2 1 y

y

2

y

1 y

2y1

1

2y+1

xsech 2y+1

1 y

1 2y1

y

1y2 y 2y+1

y

xcsch y

1

1 y

1

2

y

y1 2 1y 2 2y1

y

y

Эквивалентные соотношения между различными об-

ратными гиперболическими функциями с различными аргументами представлены в таблице 5. Эти соотношения так же могут быть использованы в тождественных преоб-

разованиях подынтегральных функций при решении инте-гралов.

Данные таблиц 1–5 представляют собой исчерпыва-ющий базис, применяющийся для тождественных преоб-


3

разований подинтегральных функций. Тригонометрические и гиперболические фигуры и

формулы их описывающие имеют очень мало общего.

Однако, сравнение таблиц 1 и 3 показывает, что в них присутствуют одни и те же алгебраические соотношения.

Таблица 5. Эквивалентные соотношения между обратными гиперболическими функциями

Обратная гипербол. функция

Эквиваленты обратной гиперболической функции

xarsh 2x1arch 2x1

xarth

x

2x1arcth

2x1

1arsech

x

1arcsch

xarch 12-xarsh

x

x 1arth

2

1x

xarcth

2

x

1arsech

1x

1arcsch

2

xarth 2x1

xarsh

2x1

1arch

x

1arcth 2x1arsec

x

2x1arcsch

xarcth 12x

1arsh

12x

xarch

x

1arth

x

12xarsech

12xarcsch

xarsech x

2x1arsh

x

1arch 2x1arth 2x1

1arcth

2x1

xarcsch

xarcsch x

1arsh

x

x1 2

arch

2x1

1arth

2x1arcth 2x1

xarsech

Таблица 6. Сводная таблица эквивалентов

Функция Эквивалент

1 archxch=xarshsh=xarccoscos=xarcsinsin x

2 xarthsech=xarsechth=xarcsincos=xarccossin 21 x-

3 xarcschsech=xarshth=xarcctgcos=xarctgsin 21 x

x

+

4 xarshsech=xarcschth=xarctgcos=xarcctgsin 21

1

x+

5 xarcthsech=xarchth=xarccsccos=xarcsecsin x

-x 12

6 xarshcsch=xarcschsh=xarcseccos=xarccscsin 1-x

7 xarsechcsch=xarthsh=xarccosctg=xarcsintg 2x1-

x

8 xarthcsch=xarsechsh=xarcsinctg=xarccostg x

x- 21

9 xarcthcth=xarthth=xarcctgctg=xarctgtg x

10 xarthcthxarcththxarctgctgxarcctgtg === 1-x

11 xarcthcsch=xarchsh=xarccscctg=xarcsectg 12 -x

12 xarchcsch=xarcthsh=xarcsecctg=xarccsctg 1

1

2 -x

13 xarsechcth=xarthch=xarccoscsc=xarcsinsec 21

1

x-

14 xarchsech=xarsechch=xarcsincsc=xarccossec 1-x

15 xarcschcthxcharshxarcctgcscxarctgsec === 21 x+

16 xarshcth=xarcschch=xarctgcsc=xarcctgsec x

x21+

17 xarcschcsch=xarsechsech=xarccsccsc=xarcsecsec x

18 xarchcth=xarcthch=xarcseccsc=xarccscsec 12 -x

x


4

Сравнивая и объединяя содержание входных и выход-ных данных таблиц 1 и 3 для тригонометрических и гипер-болических функций можно записать сводную таблицу соответствия 6. Данные этой таблицы позволяют более широко и основательно наблюдать парные соотношения в тригонометрических и гиперболических комплексно-оппозиционных функциях.

Из таблицы 6 видно, что все сочетания обратных три-гонометрических функций имеют эквивалентные сочетания обратных гиперболических функций, а вместе они харак-теризуются свойствами единого алгебраического эквива-

лента. Это наблюдение показывает, в каких случаях воз-можен взаимный эквивалентный переход из области три-гонометрических функций в область гиперболических функций, а так же и в область алгебраических функций. Сложные функциональные зависимости в подинтеграль-ных выражениях таким образом можно преобразовывать к виду удобному для интегрирования.

Переход от гиперболических функций к их алгебраиче-ским эквивалентам посредством обратных тригонометри-ческих функций представлен в таблице 7.

Таблица 7. Таблица подстановок для преобразования тригонометрических функций к алгебраическому виду

Функция Подстановка x

yarcsin yarccos yarctg yarcctg yarcsec yarccsc

ix sh iy 2y1-i 2

y+1

iy 2

y+1

i

y

1y2

-i yi

ix ch 2y1 y 2y+1

1 2y+1

y y

1

y

1y2

ixth 2

y1

y

-

i

y

y12

i yi yi

1y2 -i

1 y2 -

i

ixcth y

y12-i - 2

y1

y

-

- i yi - yi -

1 y2 -

- i 1y

2 -i -

ix sech 2y1

1

-

y

1 2y+1

y

y+1 2

y 1 y

y

2

ix csch yi - 2

y1-

- i y

y+12

i -

2y+1i -

1y

y

2 -

- i yi -

Литература:

1. Алексеева Е.Е., Лушников Е.М. О переместительном законе применительно к условно сходящимся рядам // При-кладная математика в инженерных и экономических расчётах. Санкт-Петербург, СПГУВК, 2001.С. 252-261.

2. Алексеева Е.Е. Прикладная математика как основа исследовательской культуры будущего инженера// Наука Красноярья.2003 № 3(08).С.70-87

3. Алексеева Е.Е., Лушников Е.М. Проблемы и решения в теории рядов. Калининград: Янтарный сказ, 2004. 256c. 4. Алексеева Е.Е. Предпосылки возникновения бесконечного ряда// В мире научных открытий. 2014 №4(52). С.672-690 5. Алексеева Е.Е., Лушников Е.М. Интегрирование с преобразованием подинтегральных тригонометрических функций

к алгебраическому виду// В мире научных открытий.2014. №12(60). С 163-172. 6. Алексеева Е.Е., Лушников Е.М. Рационализация математического описания локсодромии в Меркаторских навига-

ционных картах// В мире научных открытий. 2015. №4(64). C. 400-414. 7. Алексеева Е.Е., Лушников Е.М. Нетрадиционная теория рядов. USA, Arizona: LULU, 2010. 235с. 8. Алексеева Е.Е., Лушников Е.М. Ряды и интегралы. Germany: Academic Publishing, 2012. 170с. 9. Болгов В.А, Б.П. Демидович Б.П., ЕфименкоВ.А. Сборник задач по математике для ВУЗов. М.: Наука, 1981. 367с. 10. Виноградова И.А., Олехник С.Н., Садовничий В.А. Задачи и упражнения по математическому анализу. Книга 2.

М.: Высшая школа, 2002. 712с. 11.Воробьёв Н.Н. Теория рядов. 6-е издание, стереотипное. СПб.: Лань, 2002. 408с. 12. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. Наука: 1996. 13. Lushnikov Е.М. Rationalization of mathematical description of Rhumb Line Segmentat condition of Mercators charts//

The conference MTE-ISIS, Koł obrzeg. 2015. pp.452-459. 14. Guenther Hoermann, Roland Steinbauer. Lecture Notes on the Theory of Distributions. Wien: Universitaet Wien, 2009.

160p . 15. Gerlach U.H. Linear Mathematics in Infinite Dimensions. USA: The Ohio State University, 2015. 507p. 17. Irena Swanson. Introduction to Analysis. P: Reed College, 2016. 323p.


5

УДК 167: 371.3: 510.2

Опыт построения физической аксиоматики математики: полученные результаты и направления развития

Астафурова Мария Владимировна, студент Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» (г. Москва)

Аннотация. Предложено ввести в аксиоматику математики научные положения, отражающие осново-

полагающие свойства физического мира. Построение расширенной аксиоматики математики рассматрива-

ется как важный шаг на пути решения шестой проблемы Гильберта. В аксиоматику математики введены

три постулата и аксиома. Одним из полученных следствий является утверждение: В физическом мире все

однородные величины соизмеримы, и всякое реально существующее физическое свойство ограничено снизу

определенным, характерным для данного свойства, минимальным значением, отличным от нуля. Определены

численные значения минимальной длины и минимальной массы. Предсказано существование фундаментального

свойства физического мира, отличного от пространства и времени.

Ключевые слова: аксиоматика математики, аксиоматика физики, шестая проблема Гильберта, однород-

ные величины, соизмеримость, минимальная длина, минимальная масса, пространственно-электромагнитная

модель.

Введение

Задача ученых, занимающихся основами какой-либо науки – приблизить исходные научные положения (опре-деления, постулаты, аксиомы) к реальности окружающего мира. Чем полнее исходная аксиоматика будет отобра-жать свойства окружающего мира, тем правильнее и пол-нее будут полученные на основе такой аксиоматики науч-ные результаты и выводы.

Математика выросла из реального мира, как средство решения конкретных практических задач – счетных, гео-метрических, астрономических [1, 9, 13]. В математической аксиоматике обобщены знания и практический опыт Homo sapiens – «человека разумного».

Выдающийся немецкий математик Давид Гильберт (1862-1943) как-то в шутку сказал (имея в виду аксиомати-зацию геометрии): Следует добиться того, чтобы с равным успехом можно было говорить вместо точек, прямых и плоскостей о столах, стульях и пивных кружках. В этом высказывании содержится не только юмор. Одной из главных задач, стоящих перед математикой, является со-хранение ее связи с реальным миром. Если математика будет использовать в своем развитии только абстрактные понятия и свою внутреннюю аксиоматику, то она на основе законов формальной логики будет способна производить мысленные конструкции, отдаленные от действительности.

Исследования английского философа Бертрана Рассе-ла (1872-1970) и австрийского математика Курта Гёделя (1906-1978) показали, что построение идеальной аксиома-тической конструкции, не содержащей внутренних проти-воречий, невозможно в принципе. То есть, не существует конечной совокупности исходных аксиоматических утвер-ждений (определений, постулатов, принципов), из которых с помощью законов формальной логики можно вывести все положения математики.

Математика развивается не сама по себе, ее развива-ют конкретные люди. Поэтому в математике, как и в мышлении человека, есть противоречия. От них никогда не удастся избавиться полностью. Но именно существование этих противоречий обеспечивает математике ее развитие. Следовательно, математика, хоть и признается многими исследователями «царицей наук», данной человеку свыше, она, как и все другие науки, открыта для творческого раз-вития.

В работах [3, 4] было предложено расширить аксиома-тику математики, дополнив ее научными положениями, отражающими основополагающие свойства физического мира. Предполагалось, что такое расширение аксиоматики приблизит математику к описанию окружающего мира, будет способствовать разработке новых аналитических методов и позволит получить новые научные результаты.

Аксиоматика, содержащая такие научные положения, получила название физической аксиоматики математики.

Построение расширенной аксиоматики математики рассматривалось автором работ [3, 4] как важный шаг на пути решения шестой проблемы Гильберта.

Шестая проблема Гильберта – одна из 23 математи-ческих проблем, поставленных Давидом Гильбертом в его докладе в 1900 г. на II Международном конгрессе матема-тиков в Париже [12]. Эта проблема была озаглавлена: «Математическое изложение аксиом физики». Гильберт выделял два вопроса этой проблемы: аксиоматизация тео-рии вероятности и аксиоматизация теории, которая могла бы связать атомистические представления с законами движения, наблюдаемыми как в микро-, так и в макроми-ре.

Рассмотрением вопроса об аксиоматическом построе-нии физики занимались многие исследователи, например [8, 10, 11]. Стремление вывести все наблюдаемые физиче-ские явления из «ясных и отчетливых идей» (первичных принципов, первопричин) можно найти еще в «Principia Philosophiae» Рене Декарта.

По нашему мнению, математика и физика должны иметь равную идеологию построения, основанную на ис-пользовании понятий, приобретенных человеком в процессе практического опыта. В подтверждение данного тезиса укажем следующее: основное понятие математики – нату-ральные числа нельзя осмыслить вне понятия «физический объект», как и понятие физического объекта нельзя осмыс-лить без опоры на понятие о натуральных числах. И мы находим подтверждение этому тезису в словах выдающе-гося российского математика В.И.Арнольда: «Математика является экспериментальной наукой – частью теоретиче-ской физики и членом семейства естественных наук» [2].


6

Физическая аксиоматика математики – новый науч-ный инструмент исследования физического мира

В аксиоматику математики были введены три посту-лата и аксиома:

постулат П1. Физический мир не содержит пустоты. Любая часть физического мира заполнена той или иной физической сущностью;

постулат П2. Движение – неотъемлемое свойство фи-зического мира;

постулат П3. Пространство, или протяженность, – неотъемлемое свойство физического мира;

аксиома А1. Всякое свойство физического объекта в ко-личественном выражении может быть представлено чис-лом конечного значения.

Одним из полученных следствий является утвержде-ние: В физическом мире все однородные величины соизме-римы, и всякое реально существующее физическое свой-ство ограничено снизу определенным, характерным для данного свойства, минимальным значением, отличным от нуля [4, 7]. Под однородными величинами понимаются величины, имеющие одну физическую природу, относящи-еся к проявлению одного физического свойства.

Частными следствиями утверждается существование в физическом мире минимальной длины и минимальной массы. Эти утверждения имеют особый физический смысл, они влияют на наше представление об устройстве окру-жающего мира и на его математическое описание.

Отметим, в качестве уточнения понятий, что под суще-ствованием минимальной длины и минимальной массы подразумевается существование материальных объектов минимальной длины и минимальной массы.

Определение численного значения минимальной массы Для показания истинности утверждения о существова-

нии минимальной массы в работах [4, 5] проведен анализ спектра масс элементарных частиц. Этот анализ позволил выделить три группы частиц с принципиально отличаю-щейся величиной массы покоя: фотон и нейтрино (нулевая масса), электрон (0,511 МэВ/с2), все другие частицы (≥105,66 МэВ/с2). Сопоставление этих трех групп привело к следующим выводам:

- фотон и нейтрино необходимо рассматривать не как элементарные частицы с нулевой массой, а как объекты микромира, у которых отсутствует свойство массы;

- физическая природа массы электрона отлична от фи-зической природы массы всех других элементарных ча-стиц;

- все элементарные частицы (без электрона), независи-мо от различия их свойств, можно рассматривать как множество объектов с одной физической природой их мас-сы.

Рассматривая выделенное множество однородных ве-личин, характеризующих массу покоя элементарных ча-стиц, алгебраическим методом определено численное зна-чение минимальной массы, равное 34,75 МэВ/с2.

Также была предложена формула для расчета числа носителей элементарной массы (n) в структуре элементар-ной частицы. В ряде случаев расчетные значения n соот-ветствуют нескольким элементарным частицам, отличаю-щимся по свойствам. По нашему мнению, частицы с од-ним значением n являются различными формами одной частицы. Эти формы могут отличаться наличием или от-сутствием носителя заряда в их структуре, симметрией или каким-либо другим внутренним свойством. Предложенное объяснение вполне соответствует принятому в современной

физике взгляду на протон и нейтрон, как на два различных состояния одной частицы – нуклона.

На основе полученных данных предложены качествен-ные модели внутреннего строения наиболее устойчивых элементарных частиц – мюона и протона.

Определение численного значения минимальной длины и ограничение области применения теоремы Пифагора

Для показания истинности утверждения о существова-нии минимальной длины в работе [4] был проведен анализ экспериментальных данных, характеризующих размеры фундаментальных объектов, относящихся к различным иерархическим структурам. Графическим методом, с ис-пользованием метода экстраполяции, получено доказа-тельство существования в физическом мире минимальной длины и определено ее численное значение, равное ~10–17 м (оценка). Минимальную длину можно рассматривать как естественную единицу измерения длины объектов микро-мира.

Существование минимальной длины означает, что все физические отрезки соизмеримы. Соизмеримость величин означает, что их отношение является рациональным чис-лом. Однако данное утверждение, на первый взгляд, всту-пает в противоречие с теоремой Пифагора. Согласно рас-четам, выполненным на основе этой теоремы, длина диаго-нали квадрата может выражаться иррациональным чис-лом, из чего следует вывод о существовании несоизмеримо-сти отрезков.

Выполненный анализ показывает, что данное противо-речие является кажущимся. В физическом мире область применения теоремы Пифагора ограничена. Эти ограни-чения связаны с кривизной реального физического мира (необходимо учитывать при рассмотрении объектов мак-ромира) и с существованием минимальной длины (что существенно для микромира).

Решение проблемы несоизмеримости радиуса и окружности

Однако возникает вопрос: как объяснить несоизмери-мость длины радиуса и длины окружности? Несоизмери-мость этих двух величин, на первый взгляд, вступает в противоречие с выводом о существовании минимальной длины и соизмеримости длины любых отрезков.

В математике длина рассматривается как некая про-тяженность, безотносительно к физической природе рас-сматриваемого (измеряемого) объекта. Длина отрезка, дуги, окружности, любой криволинейной линии понимает-ся в математике единообразно – как вполне определенная протяженность объекта, как «длина вообще». Но является ли эта абстракция полностью применимой к объектам физического мира? Другими словами, можно ли считать измеренные величины длины различных физических объ-ектов однородными величинами?

Допустим, что длина радиуса (r) и длина окружности (l) имеют одну физическую природу: являются следствием проявления одного физического свойства – свойства про-странства (протяженности). Примем также, что радиус и окружность образованы последовательностью минималь-ных длин. Будем при этом считать, что в случае окружно-сти эти минимальные длины имеют форму дуг.

Проведем мысленный эксперимент: разрежем окруж-ность в точке стыка минимальных длин и распрямим еди-ничные дуги и всю разрезанную окружность в прямую линию. Мы получили отрезок длиной l = 2πr. С точки зре-ния допущения о единой физической природе радиуса и окружности отрезки длиной r (радиус) и l = 2πr (выпрям-


7

ленная окружность) должны быть соизмеримы. Однако число π является иррациональным числом, следовательно, величины r и l, де-факто, несоизмеримы.

Таким образом, допущение об однородности величин r и l является ошибочным. Радиус и окружность необходимо рассматривать как проявление различных свойств физиче-ского мира [4, 6].

Предсказание существования фундаментального свой-ства физического мира, отличного от пространства и вре-мени

С проявлением каких свойств физического мира следу-ет связывать длину радиуса и длину окружности?

Можно предположить, что радиус (и вообще линейный размер физических объектов) обусловлен проявлением свойства пространства (протяженности), а окружность (а также сфера, сечением которой является окружность, все другие фигуры вращения, криволинейные линии, а также, по-видимому, волны), – обусловлены проявлением некото-рого другого фундаментального свойства физического ми-ра. Именно это свойство обусловливает образование в Природе таких тел вращения, как галактики, звезды и планеты.

Таким образом, анализ проблемы несоизмеримости радиуса и окружности приводит к принципиальному вы-воду о существовании фундаментального свойства физиче-ского мира, отличного от пространства и ответственного за образование в Природе тел вращения.

Перед исследователями, работающими в области фи-лософии и теоретической физики поставлена задача поис-ка и изучения данного, теоретически предсказанного, фун-

даментального свойства физического мира. Какие предположения можно сделать о природе этого

свойства? Вполне очевидно, что данное свойство не является вре-

менем. Время не может являться источником и причиной образования в природе сферических тел.

Обратим внимание на такие физические явления, как электромагнитные волны, электрический заряд, магнитное и электрическое поле. Эти явления, в том или ином виде, проявляются в каждом объекте и процессе физического мира. Например, известно, что все пространство нашей Вселенной заполнено электромагнитным излучением с длинами волн в диапазоне от километров до долей анг-стрема. Также известно, что все вещество Вселенной со-держит электрически заряженные частицы.

Можно заключить, что все эти явления обусловлены проявлением некоторого фундаментального свойства фи-зического мира. Учитывая характер его проявления, назо-вем его «электромагнитным свойством». Если тезис о су-ществовании данного фундаментального свойства принять за основу, то материальный мир следует рассматривать как пространственно-электромагнитный континуум. Па-раметр времени появляется как следствие процессов, про-текающих в пространственно-электромагнитном контину-уме.

Развитие пространственно-электромагнитной модели физического вакуума и материального континуума в це-лом является, по нашему мнению, одним из наиболее пер-спективных направлений исследований в области теорети-ческой физики и философии.


1. Арнольд В.И. Что такое математика? / 2-е изд. – М.: Изд-во МЦНМО, 2008. – 104 с. 2. Арнольд В.И. Математика и математическое образование в современном мире. [Электронный ресурс]. – URL:

http://viperson.ru/articles/vladimir-arnold-matematika-i-matematicheskoe-obrazovanie-v-sovremennom-mire 3. Астафурова М.В. Опыт построения физической аксиоматики математики // VII Всесиб. конгресс женщин-

математиков (в честь Софьи Васильевны Ковалевской): сб. докл. – Красноярск: СФУ, ИВМ СО РАН, 2012. С. 3-8. 4. Астафурова М.В. Опыт построения физической аксиоматики математики. − Бугульма: НО ФӘН-НАУКА, 2013. –

84 с. 5. Астафурова М.В., науч. руков. Маренный А.М. Обоснование существования минимальной массы и расчет ее чис-

ленного значения // Вестник Московского университета им. С.Ю. Витте. Образовательные ресурсы и технологии. 2014. № 1 (4). С. 262-269. [Электронный ресурс]. URL: http://www.muiv.ru/vestnik/pdf/pp/ot_2014_1_262-269.pdf

6. Астафурова М.В., науч. руков. Астафуров В.И. Некоторые следствия, вытекающие из несоизмеримости длины ра-диуса и окружности // Вестник Московского университета им. С.Ю. Витте. Образовательные ресурсы и технологии. 2014. № 1 (4). С. 256-262. [Электронный ресурс]. URL: http://www.muiv.ru/vestnik/pdf/pp/ot_2014_1_256-262.pdf

7. Астафурова М.В., Добрецов С.Л., Астафуров В.И. Философский и логико-математический подходы к проблеме ми-нимальных значений физических свойств // Новые идеи в философии. 2017. Вып. 4 (25). С. 163-172. (Изд-во Перм. гос. нац. иссл. ун-та).

8. Бунге М. Философия физики / пер. с англ., 2-е изд. – М.: Едиториал УРСС, 2003. – 320 с. 9. Курант Р., Роббинс Г. Что такое математика: Элементарный очерк идей и методов / пер. с англ. – М.-Л.: Гостехиз-

дат, 1947. – 664 с. 10. Мах Э. Механика. Исторнко-критический очерк ее развития. – СПб.: Т-во «Общественная польза», 1909. – 450 с. 11. Нейман И. Математические основы квантовой механики. – М.: Наука, 1964. – 368 с. 12. Проблемы Гильберта: сборник / под ред. П.С.Александрова. – М.: Наука, 1969. – 240 с. 13. Успенский В.А. Апология математики / 2-е изд. – СПб.: Амфора, 2012. – 554 с.

http://viperson.ru/articles/vladimir-arnold-matematika-i-matematicheskoe-obrazovanie-v-sovremennom-mire

http://www.muiv.ru/vestnik/pdf/pp/ot_2014_1_262-269.pdf

http://www.muiv.ru/vestnik/pdf/pp/ot_2014_1_256-262.pdf


8

Рассеяние скалярных волн на одной кристаллической плоскости

Игнатович Владимир Казимирович Лаборатория нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований, Дубна, РФ

Аннотация. Точно решается задача о рассеянии скалярной частицы на кристаллической плоскости с квад-

ратичной ячейкой и идентичными неподвижными рассеивателями. Указывается на противоречие стандарт-

ной теории рассеяния

Ключевые слова: нейтронная оптика, дифракция, многократное рассеяние волн, сферические волны.

Scattering of scalar waves on a single crystalline plane

Ignatovich V.K. Summary. Scattering of a scalar particle on a crystalline plane with quadratic cell and identical fixed scatterers is

solved precisely. Contradiction of the standard scattering theory is pointed out.

Keywords: neutron optics, diffraction, multiple waves scattering, spherical waves.

Введение

Терпеть не могу динамическую дифракцию. Никогда не любил, и никогда не буду. Anonymous. (Из лекции Р. Голуба)

Стандартная динамическая теория дифракции была сформулирована много лет назад (см., Например, [1,2]), и с тех пор все учебники (см. , например, [3,4]) излагают ее почти без изменений. После многих лет чтения лекций по «Нейтронной оптике» и многих публикаций (см., Например, [5]) автор этой статьи решил представить одну часть этой темы в Am.J.Phys, но статья была отклонена, и аргументы редакции и рецензентов представлены здесь в виде эпиграфов.

При изучении предмета было обнаружено, что в современной квантовой теории рассеяния имеются противоречия [6], и они особенно видны в расчетах дифракции нейтронов на одной кристаллической плоскости. Суть противоречия такова: если описывать рассеяние на неподвижных точечных рассеивателях сферическими волнами, то дифракция от одной кри-сталлической плоскости и, следовательно, дифракция от любого совершенного кристалла отсутствуют. Но на самом деле дифракция существует; поэтому природа не использует сферические волны. Очень интересно узнать, что же она действи-тельно использует. Стандартные учебники не дают пищи для размышлений. Они предоставляют только приобретенные знания, которые необходимо усвоить. Студент после усвоения стандартных учебников может стать настоящим ученым только, если он сохранит любопытство, достаточно смел, чтобы позволить себе сомневаться в приобретенных знаниях, и в то же время имеет достаточно прочное математическое образование.

В данной статье представлена точная теория дифракции падающей плоской волны exp(ik0r) скалярной частицы (нейтрона) на одной бесконечной кристаллической плоскости, перпендикулярной оси z в точке z = 0. Плоскость содержит одинаковые атомы прочно закрепленные в узлах квадратной решетки с элементарной ячейкой, имеющей стороны, рав-ные а и направленные вдоль осей х и у, так что координаты атомов равны rn=an, где вектор n=(nx,ny,0) имеет целые ком-поненты nx и ny. Один узел решетки представляет собой точечный неподвижный рассеиватель, а его рассеяние характери-зуется амплитудой рассеяния b. Задача состоит в том, чтобы точно описать дифракцию падающей волны на такой кри-сталлической плоскости. Эту задачу можно считать чисто академической, однако она имеет отношение к реальной жизни, поскольку плоская волна может представлять тепловой нейтрон с длиной волны 1 Ангстрем, а кристаллическая плоскость представлять реальную плоскость внутри реального кристалла с a ≈ 1 Ангстрем. Фиксированные точечные рассеиватели могут быть тяжелыми атомами при нулевой температуре с амплитудой рассеяния b порядка 10-12 см.

История начинается с описания волновой функции для рассеяния плоской волны на одиночном атоме. Эта волновая функция, как показано во всех учебниках, равна

где b -- амплитуда рассеяния [7] и k=|k0|. Чтобы найти дифракцию на всей плоскости, необходимо учитывать перерас-

сеяние волн [8-10] между атомами в плоскости.

Теория многократного рассеяния волн (МРВ) Статья не достигает главной цели: представить в простом и ясном виде теоретическое описание процесса многократного рассеяния волн. Учебники и обзоры, доступные в современной литературе, хорошо объясняют все эффекты, рассмотренные в настоящей работе. (Рефери Am.J.Phys)

В (1) рассеивающий атом находится в точке r=0. Если он находится в точке r1 то волновая функция имеет вид

где ψ0(r)=exp(ik0r), и множитель ψ0(r1) представляет собой поле, освещающее рассеиватель. Если имеются 2 ррассеива-

теля в точках r1,2, то полная волновая функция равна


9

Где множители ψ1,2 учитывают перерассеяние между центрами. Они определяются из уравнений

где η=exp(ikρ)/ρ, и ρ=|ρ|=|r1-r2|. Система уравнений имеет решение

При больших r волновая функция (3) может быть представлена в виде

где

и использовано приближение причем k=kr/r. Подстановка (5) в (7) дает

где q=k0-k –переданный импульс. Из этого простого упражнения видно, что амплитуда рассеяния зависит не только

от переданного импульса q, но также и от волнового вектора падающей, k0, или рассеянной, k, волн. Большой интерес представляет знаменатель в (8). При некоторых ρ и k он может оказаться малым, и тогда |B| может оказаться значительно больше b1,2. Интересно посмотреть, нельзя ли ядерные силы объяснить таким образом.

Вышеприведенное простое упражнение легко обобщается на многие рассеиватели. Если имеются N фиксированных рассеивателей с различными амплитудами рассеяния bi, то полная волновая функция с учетом многократного рассеяния равна

Поле ψj освещающее j-й рассеиватель определяется из системы уравнений

где Существуют множества атомов, для которых система (10) может быть решена аналитически. Одно из них - это кристаллическая плоскость, показанная на рис.1 с одинаковыми bn=b и rn=an, где вектор n=(nx,ny) имеет целые компоненты nx,y. Из соображений симметрии следует, что

Подстановка в (10) дает C=1-CbS, и C=1/(1+bS), где

Рис.1. Бесконечная кристаллическая атомная плоскость, перпендикулярная плоскости рисунка, и падающая плоская волна с волновым вектором k0. Атомы

находятся в плоскости x, y, которая пересекает ось z в точке z = 0. Элементарная ячейка плоскости -- квадрат со сторонами длины а вдоль осей х и у. Ось y перпендикулярна плоскости рисунка и направлена к читателю.

Подстановка (11) в (9) приводит к полной функции

где суммирование ведется по бесконечному числу атомов в кристаллической плоскости [11]. Она имеет вид функции,

полученной по теории возмущений без использования многократного рассеяния, и все многократное рассеяние содержит-ся в коэффициенте перенормировки C, который будет рассмотрен позже, и окажется, что в строгой стандартной теории рассеяния C = 0, т.е. кристаллическая плоскость вообще не может рассеивать, и она невидима для падающей плоской волны. Поэтому дифракция на кристалле невозможна. Однако дифракция существует, поэтому результат C = 0 пред-ставляется невозможным, но стандартная теория рассеяния приводит именно к нему, а значит, в ней содержится проти-воречие.

Дифракция от одной кристаллической плоскости Большинство студентов на Западе не поймут это, пока не поступят в аспирантуру. Учителя средней школы и их учени- ки, которые являются предполагаемой аудиторией журнала, не имеют ни знания ни интереса к чтению данной статьи. (Рефери Am.J.Phys.)


10

Полная волновая функция, представленная формулой (13), ничего не говорит о дифракции. Требуется просуммиро-вать по всем атомам, и это будет сделано ниже, т.к. есть хороший способ, как поступать с произвольными суммами.

Суммирование произвольных сумм Рассмотрим сумму

произвольных функций f(n). Ее можно преобразовать к виду

где

и n - непрерывная переменная. Рецепт можно легко проверить, применив такое же преобразование к (15). В результа-

те получается

Это похоже на трюк, но может быть строго доказано. Действительно, сумма (14) может быть представлена комплекс-

ным интегралом

по замкнутому пути в комплексной плоскости, как показано на рис. 2. Разложение функции 1/(1-exp(2πiz)) по степе-

ням exp(2πNiz) на верхней половине пути и по степеням exp(-2πNiz) в нижней половине пути приводит к сумме (15) со слагаемыми (16).

Рис.2. Замкнутый путь интегрирования (18) в ком-плексной плоскости.

Конечно, нет смысла преобразовывать конечную сумму в бесконечную. Однако в случае бесконечной суммы (13) это оказывается полезным. Обобщение (16) на двойные суммы тривиально, поэтому (13) можно представить в виде

или в виде

где r'|| - координаты в плоскости, N2=1/a2 – число атомов на единице площади плоскости, bC=bC - перенормированная

амплитуда рассеяния одиночного атома и введены вектора τ=2πm/a обратной плоской решетки. Из (20) следует, что тре-буется двумерное разложение Фурье сферической волны.

3-х-мерное разложение Фурье сферической волны Чтобы найти двумерное разложение, начнем с хорошо известного трехмерного разложения Фурье сферической вол-

ны. Оно имеет вид

Чтобы доказать равенство правой и левой частей, подставим в правой части d3p=p2dpdφdcosθ, и проинтегрируем по

углам. В результате получим

Так как г> 0, то путь интегрирования в комплексной плоскости переменной интегрирования р может быть замкнут

бесконечным полукругом в верхней части плоскости, а результатом интегрирования по замкнутому пути является вычет в единственном полюсе при p=k+iε. Этот вычет равен πiexp(ikr), а его подстановка в (22) дает левую часть в (21). Из (21) легко вывести, какому уравнению удовлетворяет сферическая волна. Действительно, применение оператора Δ+k2 дает

2-мерное Фурье разложение сферической волны Двумерное Фурье разложение сферической волны получается из (21) представлением d3p=dpzd2p||, и p2-k2-iε=pz

2-p┴2-iε,


11

где и вектор p|| лежит в плоскости (x,y). В результате получаем

Под интегалом имеются 2 полюса при pz=±(p┴+iε). Путь интегрирования можно замкнуть в комплексной плоскости

интегральной переменной pz бесконечным полуокругом в верхней половине плоскости, когда z>0 и в нижней половине, когда z<0. В обоих случаях внутри замкнутого пути остается только один полюс, поэтому результат интегрирования равен

Противоречие в квантовой теории рассеяния Парадоксы и ": противоречия в современной кван- товой теории рассеяния возникают из-за ошибоч- ных интерпретаций автора некоторых фундамен- тальных результатов теории рассеяния. (Рефери Am.J.Phys) Интересно: каких именно?

Рассмотрим волновую функцию (1). Она содержит падающую волну, которая удовлетворяет свободному уравнению,

и рассеянную сферическую волну, удовлетворяющую (23). Последнее уравнение неоднородно. Значит, сферическая

волна не соответствует свободной частице и ее нельзя использовать. Стандартное возражение против этого утверждения состоит в следующем: точка r=0 никого не интересует, а вне этой точки сферическая волна удовлетворяет свободному уравнению Шредингера. Поэтому сферическая волна описывает свободные частицы. Однако этот аргумент никуда не годится. Действительно, рассмотрим потенциальную яму и частицу в связанном состоянии в ней, как показано на рис. 3. Вне ямы частица удовлетворяет свободному уравнению Шредингера, однако она не является свободной, и отличительной чертой связанного состояния является экспоненциальное затухание волновой функции при удалении от ямы. В случае простой сферической ямы кинетическая энергия k2 в уравнении Шредингера отрицательна. Но можно представить себе цилиндрическую потенциальную яму с произвольно высокой скоростью движения вдоль цилиндра. В этом случае полная кинетическая энергия k2 вне ямы может быть положительной, тем не менее волновая функция может экспоненциально убывать при удалении от такого потенциала.

Рис.3. Частица в связанном состоянии в потенциальной яме имеет ненулевую волновую функцию вне ямы. Хвосты волновой функции удовлетворяет свободному уравнению (Δ+k2)ψ=0. Если потенциальная яма одномерна, типа по-тенциального желоба, то движение вдоль желоба может быть произвольно быстрым, поэтому полная энергия k2 частицы вне ямы может быть положительной.

Сферическая волна, согласно разложению (25), содержит экспоненциально затухающую часть. Это часть соответству-ет области интегрирования с p||>k. Если исключить эту часть сферической волны, то оставшийся интеграл будет

где пределы интегрирования гарантируют, что интеграл содержит только исходящие плоские волны, поэтому его нель-

зя свести к мнимой части сферической функции

которая содержит и падающую волну. С учетом (27) рассеянные волны после интегрирования по dp могут быть представлены в виде

Где вектор kΩ имеет длину k и направление вдоль углов Ω. Из этого выражения следует, что вероятность рассеяния в

направлении Ω равна

Она безразмерна, и такой размерный параметр, как сечение, может быть определен только искусственно. Чтобы

иметь последовательную теорию, нужно использовать волновые пакеты и вводить нелинейность. Волновой пакет без не-линейного волнового уравнения не помогает получить сечение рассеяния. В дифракции мы имеем дело только с вероятно-стями, поэтому проблем с получением сечений рассеяния не возникает.

Дифракция от кристаллической плоскости Подставим (25) в (20), а затем, принимая во внимание, что для всех атомов в нашей кристаллической имеет место

zn=0, получаем


12

где и κ=2πN2bC. Заметим, что для тепловых нейтронов в общем случае

имеет величину порядка 10-4<<1, т.е. рассеяние на одной кристаллической плоскости очень мало. Теперь мы можем подвести итог: рассеяние на плоскости приводит к созданию набора дискретных дифрагированных

плоских волн, симметрично распространяющихся по обе стороны от кристаллической плоскости. Дифрагированные вол-

ны распространяются с волновыми векторами kτ=( kτ||,kτ┴), где kτ||=k0||+τ, τ=τ1n, τ1=2π/a, и n является двумерным вектором с целочисленными компонентами. Амплитуды волн равны

Видно, что число дифрагированных волн бесконечно, однако число распространяющихся плоских волн конечно, так

как при достаточно большом n нормальная составляющая волнового вектора становится мнимой и соответствую-щие дифрагированные волны экспоненциально убывают при удалении от кристаллической плоскости. Согласно выше-приведенному рассуждению из сферической волны, из интеграла в (31), необходимо исключить экспоненциально затуха-ющие волны. Тогда экспоненциально затухающие волны не появятся и в (32). Однако экспоненциально затухающие вол-ны иногда требуются. Если вблизи нашей кристаллической плоскости имеется другая плоскость, то экспоненциально за-тухающая волна от первой плоскости может достичь вторую и в процессе дифракции может создать дифрагированные распространяющиеся волны.

Следует также обсудить амплитуды (33) дифрагированных волн. Так как волновой вектор k0 падающей волны про-

изволен, может случиться так, что для некоторого вектора τ обратной решетки (33) становится настолько малым, что | fτ | >> 1. Возникает вопрос: что это значит и действительно ли это возможно? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть роль фактора перенормировки C, который не является константой, а зависит от падающего волнового векто-ра k0. Роль C заключается в сохранении унитарности, которая эквивалентна закону сохранения энергии.

Унитарность для единичного рассеивателя Рассмотрим простейшую волновую функцию, заданную формулой (1). Нетрудно доказать, что для удовлетворения

условия унитарности в отсутствии поглощения амплитуда рассеяния должна иметь вид

где b0 вещественное число. Докажем это. Подставим (25) в (1) и выберем ось z в направлении распространения пада-

ющей волны. Тогда волновая функция представится в виде

Представим две плоскости перпендикулярные оси z: перед, S1, и после, S 2, рассеивателя. Унитарность означает требо-

вание, чтобы плотность потока частиц, следующих после рассеяния влево, плюс плотность потока частиц, ,

идущих после рассеяния вправо, должна быть равна плотности потока падающих частиц, идущих к рассеиваю-щему центру через плоскость S1. Вычислим эти потоки.

Плотность падающего потока Прежде всего, напомним определение плотности потока. Для волновой функции ψ(r) плотность потока через плоскость

S с нормалью вдоль оси z равна

Где S здесь – площадь по которой производится интегрирование, а стрелки над производными показывают, какую

сторону следует дифференцировать. Таким образом, для ψ0=exp(ikz) плотность падающего потока равна

Плотность потока рассеянных частиц Подстановка волновой функции (35) в (36) дает плотность потока волн, рассеянных влево

Поскольку рассеяние симметрично, то такой же поток будет получен для волн, рассеянных вправо.

Интерференционная плотность потока Посмотрим на поток частиц, идущий направо от плоскости S2 за рассеивающим центром. Волновая функция пред-


13

ставляет собой суперпозицию падающей и рассеянной волн ψ=ψ0+ψsc. Поэтому ее подстановка в (36) дает интерференци-онную плотность потока

Просуммируем. Требование унитарности означает

Откуда следует

или

Отсюда следует оптическая теорема

где σ=4π|b|2 -- сечение упругого рассеяния. Выражение (34) в точности удовлетворяет оптической теореме (42). Стоит

отметить, что удаление экспоненциально затухающей части сферической волны не сказывается на унитарности.

Унитарность для рассеяния на одной кристаллической плоскости Унитарность для кристаллической плоскости формулируется тем же уравнением (40), однако плотность потока по от-

ношению к плоскости определяется нормальной составляющей волнового вектора. Например, плотность потока падаю-

щей волны равна Из (32) следует, что

и

Следовательно, условии унитарности означает

или

Отметим, что все в сумме (46) вещественны. Поэтому экспоненциально затухающие волны не вносят вклада в унитарность.

Вычисление фактора перенормировки C Вычислим фактор перенормировки C, чтобы доказать, что он действительно помогает удовлетворить (46). Для этого

применим к (12) правило суммирования (15-20). Если бы не было ограничения n ≠ 0 в (12), мы получили бы результат, как в (32)

Однако слагаемое с n=0 в левой части является сингулярным и неприемлемым. Поэтому оно должно быть исключено.

Исключение можно сделать, как показано на рис. 4. Интеграл по большой замкнутой петле дает результат в правой ча-сти (47), а для исключения точки n = 0 к (47) добавляется интеграл против часовой стрелки вокруг этой точки, что дает

Рис. 4. Чтобы исключить точку n=0 в суммировании, можно провести интегрирование (18) по двум замкну-тым путям, показанным в верхней части рисунка. Од-нако их можно преобразовать, как показано в нижней части рисунка.

Отметим, что, если экспоненциально убывающую часть не удалять из сферической волны, то сумма в (47) будет со-

держать вещественные и мнимые Поэтому S в (47) оказывается комплексным числом, и перенормированная ам-плитуда рассеяния оказывается равной


14

где

Видно, что фактор перенормировки, во первых, отменяет слагаемое ikb0 в (34), которое обеспечивает унитарность для

единичного рассеивателя, во вторых, он перенормирует вкщественную часть b0 на b1 и, наконец, создает новую мнимую часть ib1S'' в знаменателе, которая необходима для удовлетворения условия унитарности для рассеяния от кристалличе-ской плоскости. Не трудно видеть, что (49) действительно удовлетворяет соотношению (46).

Проблема перенормировки вещественной части b0 в (50) Вещественная часть b0 амплитуды b перенормируется, как следует из (50), только с той частью суммы, которая со-

держит мнимые Они проистекают из экспоненциально убывающей части сферической волны. Сумму

при больших где n=(nx,ny) содержит большие целочисленные компоненты nx,y, можно предста-

вить в виде

И эта сумма расходится. Поэтому перенормированное значение b1 становится равным нулю, кристаллическая плос-

кость становится невидимой для падающих волн и, вопреки нашему опыту, рассеяние на плоскости не создает дифрак-ции. Это доказывает, что описание рассеяния с помощью сферических волн противоречиво. Если исключить экспоненци-ально убывающую часть от сферической волны, то вещественная часть амплитуды рассеяния b0 перенормироваться не будет.

Проблема сингулярности =0 в (32) Теперь можно решить проблему, которая появляется в (32): для некоторых волновых векторов k0 падающей волны од-

на из компонент может оказаться близкой к нулю. В этом случае фактор перенормировки С также обращается в

ноль, потому что он содержит 1/ в знаменателе. Поэтому амплитуды всех дифрагированных волн обращаются в

ноль, кроме той волны, амплитуда которой тоже содержит в знаменателе. Амплитуда же этой волны оказывается равной единице, и она распространяется целиком вдоль плоскости кристалла. Было бы очень интересно наблюдать такой эффект, который должен быть виден не только для одной кристаллической плоскости, но и для всего кристалла.

Заключение История о кристаллической плоскости и скалярной волне закончена. Однако эта история является лишь началом

многих других историй. Среди них можно выделить: определение оптического потенциала среды, дифракцию скалярных волн на монокристаллах, дифракцию электромагнитных волн и многие другие. Однако одним из наиболее важных мо-ментов представленной истории является демонстрация имеющегося противоречия квантовой теории рассеяния. Без раз-решения или обсуждения этого противоречия квантовая теория обречена на стагнацию.

Благодарности Я благодарен своим студентам, которые были терпеливы, вежливы, и иногда их сияющие глаза вызывали у меня

ощущение, что они мои лекции им нравятся. Я также благодарен единственному рецензенту Am.J.Phys., который оценил мою статью. Он выдающийся ученый, но его голос утонул в голосах тех, кто может только учиться, но не способен думать.


[1]Paul Peter Ewald `Kristalle und Röntgenstrahlen'' (Springer, 1923) [2] G.E. Bacon `Neutron Diffraction'' Oxford University Press 1955. [3] R.T. Bush ''The Ewald Construction and the Bragg Law of Diffraction in a First Course in Solid-State Physics.'' Am. J.

Phys. 37, 669 (1969) [4] B. D. Hall Introductory crystallography for solid-state physics: Computer simulations in two dimensions.'' Am. J. Phys.

66, 19 (1998). [5] M. Utsuro, V. K. Ignatovich, “Handbook of Neutron Optics” (Wiley-VCH, Weinheim, 2010). [6] Ignatovich VK. Contradictions in scattering theory. Concepts of Phys. 1 51-104 (2004). [7] It is common to write sign + before scattered spherical wave, but it is more appropriate to write there minus, which

means redefinition of the sign of the scattering amplitude b. With such a choice positive b corresponds to positive optical poten-tial of a medium u=4πN0b, where N0 is atomic density of the medium [5].

[8] Foldy L.L. The multiple scatteling of waves.'' Phys.Rev. 67 (3) 107-19 (1945) [9] Lax M. `Multiple scattering of waves''. Rev.Mod.Phys. 23 287-310 (1951). [10] Lax M. `Multiple scattering of waves II. The Effective Field in Dense Systems''. Phys.Rev. 85 (4) 621-629 (1952). [11] Glasser M.L. The evaluation of lattice sums. I. Analytic procedures.'' J.Math. Phys. 14 (3) 409-413 (1973).


15

Сингулярно возмущенные уравнения с аналитическими функциями теряющие единственность при вырождении

Алыбаев Курманбек Сарманович, доктор физико-математических наук, профессор Жалал - Абадский государственный университет

Мурзабаева Айтбу Бусурманкуловна, старший преподаватель Ошский технологический университет

Аннотация. Исследовано асимптотическое поведение решений сингулярно возмущенных уравнений с ана-

литическими правыми частями, теряющие единственность при вырождении.

Ключевые слова: сингулярно возмущенное уравнение, предельное соотношение, область притяжения.

Обзор ранних исследований В теории сингулярно возмущенных уравнений одним из основных проблем является задача о предельном переходе. Кратко данную задачу можно сформулировать следующим образом. Пусть рассматривается уравнение

,,, txtftx , (1)

С начальным условием

0

0, xtx , (2)

0 - малый параметр; ,,...,,,1

txtxtxn

, Ttt 0

.

При 0 из (1) получаем, соответствующее, вырожденное уравнение

0, tutf (3)

Предположим, что (3) имеет изолированное, непрерывное, решение tutu0

определенное при Ttt 0

.

Задача. При каких требованиях на функцию ,, txtf для ,tx - решения задачи (1) - (2) справедливо

предельное соотношение

0

0,lim utx

для Ttt

0.

В наиболее общем виде данная задача решена в [1]. Во всех исследованиях связанных с задачами о предельном переходе рассматривались случаи, когда вырожденное уравнение имеет одно решение.

Сингулярно возмущенные уравнения с аналитическими функциями, когда вырожденные уравнения имеют одно решение исследованы в работах [2-3-4-5], случаи, когда вырожденное уравнение имеет несколько решений ранее не рассматривались.

В данной работе исследования будут проведены в этом направлении. Одной из особенностью данной работы является, то что при исследовании задачи о предельном переходе не требуется устойчивость точек покоя по Ляпунову[1].

Постановка задачи Пусть рассматривается сингулярно возмущенное уравнение

,,, tztftz (4)

где 0 - малый параметр; Ct и – односвязная область комплексной плоскости;

,tz - неизвестная скалярная функция.

Предположим выполнения условий:

U.1 HQztf , - пространство аналитических функций в области 0

,, aztztH , где

0a - некоторое комплексное число,

,0R .

При 0 из (4) получим, вырожденное уравнение

0, ttf (5)

U.2. Пусть tat 1 , tbt

2 решение уравнения (2) удовлетворяющие условию

Qtbta , .

Пусть 0

t и её внутренняя точка.

Определение 1. Пусть: 1. ,tz решение уравнения (4), удовлетворяющее условию 0

0, ztz .

2. Существует область 1

содержащая точку 0

t и tatzt

,lim0

1

При выполнении условий 1-2 область 1

будем называть областью притяжения корня (решения) ta .


16

Задача. Найти области притяжения корней ta и tb содержащиеся в .

Решение этой и других задач составляет предмет наших дальнейших исследований. Решение задачи для одного уравнения Рассмотрим сингулярно возмущенных уравнений следующего вида (уравнение Бернулли)

,,, 2 tztbtztatz (6)

с начальным условием

0

0, ztz (7)

где t , 0

t и её внутренняя точка;

Этот тривиальный случай рассматривается для прогнозирования дальнейших исследований.

U. Пусть Qtbta , и t 0,0 tbta

Вырожденное уравнение, соответствующее (6) имеет решения (корни)

01

t и tb

tat

2 .

Согласно условия U функция Qt2

.

Задача: Определить области притяжения содержащиеся в для решений

t1 , t

2 .

Для решения этой задачи поступим следующим образом. Обе части уравнения (6) разделив на ,2 tz , данное

уравнение представим в виде

tbtz

ta

tz

,,

1 (8)

Уравнение (8) линейное, относительно функции ,1

tz, и её решение можно представить так

t

t

dbF

ztF

ztz0

expexp, 00

, (9)

где datFt

t

0

Выражение

0exp0

0

db

Fz

t

t

, за исключением отдельных частных случаев.

Теперь исследуем асимптотическое поведение функции (9), в области , при 0 .

Вернемся к функции datFt

t

0

. (10)

Если учесть условие U, то

0 tatFt .

Отсюда следует, что функция F(t) не имеет нулей в области . Пологая 21

ittt , где 21

, tt действительные

переменные, 1i , введем обозначения

tFttFtF1211

,Re , tFttFtJmF2212

, .

Функции tFk

2,1k являются сопряженно гармоническими функциями.

Наши дальнейшие исследования будут проведены с использованием линии уровней гармонических функций. Введем следующее определение

Определение 2. Множество constLtFtkk назовем линией уровня функции tF

k и обозначим

kL .

Поскольку 0 tatFt , то отсюда следует

0000

1

2

2

2

2

1

1

1

t

F

t

F

t

F

t

Ft .

Для определенности возьмем


17

0

2

1

t

Ft . (11)

Тогда

0

1

2

t

Ft . (12)

Это следует из того, что

1

2

2

1

t

F

t

F

.

Из условия 0 tFt также следует, что через любую точку области проходит единственная линия

уровня функции tFk

. Линии уровня tF1

и tF2

, в точках пересечения, являются взаимно ортогональными [6 ].

Таким образом область полностью покрывается сетью взаимно ортогональных линии уровней функций tFk

.

Возьмём линии уровня

001101 tFtFL и 0

02202 tFtFL

Линии уровня 01

L и 02

L пересекаются в точке 0

t и область делят на четыре части (рис.1.)

Эти части обозначим j

4,3,2,1j

Рис.1

Пусть consttFtLkk

2,1k .

Справедлива следующая лемма

Лемма 1. По линии уровня 2

L функция tF1

строго монотонна. Также, по линии уровня 1

L функция tF2

строго монотонна. С доказательством леммы можно ознакомится в [6].

Согласно леммы 1 001141

tFtFt .

При этом равенство имеет место только для t принадлежащих линии 01

L . Для определенности возьмём

0141

tFt . Тогда 0132

tFt .

Теперь перейдем к исследованию асимптотического представления функции (9) в области . Рассмотрим следующие случаи:

1. 01

Lt 2. 41

t 3. 32

t .

Отметим, в наших дальнейших исследованиях асимптотическое поведение интеграла

db

FtJ

t

t

0

exp

является существенным. При исследовании tJ надо будеть выбрать соответствующие пути интегрирования.

Пусть 01

Lt . В (7) для интеграла tJ путь интегрирование выберем так: путь состоит из части 01

L

соединяющего точки 0

t и t . Путь интегрирование можно представить в виде определенной (явной) функции.

Для этого возьмём уравнение

01

tF .

Согласно (5) из этого уравнения определяется однозначная, бесконечно дифференцируемая функция


18

12

tt

с областью определения 211

t , причем 2101

t

и 1020

tt

20100

ittt .

С учетом выбранного пути интегрирования функцию (9) перепишем в виде

112

0

2

01

10

1expexp,

dibFi

ztFi

ztzt

t

(13)

где 11

titt , 11 i .

Возьмем интеграл

112

1exp1

10

dibFi

tJt

t

и к этому интегралу применим интегрирование по частям. Предварительно введем обозначение

1111

1 dibb , 121122

, FF .

121

121

11

121

121

11expexp

1

10

tFi

tF

tb

iF

id

iFbtJ

t

t

1121

121

11

1021

101 exp1

10

dF

i

F

b

itF

tb

i

t

t

.

В полученном выражение последний интеграл имеет порядок (не считая множителя ). В этом можно убедится проинтегрировав этот интеграл ещё раз по частям.

Таким образом для tJ имеем следующее асимптотическое представление

1021

101

121

121

11 exptF

tbtF

i

tF

tb

itJ . (14)

Учитывая (14) функцию (9) запишем в виде

1021

101

121

121

110

2

0 expexp,tF

tbtF

i

tF

tbzitF

iiztz (15)

Отсюда следует, что 01

Lt функция ,tz при 0 предела не имеет, но ограничена по модулю.

2. Пусть 41

t . Для интеграла tJ путь выберем следующим образом: путь состоит из части

01

L соединяющего точки 0

t и t~

; части 2

L соединяющего точки t~

и t .

Заметим, может случится так, что для некоторых t не существует пути соединяющая точки t~

и t . В этом случае

подбирая 2

L определим некоторую область 41

и функцию ,tz будем рассматривать в этой области.

Рассмотрим уравнение

22

LtF . (16)

В силу (6) из (11) определяется бесконечно дифференцируемая, однозначная функция

21

tt (17)

с областью определения 211

t .

Интеграл tJ , с учетом выбранного пути интегрирования представим в следующем виде

,exp

exp1exp

2

2211

2~

11211

~

2

2

1

100

diLF

ib

dFi

ibdF

btJ

t

t

t

t

t

t

где в первом интеграле 11 i ,функция

121F тот же, что и в первом случае; во втором интеграле

22 i ,

221211, FF .

Введем еще следующие обозначения

111

1 bib ,


19

222 bib

Каждый из интегралов проинтегрируем по частям. Для первого интеграла возпользуемся вычислениями проведенными в предыдущем случае. Для второго интеграла имеем

.exp

exp~

~exp

exp

2

2211

~211

22

2

211

222211

211

22

2211

211~

222

2

2

2

2

diLF

F

b

iL

tF

tbiLtF

tF

tb

iLFd

FbtJ

t

t

t

t

Отсюда учитывая, что интеграл содержащееся в [ … ] имеет порядок (в этом можно убедится проведя

интегрирование по частям и учесть 021141 Ft , для интеграла tJ

2 имеем следующее

асимптотическое представление

2

211

222211

211

22

2exp~

~exp

iL

tF

tbiLtF

tF

tbtJ .

С учетом проведенных вычислений для функции ,tz получим асимптотическое представление в виде

2

221

222211

221

22

1021

101

2

121

11022110

exp~

~exp

exp1

exp,

Li

tF

tbiLtF

tF

tb

tF

tbL

i

tF

tb

iz

iLFztz

(18)

Если учесть 021141 tFt , то для значений t достаточно отдаленных от линии

01L имеем

0211tF . Тогда для таких t из (18) получим

0,lim0

tz (19)

3. Пусть 32

t . Для этого случая путь интегрирование выбирается таким же как и в случае 2.

Проведя аналогичные вычисления, которые повторяют вычисления проведенные для случая 2, получим представление (18).

Только в этом случае 0211tF и для значений t достаточно далеких от линии

01L выполняется 0

211tF .

Для осуществления предельного перехода в (18) произведем элементарные преобразования и получим (числитель и

знаменатель (18) умножаем на

2211expiLtF )

))).(exp~

~exp

exp~

1((exp,

211

211

22

211

222211

1021

101

211

121

11022110

tF

tF

tb

tF

tbiLtF

tF

tb

tF

tF

tb

iz

iLtFztz

Отсюда переходя к пределу и учитывая, что рассматриваются значения t для которых 0211tF , имеем

211

22

01,lim

tF

tbtz

(20)

В (20) проведём следующие преобразования.

1

2

2

2

1

1

1

2

1

2

2

2

1

2

2

2

222/

t

F

t

Fi

t

Ftb

t

F

t

Fi

t

Ftb

it

F

t

Ftbittbtb


20

12

2

2

1

2

1

1

12

1

2

2

2

2211

2

1

12

22

1

1

2

1

2

1

1

221211

/

,

tF

t

F

t

F

tF

t

F

t

FtFtF

t

F

tF

tF

t

F

t

Ft

t

FttFtF

Далее учитывая проведенные преобразования, получим

ta

tb

t

Fi

t

F

tb

tF

tb

2

1

1

1211

22

Таким образом из (20) имеем

tb

tatz

,lim

0

. (21)

Полученные соотношения (14) и (16) показывают, что в областьях 41

, 32

существуют

подобласти которые являются областьями притяжения, соответственно, решений 01

t и tb

tat

2 .

Поставленная задача решена. Общий прогноз: Области притяжения определяются свойствами функций

t

t

dssatF0

ReRe ;

Возможно, такие области отделяются линиями, определяемые уравнениями 0Re tF .

Подверждение прогноза будет предметом наших дальнейших исследований.


1. Тихонов А.Н. Системы дифференциальных уравнений содержащие малые параметры при производных //Мат.сб. – 1952.-Т.31(73), №3. – С. 575-586.

2. Шишкова М.А. Рассмотрение одной системы дифференциальных уравнений с малым параметром при высших производных //Докл. АН СССР. – 1973. – Т.209 №3. – С. 576-579.

3. Каримов С.К. Асимптотика решений некоторых классов дифференциальных уравнений с малым параметром при производных в случае смены устойчивости покоя в плоскости “быстрых” движений. Дисс.... доктора физ.-мат.наук: 01.01.02, - Ош, 1983. – 260 с.

4. Алыбаев К.С. Метод линий уровня исследования сингулярно возмущенных уравнений при нарушении условия устойчивости //Вестник КГНУ. – Серия 3, Выпуск 6. – Бишкек, 2001г. – С. 190-200.

5. Панков П.С., Алыбаев К.С., Тампагаров К.Б., Нарбаев М.Р. Явление погранслойных линий и асимптотика решений сингулярно возмущенных линейных обыкновенных дифференциальных уравнений с аналитическими функциями //Вестник ОшГУ, 2013-№1 (специальный выпуск). – С. 227-231.

6. Федорюк М.В. Метод перевала.[ Текст] / М.В. Федорюк // Москва: Наука, 1977. – 368с.

УДК 517.955

Об одном необходимом и достаточном условии существования решения задачи защиты растений

Одинаев Раим Назарович Таджикский национальный университет

В работе исследуется нелинейная задача защиты растений с учётом возрастной структуры в агроценозе

трёх трофических уровней «растение – вредные насекомые – полезные насекомые». Для модельного агроценоза

сформулированы и обоснованы необходимые и достаточные условия существования решений задачи защиты

растений.

Ключевые слова: модель – вредные и полезные насекомые – агроценоз – задача защиты – численность

насекомых – трофическая функция.


21

About of necessary and sufficient condition of subsistence of discussed problem on protection of the plant

R.N.Odinaev Tajik National University

In this paper the nonlinear problem of plant protection taking into account the age structure of three leveled

tropical aerogenous that are; plant,insect pests, and beneficial insects is investigated. The basic and sufficient

conditions were set up for module aerogenous to provide solutions for plant protection.

Keywords: module – harmful and useful insect – aerogenous – protection problem – number of population – trophic

functions.

Рассмотрим модельный агроценоз трёх трофических уровней «растение – вредные насекомые – полезные

насекомые», в который поступает внешний ресурс 0N (удобрения или вода, используемая для полива, или солнечная

энергия) со скоростью .Q Предположим, что состояние модельного агроценоза с уч том возрастной структуры

описывается при помощи следующей системы дифференциальных уравнений [1]:

,),(),,(=)(0,,),(),,(=)(0,

),(=|,)(=

),(=|,)()(=

,)(=,=

323

0

3212

0

2

0

30=333

2

3322233

0

20=222322211122

112111001

1000

dtNNtBtNdtNNtBtN

aNNNmNNNVka

N

t

N

aNNNmNNVNNVka

N

t

N

NmNNVNkdt

dNNNQ

dt

dN

t

t

(1)

где t – время ;<=],[0, constt kk a – возраст, ).[0,a )(= tNN ii – соответственно биомассы i -

го трофического уровня ( )(= 00 tNN – масса внешнего ресурса; )(= 11 tNN – биомасса растений сельхозкультуры в

момент времени ;t ),(= taNN ii – численность вредных 2)=(i и полезных 3)=(i насекомых). ,Q ,,,0 ii km

– биологические параметры популяций, входящих в агроценоз (Q – скорость поступления внешнего ресурса; im –

усреднённые коэффициенты естественной смертности, 1,2,3;=i ik – доли потреблённых биомасс, идущие на

репродуктивный обмен и рост; 0 – коэффициент трофических функций; – коэффициент самолимитирования

популяции полезных насекомых); 1,2)=()( iVi – трофическая функция взаимодействия вредных и полезных

насекомых. )(iB – коэффициенты рождаемости вредных и полезных насекомых, )(~

=~

2,3,=0,)( tNNiB iii –

суммарные численности соответственно вредных и полезных насекомых по тем возрастам, которые вредят сельхозкультуре и уничтожают вредителей

2,3.=0,>=,,),(=)(~

=~

iconstdataNtNN iii

i

i

ii

(2)

Определение 1. Средней биомассой растения (или средним урожаем) в момент времени назовем величину

.)(1

= 1

0

1 dttNN

Следуя работам [2-4], сформулируем задачу защиты растений в терминах модельного агроценоза (1). Введём обозначения

0.>2,3;=)(~1

=)(~

0

idttNN ii

Требуется найти числа pN 2 и ,3

pN такие, что


22

pp NdttNNdttN 33

0

22

0

)(~1

,)(~1

и для которых гарантируется выполнение условия

],,[,)(1 max

1

min

1111

0

NNNNdttN pp

(3)

где pN1 – заданный планируемый уровень биомассы растений, не менее которого мы хотим сохранить урожай, то

есть выполнение условия (3),

.

(0)

)(ln=

,,0)(

),(lnmax

1=

1

11

1

0max

1

2

2

211

2min

1

N

Nm

QkN

aN

aN

k

mN

a

Определение 2. Величину pN 2 – назовём порогом вредоносности вредных насекомых,

pN 3 – уровнем эффективности

полезных насекомых. Справедлива следующая теорема о существовании решения задачи защиты растений. Теорема. Пусть

,<=)(

))((min<0,00,>0,)( 1

1

11

02

2

tN

tNV

dN

Vd

dN

dVV

t

iii

,<=),(

)),((max<0 2

2

22

0<0 taN

taNV

ta 1,2,=,=, 21 iconst тогда для выполнения условия

,)(1

11

0

pNdttN

],[ max

1

min

11 NNN p необходимо и достаточно, чтобы выполнялись следующие неравенства:

,)(~1

,)(~1

,0,(0)

33

0

22

0

10

0

p

p

p

NdttN

NdttN

tN

QN

(4)

где pN 2 и

pN 3 определяются по формулам:

.,0)(

),(lnmax

1=

,(0)

)(ln1=

2

2

22

21

2

123

1

1

11

1

11

02

aN

aNmN

kN

N

Nm

N

QkN

a

pp

p

p

Доказательство. 1) Н е о б х о д и м о с т ь. Пусть имеет место условие

].,[,)(1 max

1

min

1111

0

NNNNdttN pp

Докажем справедливость (4). Из первого уравнения (1) имеем:

,= 1000 NNQ

dt

dN

ddNmmexpQdNexpNtN

ttt

))(1.8()()((0)=)( 10

0

1

0

000


23

,)((0)10

10

10

0 p

p

p N

QtNexp

N

QN

отсюда

.=(0),0,)(10

0

10

0

pp N

QNt

N

QtN

Из второго уравнения системы (1) получим:

,~

)(= 1121110001 NmNNVNNk

dt

dN

отсюда

12

1

110001

~)(=ln mN

N

NVNkN

dt

d

или

,=)(,ln=~)(

10

0110002

1

11

pN

QtNN

dt

dmNkN

N

NV

и

.ln=~)(

11

1

02

1

11 Ndt

dm

N

QkN

N

NVp

Интегрируя последнее равенство по t от 0 до , получим

,(0)

)(ln1=)(

~

)(

))((1

1

11

1

02

1

11

0N

Nm

N

QkdttN

tN

tNVp

то есть

,(0)

)(ln1=

~

)(

))((min<0

1

11

1

02

1

11

0 N

Nm

N

QkN

tN

tNVp

t

так как

,<=)(

))((min<0 1

1

11

0

tN

tNV

t

.=(0)

)(ln1~2

1

1

11

1

11

02

p

pN

N

Nm

N

QkN

Для доказательства третьего равенства из (4) рассмотрим третье уравнение из системы (1):

.~

)()(= 22322211122 NmNNVNNVk

a

N

t

N

Введём замену переменных ).,(=),(,= 2 taNtta

Тогда a

N

t

N

t

22=

и из последнего уравнения имеем

,

~)(

)(=ln2

3222111

N

NNVmNVk

t

так как

,ln)(=~)(

21113

2

22 t

mNVkNN

NV

то, интегрируя последнее уравнение по t от 0 до , получаем


24

,,0)(

),(ln1=

~)(1

2

221113

2

22

0aN

aNmNkdtN

N

NV p

отсюда

,,0)(

),(ln1~)(max<0

2

221113

2

22

<00 aN

aNmNkN

N

NV p

at

так как

,<=),(

)),((max<0 2

2

22

<00

taN

taNV

at

то

.=,0)(

)),((max

1~3

2

22

<0022

21

2

113

p

at

p NaN

aNVmN

kN

2) Д о с т а т о ч н о с т ь. Пусть имеют место неравенства (4). Покажем, что

,)(1

11

0

pNdttN

где pN1 – произвольный план из промежутка ].,[ max

1

min

11 NNN p Из первого уравнения системы (1) находим

),(=

,=)(,=

1

1

0

10

01000

tNN

QQ

dt

dN

N

QtNNNQ

dt

dN

p

p

затем, интегрируя последнее равенство по t от 0 до , получим

dttNN

QQNN

p)((0))( 1

01

00

и, следовательно,

.

(0)

)(1

1

10

0

11

0

Q

NN

QN

NdttN

p

p

p

Из последнего неравенства получим

.)(1

11

0

pNdttN

В силу того, что pp NN 32 , неотрицательны, тогда

.

(0)

)(ln,0)(

),(lnmax

1

1

11

1

01

2

2

211

2

N

Nm

QkN

aN

aN

k

m p

a

Замечание. Полученные результаты показывают, что в задаче защиты учитываются возрастная структура, границы

изменения величины возможного урожая – биомассы сельхозкультуры ,1

pN сужаются (см. формулу (3)). Величина

порога вредоносности вредителей и уровни эффективности полезных насекомых несколько уменьшается (см. формулу (4)). Причём эти уменьшения пропорциональны соответственно тем величинам, которые приводят к сужению интервала возможного урожая. Аналогичные выводы можно сделать в случае, когда длина временного интервала стремится к нулю или к бесконечности. При этом получим обычное решение стационарной задачи защиты растений [5, 6].

Пример. Пусть на некотором поле мы хотим получать урожай сельхозкультуры не менее 40=1

pN условных единиц

и 5000=Q условных единиц, 1,==0,01,==0,6,=0,8,= 102110 mmkk тогда 24.=100,= 32

pp NN

Следовательно, для этих выходных данных, чтобы получить не менее 40 условных единиц урожая, численность

вредителей должна быть не более 100 единиц, а численность полезных насекомых не менее 24 единиц. При таких соотношениях между численностями вредных и полезных насекомых в агроценозе наступает состояние, при котором не


25

возникает необходимость в применении химических средств против вредителей. Заметим, что полученные результаты качественно совпадают с эмпирическими шкалами сотрудников Института зоологии и паразитологии АН Республики Таджикистан.


[1] Одинаев Р.Н. Исследование точечной математической модели защиты растений с произвольными трофическими функциями. – ДАН РТ, 1996, т.39, №9-10. с.113-119.

[2] Юнусов М.К. Математические модели борьбы с вредителями агроценозов. – Душанбе, 1991. 146 с. [3] Юнусов М.К., Одинаев Р. Математические модель защиты сельскохозяйственного урожая. – Вестник ТГУ, 1996, 1,

с.33-38. [4] Юнуси М., Одинаев Р.Н. Исследование системы типа «Полезные насекомые и вредные насекомые» с учётом

возрастного состава и пространственного распределения. – Вестник Таджикского технического университета. 2012, серия 1, №17, с.26-32.

[5] Одинаев Р.Н. Исследование математической модели задачи защиты растений: дис. ... канд. физ.-мат. наук. ТГУ. – Душанбе, 1997, 96 с.

[6] Одинаев Р.Н. Исследование математической модели задачи защиты растений в стационарном случае. – Вестник Таджикского национального университета, 2013, серия 1, №3(110), с.7-11.

Technical sciences “Eurasian Scientific Association” • № 12 (34) • December 2017

26

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК: 551.465

Разработка комплексной системы мероприятий по стабилизации экологическо-го состояния и рациональному использованию природных ресурсов акватории

Каспийского моря с примыкающими к нему прибрежными территориями и устьевой областью реки Волги (в границах Российской Федерации)

1,2,3Бухарицин Петр Иванович 1Астраханская группа Института водных проблем РАН по исследованию экологических проблем

дельты реки Волги, г. Астрахань 2Институт океанологии им. П.П. Ширшова

3Астраханский государственный технический университет

География Проекта:

Проект распространяется на акваторию Каспийского моря с примыкающими к нему прибрежными территори-ями и устьевой областью реки Волги.

Цели Проекта:

- Разработать комплекс мероприятий по снижению аварийности мореплавания и повышению безопасности работы портов и транспортных комплексов в бассейне Каспийского моря.

- Разработать комплекс мероприятий по улучшению функционирования Волго- Каспийского водно-транспортного узла с учетом возрастающего грузопотока, увеличения водоизмещения судов и требований к техниче-скому и навигационному обеспечению судоходства в треть-ем тысячелетии.

- Разработать технические средства для предотвраще-ния и борьбы с различными авариями на водных объектах нефтедобывающей промышленности подтвержденные патентами на изобретения и полезные модели, внедрение которых поможет расширить арсенал средств и возможно-стей людей для защиты объектов от негативного воздей-ствия природных процессов и т.н. «человеческого фактора», а также предупреждения и ликвидации таких аварий и минимизации их последствий.

- Разработать рекомендации по осуществлению полно-го (поэтапного) восстановления рыбохозяйственных функ-ций района Западных подстепных ильменей (ЗПИ).

- Предложить простую, недорогую и надежную кон-струкцию самоходных паромов, а также проектную орга-низацию, которая может быстро и качественно разрабо-тать технический и рабочий проекты, а астраханские пред-приятия – изготовители в короткий срок построить не-большую серию (10-15 шт.) самоходных паромов, которые придут на замену отслужившим свой век паромам-ветеранам. Предлагаемый проект также предусматривает и создание береговых конструкций, обеспечивающих рабо-ту паромов во время весенних половодий, которые будут снабжены автоматизированными швартовными устрой-ствами и др.

– Выявить своеобразие условий среды обитания и эко-логических ниш древнего обитателя Каспия – каспийского тюленя, определяемое множеством форм связи Каспийско-

го моря с пластовыми флюидами его недр (подземными водами, нефтями и газами), сосредоточенными в осадочных толщах нефтегазоносных бассейнов на дне Каспийского моря. Экспансия покорения недр Каспия человеком спро-воцировала столь быстрое, а точнее – катастрофическое ускорение этих природных процессов загрязнения моря, что даже такой пластичный вид, как каспийский тюлень, не в состоянии так быстро к этим изменениям адаптиро-ваться. В результате, популяция каспийского тюленя начала быстро деградировать, и теперь потребуются неимоверные усилия для сохранения этого реликтового вида морских млекопитающих;

- Дать обоснование целесообразности возврата к мор-скому промышленному рыболовству на Северном Каспии.

1. Задачи Проекта:

- Выполнить анализ современного состояния гидроме-теорологического обеспечения морских отраслей и разра-ботать перспективную комплексную систему гидрометео-рологического обеспечения безопасности мореплавания, портов и транспортных комплексов на Каспийском море.

- Предложить рекомендации по изменению технологии и выбору технических средств для проведения дноуглуби-тельных работ на Волго-Каспийском морском судоходном канале.

- Выполнить ряд рекомендаций по восстановлению ЗПИ, которые позволят искусственно построить практиче-ски саморегулируемую систему ЗПИ, которая сможет обеспечить проточной водой население, для бытовых нужд и не будет препятствовать проходу рыбы на нерест и поз-волит максимально сохраниться молоди и не наносить урон экологии.

- Наметить пути защиты популяции каспийского тю-леня в условиях экспансии морской нефте-газодобычи. Наладить проведение комплексных межведомственных исследований его популяции, в первую очередь, выполне-ние авиаучета на детных залежках. Он должен быть пол-ным, а, следовательно, международным и трансгранич-ным. Для этого нужна консолидация усилий. Методика авиаучета должна быть единой. Для коррекции данных учета и полевых исследований необходима организация временного ледового исследовательского лагеря, большая часть необходимого оборудования для этого имеется. Со-временная приборная база позволяет выполнять высоко-

«Евразийское Научное Объединение» • № 12 (34) • Декабрь, 2017 Технические науки 27

технологичные исследования эко-физиологии тюленей, как в неволе, так и в полевых условиях. Провести эксперимент.

- Рассмотреть возможность и варианты возвращения к морскому промышленному лову на Северном Каспии в современных условиях.

Создание концепции комплексной системы гидроме-теорологического обеспечения безопасности мореплавания и работы портов на Каспийском море. Значительные гео-политические изменения, произошедшие за последние го-ды, как в мире, так и прикаспийском регионе, в корне из-менили политическую и экономическую ситуацию. Россия всесторонне укрепляет свое влияние в прикаспийском ре-гионе.

Рис. 1. Каспийское море. Очередная жертва жестокого шторма

Как следствие объем морских перевозок, морских пере-ходов, всего объема мореплавания растет из года в

обеспечения морской деятельности очевидна. Проводи-мые в последнее время нефтяными компаниями в мелко-водной северной части Каспийского моря поисковые рабо-ты по разведке углеводородного сырья требуют также серьёзного научного, экологического технического и гидро-метеорологического обеспечения.

Анализ имеющихся данных по отраслям экономики показывает, что из общей суммы ущерба, наносимого не-благоприятными погодными условиями, на долю сельского хозяйства приходится 65%, на авиацию 45%, на строи-тельство 38%, в морской деятельности – 68%. Причемпредотвратимый ущерб (т.е. тот, который можно предот-вратить, используя гидрометеорологическую информацию) по экспертным оценкам отечественных и зарубежных спе-циалистов составляет до 20% от суммы ущерба. Таким образом, эффективность её использования очевидна (рис.1) [1].

Разработка технических средств борьбы с авариями на водном транспорте и водных объектах нефтедобывающей промышленности.

Перспективы открытия в нашей стране новых крупных месторождений на суше в основном связаны с труднодо-ступными регионами Восточной Сибири, поэтому все больше внимания уделяется разработке морских место-рождений в шельфовых зонах арктических, дальневосточ-ных и южных морей России. И это несмотря на то, что разведка и добыча углеводородного сырья на морских месторождениях обходится в разы, а иногда и на порядки дороже сухопутных.

Добыча нефти в России с каждым годом растет, при

этом процент «морской» нефти также постоянно увеличи-вается. К сожалению, в настоящее время, как в россий-ской, так и в мировой практике нефтедобычи не существу-ет экологически абсолютно

«чистых» технологий. Время от времени случаются аварии на скважинах, трубопроводах и других объектах нефтедобывающей промышленности. Существует большое количество способов, средств и методов по ликвидации всевозможных аварийных ситуаций, однако, в отличие от аварий на сухопутных объектах, аналогичная авария в море может привести к гораздо более значительному эко-номическому ущербу, а ее последствия могут быть ката-строфическими как для людей, так для природной среды. Следует также отметить, что нет, и не может быть универ-сальных методов и технических средств борьбы с этими авариями. Бывают случаи, когда такие средства создают-ся, испытываются и применяются буквально в процессе ликвидации аварий. Так было во время трагедии на буро-вой платформе в Мексиканском заливе. Гибель российской атомной подводной лодки «Курск» в Норвежском море инициировала разработку и создание в Голландии уни-кальной баржи

«Гигант». Аварийная ситуация возникшая на Север-ном Каспии в результате опасной подвижки льдов побу-дила казахских нефтяников создать и построить на астра-ханской верфи специальные защитные баржи «ледовый барьер». И таких примеров множество. Известно, что практически все моря, омывающие Россию, относятся к замерзающим морям. Частично замерзают самые южные наши моря Азовское, Каспийское. Иногда лед появляется даже вдоль северных берегов Черного моря.

А дрейфующий лед в море – это еще одна, очень серь-езная опасность для водного транспорта и морских объек-тов нефтяников (рис. 2). Кстати, на сегодняшний день в мире не существует эффективных средств ликвидации нефтяных разливов в море, при наличии дрейфующих льдов. Особенно это касается аварий на подводных нефте-проводах, отдельно стоящих буровых платформах, нефте-хранилищах и т.п. объектах [2].

Рис. 2. Северный Каспий. Буровая платформа компа-нии Лукойл среди дрейфующих льдов

Волго-Каспийский морской судоходный канал – от старых принципов к новым идеям.

Волго-Каспийский морской судоходный канал (ВКМСК) является единственной глубоководной артерией, соединяющей Каспийское море с внутренними водными путями (ВВП) реки Волги и далее, с Азово-Черноморским, Балтийским и Северным морскими бассейнами. Это уни-кальное рукотворно-природное сооружение, несмотря на


28

длинную и сложную систему взаимоотношений человека с природой, сыграло огромную роль в развитии экономики, как СССР, так и России. Россия и Казахстан в настоящее время активно ведут разведочное бурение по определению промышленных запасов углеводородного сырья на шельфе Северного Каспия. По оценкам российских и зарубежных экспертов, прогнозируемые запасы нефти на Каспии со-ставляют 15-22 млрд. т., газа 12-18 трлн. м³. Объемы дока-занных запасов нефти оцениваются в 2 млрд. т. В соответ-ствии с планами освоения каспийских нефтяных место-рождений объем добычи нефти в Каспийском регионе вскоре может достичь 100 - 120 млн. т. в год, что сопоста-вимо с объемом нефтяного экспорта России. Каспий имеет большие перспективы стать важным сегментом комплекс-ных трансконтинентальных транспортных систем, в первую очередь, по транспортировке энергоносителей по линиям Юг - Север и Восток — Запад. Благодаря этому ВКМСК стал основным звеном, а речные порты в дельте Волги: Астрахань и Оля – главными опорными пунктами международного транспортного коридора (МТК) «Север-Юг» в Российском секторе Каспия. С первых шагов со-оружения Волго-Каспийского канала возникла необходи-мость борьбы с заносимостью прорезей морскими и реч-ными наносами. Эта задача решалась традиционными способами: ежегодным ремонтным землечерпанием и ограждением канала дамбами. Изменившиеся природные условия формирования дельты Волги, а также строитель-ство нового торгового порта в районе с. Оля, и планируе-мое увеличение транзитных морских грузоперевозок поста-вили задачу о необходимости пересмотра сложившихся габаритов Волго-Каспийского канала и его коренной ре-конструкции. В числе множества вопросов, которые необ-ходимо рассматривать при проведении реконструкции канала, первоочередное место занимают: анализ соответ-ствия габаритов судового хода современным гидролого- морфологическим условиям в русле рукава Бахтемир; обоснование оптимальных габаритов Волго-Каспийского канала; анализ причин заносимости отдельных участков рукава и канала; разработка мероприятий по уменьше-нию заносимости канала и сокращению объемов ремонт-ных дноуглубительных работ. В системе водотоков дельты р. Волги Волго-Каспийский канал (еще его называют Главный банк), являясь продолжением самого водоносного рукава Бахтемир, имеет исключительно важное рыбохо-зяйственное значение. По его руслу осуществляется нере-стовые, осенние миграции проходных и полупроходных рыб из моря в реку и проходит обратный скат взрослых и молоди рыб в море. В последние годы наблюдается интен-сивное отложение наносов в жилках, протоках Главного банка, соединяющих его с прилегающей акваторией аван-дельты. Это приводит к снижению расходов воды по ним, ухудшению кислородного режима. В целях улучшения условий нагула рыбы на раскатах необходимо ежегодно проводить текущую рыбохозяйственную мелиорацию, про-водить расчистку и углубление жилок и протоков Главного банка. Проведение этих работ позволит увеличить расход воды, поступающей на раскаты, улучшить условия обита-ния всех видов рыб и создаст привлекающий попуск воды, благоприятный для захода рыб в промысловую зону. Все работы по расчистке жилок необходимо выполнять грей-ферными плавкранами или рефулерными земснарядами производительностью до 250 м³/час. Выполнение мелиора-тивных работ должно предусматривается только на тех участках проранов и жилок, где в результате интенсивной

заносимости образовались лимитирующие условия для протока речной воды. При дноуглубительных работах необходимо предусмотреть возможность максимального использования фактических глубин и расчистки с учетом проходящих естественных деформаций жилок и проранов. Для лучшего понимания всей сложности проблем содер-жания ВКМСК полезен анализ истории становления и развития ВКМСК, а с ним и судоходства на Каспии. Ре-зультаты такого экскурса говорят о необходимости суще-ствования такого важного стратегического объекта, как ВКМСК, целесообразности проведения систематических работ по поддержанию его в рабочем состоянии. Поэтому и государство, и бизнес вкладывали в его содержание и развитие, огромные средства, в т.ч. и с учетом новых задач, поставленных жизнью и природой. Созданный в 1874 г. ВКМСК имел транзитную глубину 1,6 м, в 1962 г. она выросла до 4,1 м, при ширине 120 м. В настоящее время протяженность ВКМСК (по паспорту) составляет 188 км, его глубина около 5 м, ширина 120 м. Сегодня можно с трудом представить, каким образом, в условиях катастро-фического снижения уровня моря, морякам удавалось поддерживать необходимые габариты ВКМСК. Только в период 1941-1961 гг. количество грунта вынутого из ложа канала составило 130 млн. м³. В отдельные годы выполня-лось до 10 млн. м³! Все это диктовалось важностью и, есте-ственно, целесообразностью такого огромного объема дно-углубительных работ. В советский период действовала система, при которой пароходство «Каспар», которому принадлежал канал, было кровно заинтересованно в под-держании глубин на ВКМСК, и делало все необходимое для того, чтобы подчиненное ему управление

«Каспрейдморпуть» своевременно и качественно вело дноуглубительные работы. Большим подспорьем в этом был Астраханский комплексный проектно- изыскательский отдел (АКПИО), который ежегодно, в течение многих лет, выполнял работу по выработке рекомендаций по проведе-нию дноуглубительных работ на ВКМСК на основе ре-зультатов осенне-весенних промеров и профилактических установок по запасам на зимнюю заносимость, и прогноза на первоочередные, весенние дноуглубительные работы в канале. Руководящим Центром было главное управление, ведающее каналами и укомплектованное высококвалифи-цированными специалистами. Такая схема позволяла успешно вести работы с открытия навигации и до закры-тия ее. Имея избыток мощностей дноуглубительного флота, и заинтересованность в максимальном использовании про-возной способности флота руководство не допускало уменьшения габаритов, а посадка судна на мель была редчайшим явлением. Способствовала этому и разработка проекта Реконструкции ВКМСК в 1962 г. и его реализа-ция, а также наличие специалистов, которые активно вза-имодействовали с наукой и природой. Многое было сдела-но и по локальным, так называемым «лимитирующим» участкам (Бахтемирский, Сергиевский, Харбайский и др.), по их сопряжению, расширению и организации безопасно-го расхождения судов. «Лихие 90- е» быстро разрушили сложившуюся схему взаимодействия, оставив ВКМСК без дноуглубительного флота, без денег, окончательно лишив возможности получать помощь от науки в решении сло-жившихся проблем, связанных с тогдашним повышением уровня Каспия. А проблемы возникали непрерывно, что вынуждало идти на огромные издержки, в т. ч. из-за недо-статочной гидрологической изученности морской части канала. Сейчас ВКМСК - собственность государства,

«Евразийское Научное Объединение» • № 12 (34) • Декабрь, 2017 Технические науки

29

находящаяся в хозяйственном ведении ФГУП «Росмор-порт». В соответствии с регламентом работы вся деятель-ность ФГУП должна обеспечиваться за счет поступающих сумм портовых сборов с проходящих по ВКМСК судов. К сожалению, в силу ряда геополитических и организацион-но-технологических причин, суммы сборов снижаются при одновременном значительном удорожании всех видов услуг (ГСМ и т.д.). Отношение же к планово-убыточным предприятиям во все времена при всех системах власти было и остается негативным, хотя многие понимают, что в подобной ситуации это неизбежно. В тоже время, пробле-ма поддержания габаритов канала, при всей ее сложности и дороговизне, является важной частью комплекса задач, которые следует решать, чтобы обеспечить привлекатель-ность и конкурентоспособность Астраханского воднотранс-портного узла (АВТУ) и, тем самым, добиться быстрого роста грузооборота. К этому же стремятся и партнеры-конкуренты на Каспии. Сегодня Каспий - это арена кон-курентной борьбы между государствами и корпорациями за обладание не только природными ресурсами Каспия, но и транспортными потоками. К сожалению, Россия – глав-ный инициатор развития АВТУ и МТК «Север-Юг», пока что, не смогла использовать эту стратегическую инициати-ву, и уступила лидирующие позиции морским каспийским портам: Махачкала (Россия) и Актау (Казахстан). Конеч-но, АВТУ объективно находится в менее выгодных геогра-фических, климатических и экономических условиях, по сравнению с другими портами, расположенными на Кас-пийском море. Это связано с необходимыми затратами на поддержание судоходного канала протяженностью почти 200 км в рабочем (обеспечивающим бесперебойное судо-ходство) состоянии, в условиях нестабильного уровня моря; необходимостью ледокольных и лоцманских проводок, а также из-за слабой организационно-технологической осна-щенности подразделений, обслуживающих ВКМСК и др. (рис. 3). Издержки от этого настолько велики, что сокра-тить их до уровня, обеспечивающего необходимые условия и безопасность судоходства, в последние годы, без серьез-ного участия и поддержки науки и государства, не удается. В силу изложенного, судовладельцы, работающие на Кас-пии, вынуждены покрывать эти потери в АВТУ ростом фрахта, что неизбежно ведет к уходу грузов через другие маршруты и порты.

Провозная способность флота, работающего через АВ-ТУ, используется менее чем на 40%.

Рис. 3. Весной 2017 г. еще один земснаряд «Петр Саб-лин» приступил к дноуглубительным работам на ВКМСК

Причины этого не только в недостаточно отработанных схемах организационного взаимодействия и сложностях, возникающих при движении судов по ВКМСК (особенно зимой), но и в его неудовлетворительных габаритах и нави-гационно- технической оснащенности, наличия новых

участков с односторонним движением, и др. [3].

Обоснование целесообразности возврата к морскому промышленному рыболовству на Северном Каспии.

Рыболовство как промысел на Каспийском море заро-дился во времена Ивана Грозного. Основными объектами промысла были осетровые и белорыбица. Лишь к сере-дине XIX в. здесь начали ловить частиковых рыб (сазан, лещ, сом, судак и др.), позже воблу. Лов рыбы осуществ-лялся неводами, плавными и ставными сетями, вентерями, крючковыми снастями. С 70-х годов XIX в. развивается морской промысел, строятся морские шаланды, плавучие заводы и промысловые пункты.

В первые годы Советской власти рыбные промыслы были национализированы, при этом был сохранён режим промысла, введённый ещё в 1902г. (рис. 4).

В связи с массовым приловом молоди и неполовозре-лых осетровых рыб в 1962-1965гг., по рекомендациям учё-ных, был запрещён морской сетной промысел, и лов рыбы перенесён устья рек. Вопрос о целесообразности возврата к морскому промышленному рыболовству на Северном Каспии в сочетании с эффективными мерами по сохране-нию и воспроизводству поголовья ценных Волго-Каспийских видов рыб обсуждается длительное время на разных уровнях, но, до сегодняшнего дня, остается откры-тым.

Рис. 4. 30-е годы. Гидросамолет МП-1 приводнился около одного из плавучих рыбзаводов на Северном Каспии

В своё время основной причиной запрета морского промысла стал массовый прилов молоди и неполовозрелых рыб осетровых пород, для которых Северный Каспий, обладая богатой кормовой базой, всегда был и яслями, и детским домом. Мы не вникаем в профессиональную суть причин современного катастрофического сокращения поголовья и добычи ценных пород Каспийской рыбы, но, несомненно, то, что они являются следствием серьезных тактических и стратегических недоработок (а возможно и ошибок). Вскрывать этот нарыв первым никто не хочет. Можно, конечно, объяснять причины этой катастрофы влиянием подъема или снижения уровня Каспийского моря, изменениями водности Волги вообще, а также зави-симостью от объёма и сроков сбросов Волгоградской ГЭС, все пожирающими «гребневиками», «буффало» и др. напастями, связанными с загрязнением вод, браконьер-ским беспределом, сверх любительским рыболовством, отсутствием реальной власти и порядка в решении про-блемы защиты и выживания биоресурсов, мелиорации и т.д.

Ясно одно, что при таких темпах решения этих про-блем, скоро защищать будет некого и нечего. Не спасут ни рыбоводные заводы (плодами их трудов пользуются все прикаспийские государства), ни «Голубые патрули», ни жалобы рыбаков, населения и т.д. Кстати каналы-рыбоходы это более полезные сооружения для воспроиз-водства рыбы или для рыболовства? Кто и как отстаивает


30

интересы тех и других, какие результаты? Углубление, расчистка каналов-рыбоходов это перераспределение воды не в пользу судоходных особенно ВКМСК (Главный Банк). Кстати о ВКМСК (Волго- Каспийский морской судоход-ный канал). ВКМСК (Бахтемирский рукав р. Волга) это не только главный судоходный канал, потребляющий бо-лее половины волжского стока, стал в сове время и глав-ным рыбоходом, на котором вылавливалось свыше 60% всей рыбы вылавливаемой в дельте р. Волга. Конечно, механизированные тоне вые участки на берегах, хорошие бытовые условия для рыбаков, организованная схема транспортировки рыбы к перерабатывающим предприя-тиям, налаженная схема контроля по всему спектру про-блем позволили увеличить добычу, снизить себестоимость, выполнять и перевыполнять планы, соцобязательства, встречные планы и др.

Эта огромная машина, напоминающая каскад снего-уборочных машин, перекрывая поочередно, то с правого то с левого берега канал километровыми неводами, сделала маловероятным для рыб достижения нерестилищ! Маши-на работала круглые сутки особенно во время хода рыбы на нерест. Как это сказано в одной старой русской сказке

…«сначала сделали крышу, потом задумались о фун-даменте». В результате наиболее обводненная западная часть дельты с огромными площадями нерестилищ в за-падных подстепных ильменях, оказалась без производите-лей, а потомства пробившихся сквозь ловушки, едва хва-тало, чтобы прокормить местных хищников, сохранивших былые аппетиты. В короткий срок эти ильмени потеряли как рыбопромысловое, так и воспроизводственное значение и были отданы за ненадобностью муниципалитетам, в т.ч. в виде сельхозугодий. Чем все это кончилось - известно. Если бы уровень Каспия в конце семидесятых-восьмидесятых не стал бы интенсивно подниматься, можно с уверенностью полагать, что переход на морской лов про-изошел бы вынуждено. За это время дноуглубители намыли бы крупных островов до 150 км ВКМСК, и дель-товые тоневые участки переместились бы в море. Про-грамма действий по поддержанию каналов-рыбоходов реализовывались бы уже в других условиях, но также пре-следовала бы основную цель - создать более лучшие усло-вия для рыболовства. Что касается судьбы нерестилищ, их обустройства для эффективного воспроизводства ценных пород рыб, то об этом надо срочно думать пока не поехала «крыша» из старинной русской сказки! А сегодня, лучшие места, исконно выбранные ценными породами рыб для размножения и нагула, кроме заповедников, заняты база-ми отдыха и другими объектами (с рыболовно-охотничьим уклоном). Остальные участки с точки зрения охраны при-роды, являются ничейными, хотя формально обозначены нерестилищами, заказниками, землями какого-то лесного фонда, теневыми участками, крестьянскими долями и т.д. Эти участки никем не охраняются, не обустраиваются по принадлежности, т.е., по сути, являются бросовыми (с точ-ки зрения пригодности для промышленного лова рыбы). В то же время, являясь прибежищем для армии труднодо-ступных для вылова местных хищников (щука, окунь), по-жирающих как молодь, так и икру ценных рыб, эти участ-ки как «черные дыры» поглощают огромные ресурсы их естественного воспроизводства. Не обеспеченный нормаль-но скат оставшейся молоди с этих участков в основное рус-ло реки способствует ее гибели в количествах в тысячи раз, превышающий сохраняемый заботливыми руками «Голу-бых патрулей». Как видно, даже не касаясь проблем сни-жения водности р. Волги, ухудшения качества воды, не

согласованных сбросов воды из водохранилищ в течение года, браконьерского беспредела и т.д. и т.п., положение такое, что природа дает людям понять, что на воде, как и на земле - если не пахать, не удобрять и не сеять - вырас-тить урожай невозможно. Что касается сохранения поголо-вья осетровых рыб на Каспийском море, то эта проблема может быть решена только согласованными усилиями и решительными действиями всех прикаспийских госу-дарств. Не исключено даже привлечение «Голубых касок», т.к. самостоятельно каждое государство пока не желает, да и не видит смысла решать эту проблему не только на сво-ей акватории (когда другие этого не делают), но и в нейтральных водах. Поскольку Северный Каспий дельта р. Волги, включая Волго-Ахтубинскую пойму - основное нерестилище и места нагула рыб, то даже частичная лик-видация перечисленных выше негативных факторов, должна дать серьезный положительный эффект. Главное - не заболтать проблемы общими декларациями типа «уси-лить», «поднять», «запретить», «улучшить» и т.д., не делая конкретных шагов, или делая, но повторяя ошибки сделан-ные ранее. Возникает вопрос, что же конкретно надо сде-лать такого, чтобы изменить ситуацию хотя бы в Россий-ском секторе Каспийского моря?

2. Предлагаемые решения: 1. Образовать в Астраханской области министерство

рыбной промышленности и хозяйства (отдельно от Мин-сельхоза).

2. Принять на государственном уровне положение об организации морского и прибрежного промышленного рыболовства с предельным сокращением его в речных условиях, особенно в период хода рыбы на нерест, при этом:

2.1. 0бозначить зону морского прибрежного лова, за-претив появление в этой зоне всех плавсредств, кроме имеющих соответствующие документы и опознавательные знаки.

2.2. Доработать положение (Закон) о любительском лове рыбы в речных условиях с учетом компенсаций в пользу государства и муниципалитетов, за излишки вы-ловленных или заготовленных рыбопродуктов, преобразо-вав промышленный отдых в любительский, как это делает-ся во всем мире.

3. Создать эффективную систему организации про-мысла в морской части российского сектора, обеспечива-ющую максимальную прозрачность и справедливость во взаимодействии добывающих, перерабатывающих и транспортных структур, при этом в качестве предложения по элементам системе предложить:

3.1. Трехзвенную систему взаимодействия, состоящую из компонентов:

3.1.1. Добывающего с учетом орудий лова (РАС). 3.1.2. Принимающего сортирующего и частично пере-

рабатывающего (ГШК). 3.1.3. Транспортирующую, на пункты реализации и

более глубокой переработки ТРПК. При этом конкретно по п. 2.1.1. на первом этапе предлагается использовать суда типа «ATSEDEN-8» как универсальные, приспособ-ленные к работе в различных прибрежных условиях с раз-личными орудиями лова. Поскольку все имеющиеся дру-гие предложения есть только на бумаге (проекты) т.е. не материализованы, то самое целесообразное из всех пред-ложений - это приобрести суда типа «ATSEDEN-8» в т.ч. и б.у., подготовить несколько вариантов орудий лова и (есть своя сетевязальная фабрика). Провести эксперименталь-


31

ную эксплуатацию их с участием науки. Этот конкретный шаг даст совершению достоверный результат и для науки и для практики. Все другие теоретические проработки, проблемы, как и ранее ничего не дадут до тех пор, пока рыболовный флот не будет построен и испытан. А это не один год. Проблемы по пп. 2.1.2.; 2.1.3 в этот период могут быть решены на базе имеющейся техники по временной схеме.

Предложенный вариант позволяет в короткий срок определиться и принять решение по комплексному реше-нию проблемы с учетом всех 3-х компонентов.

Варианты решения по компонентам: Вариант I - Приобретение по мере освоения необходи-

мого количества рыбодобывающих судов (РДС) типа «ATSEDEN-8», возможно с небольшими усовершенство-ваниями под местные условия. Орудия лова, оснастка, тара - местного производства.

Вариант II - Приобретение опытной партии судов и, при обнадеживающих результатах, организовать в г. Аст-рахани их серийное производство, возможно с кооперацией с Испанией (двигатели, лебедки и т.д.). Основные материа-лы - стеклоткань, полистирол у нас имеются, производ-ственные мощности, пустующие площади также.

Организация такого производства, обеспечивающего постройку современных плавсредств для прибрежного лова рыбы на Каспии, в водохранилищах, крупных озерах, других морях, возможности производить катера туристиче-ские, прогулочные, яхты, спасательные шлюпки, тару для перевозки рыбы и т.д. и т.п., даст загрузку производителям сырья, создать дополнительные рабочие места судострои-телям, улучшить условия труда рыбаков, качество постав-ляемой рыбной продукции населению, снижению ее стои-мости. Продукция транспортабельная по железной дороге расширит рынок для производителей судов, снизит их се-бестоимость. (Конкретные предложения по освоению мощ-ностей имеются).

Вариант III - Приемо-перерабатывающий комплекс. (ППК) должен располагаться в непосредственной близо-сти от промысловых участков и обслуживать несколько рыбодобытчиков п.3.1.1. (РДС) и быть по возможности ближе к основным каналам- рыбоходам с населенными пунктами, имеющими подъездные пути (автодороги). ППК должен иметь соответствующие мореходные качества, га-бариты и возможности, обеспечивающие выполнение сле-дующих функций:

- Приемка сортировка и частичная переработка рыбы; Подготовка льда и снабжение им РДС и средства достав-ки свежей рыбы в торговую сеть; Иметь все культурные и санитарно-бытовые условия для экипажей РДС и коллек-тива ШIК; Выполнять роль прикрытия при непогоде по-стоянно иметь информацию по метео и другим условиям; Обеспечивать быструю механизированную приемку сор-тировку и отгрузку свежей рыбы; Иметь запасы воды, продовольствия и др. для нормальной деятельности людей; Иметь фонд оборотной тары для доставки охлажденной рыбы и др. продукции собственного производства. ППК могут быть построены на заводах г. Астрахани. Желатель-но основной корпус ППК сделать железобетонным.

Вариант IV - Используется предложенный мелкоси-дящий колесный паромный комплекс (ТрПК), имеющий габариты и возможности погрузки автомобилей с оборудо-ванного и необорудованного берега доставки их к ППК, загрузки автомобилей затаренной рыбой, доставку к месту выгрузки на берег. ТрПК должен самостоятельно подхо-

дить к ППК по основным каналам ¬рыбоходам и к месту подхода автомобильной дороги.

Схема работает так: РДС - сдает рыбу в таре (сорти-рованную или нет) на ППК, ППК сортирует дополнитель-но по заказам торговой сети, по графику. Грузит на ТрПК, который доставляет охлажденную рыбу в согласованные точки (отдельная тема), грузит освободившуюся тару от предыдущего рейса возвращается к ППК.

График совместной работы делается исходя и макси-мального сокращения времени доставки охлажденной ры-бы к потребителю.

Предлагаемая схема лова и доставки свежей охла-жденной рыбы без перевалки и возможно продажи с ко-лес, имеет огромные преимущества, т.к.:

Сокращает количество перекупщиков; Создает условия для торговли в любом районе города и области в опреде-ленное время, определенно оборудованном месте; Имеет возможность передать остатки рыбы для более глубокой переработки за пределы ППК; Будучи единым комплек-сом и конкурируя с другими, хозяйства заинтересованы в снижении цен и повышении качества, выполнять заявки и т.д.; Имеет возможность доставлять рыбу утром с тем, что-бы с учетом отдыха транспортников во второй половине дня прибыть к ППК под погрузку. К этому времени РДС сдадут улов, т.е. в течение суток ТрПК делает один круго-вой рейс. Количество автомобилей на ТрПК и количество ТрПК определяется практически. Пиковые ситуации ре-шаются собственными мощностями ППК.

Таким образом, наряду с общими оценками, и аргу-ментами по этой сложнейшей проблеме, предложено не-сколько принципиально-новых решений не использованных и не прорабатываемых ранее.

1. Это касается варианта РДС (испанский вариант), что поможет, в корне изменить ситуацию в целом на Кас-пии, создаст условия для цивилизованного решения про-блем.

«Байда» - это пиратское судно, и доступно оно только тем, кто занимается браконьерством - ловом осетровых.

2. Новый подход к компоновке ППК с учетом макси-мального обеспечения населения свежей охлажденной рыбой, а так же возможностей приготовления высочайше-го качества балыков, консервов, вяленой рыбы с использо-ванием современного оборудования, удобной доставкой в торговую сеть.

3.Применение способа транспортировки с помощью паромного комплекса, в корне меняет технологию, скорость доставки и качество продукции, как никакой другой с мно-гочисленными перевалками.

И ещё один аргумент в пользу возврата к законному морскому промыслу. Постоянное присутствие рыбаков в море затруднит, если не сделает вовсе невозможным, пре-ступную деятельность браконьеров. Уверены, что хорошее организационно-техническое решение - надежный помощ-ник в решении правовых и политических вопросов данной проблемы [4].

Создание паромного комплекса – реальный путь оп-тимизации транспортных потоков в городе Астрахани и на территории области.

Территория Астраханской области, особенно ее дельто-вая и пойменная части, изрезаны множеством рукавов веерообразно расходящихся от вершины дельты Волги и города Астрахани на юго- запад, юг, юго-восток. Это обсто-ятельство предопределило традиционное расположение населенных пунктов и транспортных связей всего региона в


32

целом. Все автодороги области расположены вдоль рек, т.е.

радиально. Кольцевое соединение этих дорог практически отсутствует, несмотря на то, что за последние годы и по-строено много мостов. Поэтому, поездка на автомобиле (а это сегодня основной вид транспорта) из одного населенно-го пункта в другой, расположенных даже на расстоянии 10 км необходимо проехать более 100 км, причем почти всегда через паромные переправы. B недавнем прошлом по де-сяткам судоходных рукавов Волго- Ахтубинской поймы и дельты Волги, регулярно по расписанию, перевозились пассажиры на крылатых ракетах, метеорах, речных трам-вайчиках и т.д. (рис. 5).

Рис. 5. Пассажирский речной трамвайчик «Заря», продукция астаханских карабелов 80-х годов

Сегодня ничего этого практически нет. Если раньше почти каждый житель населенных пунктов поймы и дель-ты Волги имел свое плавсредство, в том числе с мотором, и мог самостоятельно проехать в соседнее поселение, то сей-час, дороговизна бензина, жесткие требования к оснаще-нию даже малых плавсредств предметами безопасности и другие сложности вынудили жителей отказаться от этих возможностей. Перемещаясь по территории области, люди вынуждены преодолевать большие расстояния, использо-вать несколько видов транспорта, платные паромные пе-реправы, плюс необустроенное ожидание, потеря времени и т.д. Количество паромных переправ из года в год сокра-щается из-за их убыточности и практически полного изно-са. Единой системы организации эффективной работы этой сферы водного транспорта, к сожалению, нет. Число лич-ных транспортных средств у населения растет темпами, многократно превышающими темпы строительства мо-стов, а парк паромов сокращается, что, особенно в зимний период, сопряжено с серьезными последствиями. Пробле-ма настолько масштабная по всем направлениям, что срочно необходимо создание специальной службы водных переправ, сделав ее одним из подразделений Министер-ства жизнеобеспечения и экологической безопасности населения области, а не Минтранса, у которого несколько другие задачи. На наш взгляд проблема настолько мас-штабная по всем направлениям, что срочно необходимо создание специальной службы водных переправ, сделав ее одним из подразделений Министерства жизнеобеспечения и экологической безопасности населения области, а не Минтранса, у которого несколько другие задачи. Если ру-ководство Астраханской области серьезно заинтересовано в решении этих проблем, то мы готовы предложить простую, недорогую и надежную конструкцию самоходных паромов, а также проектную организацию, которая может быстро и качественно разработать технический и рабочий проекты, а астраханские предприятия – изготовители в короткий срок построить небольшую серию (10-15 шт.) самоходных паромов, которые придут на замену отслужившим свой

век паромам-ветеранам. Предлагаемый проект также предусматривает и создание береговых конструкций, обес-печивающих работу паромов во время весенних половодий, которые будут снабжены автоматизированными швартов-ными устройствами и др. [5].

Экологическое состояние Западных подстепных ильме-ней: перспективы улучшения, целевые показатели.

Одним из крупнейших и значимых экономических рай-онов Астраханской области являются Западно-подстепные ильмени, расположенные на юго-востоке дельты Волги, занимают площадь в 4300 тыс. км², с населением более 100 тыс. человек. Основные поселения расположены вдоль ильменей, которые с древних времен были объектом ловли рыбы, ведения сельского хозяйства, получения соли. Глав-ным системообразующим фактором всей территории ЗПИ является водный сток р. Волги.

Средняя многолетняя приточность воды в ЗПИ состав-ляла 4,4 км³, а оттока 2,2 км³ (1940-1955г.г.). В последние годы приточность снизилась до 2,6 км³, а в 1996г. – всего 0,76 км3, отток - 1,5 км³. средние глубины уменьшились до 0,5-1,0м, увеличилась площадь зарастания, ухудшилось качество воды, что стало первостепенной проблемой для населения этого района, т.к. других источников пресной воды район ЗПИ не имеет.

В большую часть ильменей вода поступает в половодье из основных водотоков дельты: с основного русла Волги, рук. Бахтемир, крупного протока Хурдун, и 20 более мел-ких проток, а также по семи государственным системам – Бежскульскую, Дарминскую, Прикаспийскую ороситель-ные системы, Восточенскую, Камышескую, Зареченскую, Лиманскую водные системы, которые обеспечивают под-питку водой ильмени для орошения сельскохозяйственных угодий и обводнения населенных пунктов. В другие ильме-ни вода подкачивается насосными станциями. Для предотвращения обратного стока воды в межень часть ильменей перекрывают земляными дамбами.

По данным космосъемки в многоводном 1991г. (159,4 км³ за IV-VI), на пике половодья при расходе воды 30000 м3/сек площадь затопления ЗПИ составляла около 50%. В маловодные (в 2006г. – 99,3 км³) и средневодные годы (2004г. – 105,9 км³) заливаемость снижалась до 35 - 40%, и многие ильмени пересохли. Сложная ситуация сложилась в половодье 2011г., которое оказалось крайне маловодным около 77км³ (апрель-июнь). Водообеспеченность резко сни-зилась, до большей части ильменей вода просто не дошла, а остальные были залиты на 30-35% (рис. 6).

Рис. 6. Вид на ЗПИ с самолета


33

Но гидрологическая обстановка в ЗПИ ухудшается не только в результате снижения естественного водного стока. Немаловажной причиной является антропогенная дея-тельность. Данный регион играет немаловажную роль в социально-экономическом развитии Астраханской области. Но несовпадающие интересы частных арендаторов ис-пользующих земли, кто в целях рыбоводства, кто для сель-ского хозяйства, а коммунальные службы для водообеспе-чения населения и привели к стихийному, самостоятельно-му регулированию стока воды, а в некоторых случаях да-же полному перекрытию подачи воды в соседние ильмени. Оросительные системы построены в советское время, их техническое состояние крайне неудовлетворительно. Мно-гие современные, небольшие дамбы возведены незаконно.

По данным «Службы природопользования и охраны окружающей среды Астраханской области» насчитывает-ся более 200 гидротехнических сооружений, собственники которых не установлены. Пропускная способность водогон-ных каналов зависит от их ширины и глубины, однако, в настоящее время суммарное поперечное сечение сильно уменьшилось в результате хозяйственной деятельности (прокладка транспортных магистралей, дамб) и природ-ных факторов (заиление, зарастание растительностью, ма-лые глубины).

В конечном итоге ильмени засоляются, и в результате даже прилегающие к водному тракту земли постепенно осолоняются, увеличивая площади солончаков. Самая южная и многочисленная группа ильменей снабжается водой по Прикаспийскому водному тракту самотеком в период половодья. Но антропогенная деятельность в сумме с природными процессами нарушила пропускную способ-ность воды по каналам. В результате ряд ильменей пре-кратили свое существование, а остальные испытывают дефицит воды. Вода в ильменях не пригодна к использова-нию т.к. ее минерализация составляет от 5-10 г/л в слабо-проточных до 55 г/л в непроточных ильменях. В результате, массовое и бесконтрольное строительство и эксплуатация малых гидротехнических сооружений на ильменях усугуб-ляет негативные последствия зарегулирования стока Волги и сдерживает поступление воды в зону ЗПИ. Ослабление или полное отсутствие контроля за сооружениями и их эксплуатацией, самовольная ликвидация приводит к ухудшению положения не только в местах их нахождения, но и на соседних водоемах [6].

Очаги разгрузки пластовых флюидов на дне Каспий-ского моря - как элемент среды обитания каспийских тю-леней.

Как и откуда появился Каспийский тюлень? Подав-ляющее число исследователей считает, что каспийский тюлень существо арктическое и появился в Каспийском море как "северный гость" в период покровных оледенений четвертичного периода, т.е. не более 1 млн. лет назад. Дру-гие, а это в основном палеонтологи, полагают, что это не пришлый, а местный зверь, поскольку его ископаемые остатки находят в отложениях сарматского яруса миоцена и в более молодых слоях на Мангышлаке, Апшеронском п-ве и западнее например, на Керченском п-ве,т.е. в области палеоокеана Тетис, от которого Каспий навсегда отшнуро-вался примерно 6,5 млн. лет назад, в понтическом веке. Т.е. первая схема грешит тем, что игнорирует данные палеон-тологии. Но и вторая схема с изъяном. В этой схеме непо-нятна, прежде всего, судьба каспийского тюленя в предак-чагыльское время (в период примерно 5-2,8 млн. лет

назад), когда Каспий, утративший связь с Мировым океа-ном, резко сократил свои размеры до рамок так называе-мого Балаханского озера или морца, расположенного на месте нынешней наиболее глубокой части Южно-Каспийской котловины. Где и как, в каких убежищах вы-живал в это время каспийский тюлень? Кроме того, уж, коль он местный, то каким образом обрел свои "арктиче-ские свойства" (рис. 7).

Рис. 7. Самка каспийского тюленя с детенышем – бельком

Традиционный подход сводится к укоренившемуся с XVIII века представлению о Каспийском море как за-мкнутом бессточном водоеме с непроницаемым дном, вод-ный баланс которого регулируется в основном

только климатом, т.е. соотношением стока поверхност-ных вод в море и потерь вод Каспия на испарение. Поэто-му механизмы адаптации обитателей этого моря к абиоти-ческим факторам среды усматриваются в действии лишь экзогенных процессов, обусловленных лучистой энергией Солнца, циркуляцией вод моря и воздушных масс, работой впадающих в него поверхностных вод, жизнедеятельностью организмов и т.д. В таком же ключе проводится оценка воздействия многовековой хозяйственной деятельности на состояние Каспия, которая сводится в основном к анализу химизма и режима поверхностных вод. Отсюда создается превратное представление о том, что якобы так называе-мый "нулевой сброс" загрязнителей способен обеспечить чистоту вод Каспия и тем самым спасти обитателей этого моря, включая тюленей, от вымирания. Ущербность такой точки зрения очевидна: литосфера здесь практически пол-ностью исключена из абиотического и социального звеньев экосистемы Каспия.

Современный подход, условно именуемый геологиче-ским, восполняет этот пробел и, напротив, уделяет особое внимание экологическим функциям литосферы. Такой подход пока не является общепризнанным и по ряду пози-ций идет вразрез с климатологической концепцией бес-сточности Каспия. Современный подход опирается на дан-ные о множестве форм связи вод Каспия с флюидами земной коры, т.е. с подземными водами (включая металло-носные растворы), нефтями и газами, также с пустотным пространством горных пород соседних территорий, в кото-ром прослеживаются подземные берега этого моря [7].

3. Реализация Проекта:

Получено двадцать патентов на изобретения. Получено пять актов внедрения.

Опубликовано более 50 научных статей и докладов.


34

4. Результаты исследований по Проекту доложены и одобрены:

- На Круглом столе «Половодье на Волжско-Камском каскаде ГЭС» (22 марта 2016г., г. Астрахань);

- На расширенном заседании Общественной Палаты Астраханской области при поддержке Губернатора Аст-раханской области А.А. Жилкина по вопросу: «О рацио-нальном использовании водных ресурсов, гидрологическом режиме и устойчивом функционировании водохозяйствен-ного комплекса Нижней Волги и сохранения ее уникаль-ной системы на территории Астраханской области» (14 марта 2016г., г. Астрахань);

- На заседании рабочей группы по оценке экологиче-ского и технического состояния водотоков Волго-Ахтубинской поймы и дельты реки Волги, включая зону

Западных подстепных ильменей (04.04.2016г., г. Астрахань);

- На заседании Совета по морской деятельности при Губернаторе Астраханской области по вопросу обеспече-ния морехозяйственной деятельности на Каспийском реги-ональном направлении (05 августа 2016г., г. Астрахань);

- На YIII Невском экологическом конгрессе (25 мая 2017г., С-Петербург);

- На 12 телевизионных программах (РЕН ТВ, ГКРК «Лотос», 7 плюс, Россия-24), а также дано интервью для французского журнала «Ле-Экспресс», посвященных эко-логическим проблемам Каспийского региона (в течение 2016 года);

В настоящее время ведутся поиски источников финан-сирования с целью реализации Проекта. Сроки реализа-ции пять лет.


1. Система гидрометобеспечения безопасности мореплавания на Каспии. Комплекс мероприятий по гидрометеороло-гическому обеспечению безопасности мореплавания и работы портов / Бухарицин П.И., Болдырев Б.Ю., Новиков В.И. // ISBN:978-3-639- 70949-0. Монография. Werlag / Издатель: Palmarium Academic Publising 2015. 318с.

2. Технические средства для борьбы с авариями на водных объектах нефтедобывающей промышленности / Бухари-цин П.И., Беззубиков Л.Г. // ISSN 2411-7609. DOI: 10.17117/na.2016.10.03. Наука и современность. Science and Modernity № 10-3(24), 2016. – С.51-68. http://ucom.ru/doc/na.2016.03.pdf

3. Волго-Каспийский судоходный канал – от старых принципов к новым идеям. Комплекс мероприятий по улучше-нию функционирования Волго-Каспийского водно- транспортного узла в третьем тысячелетии / Бухарицин П.И., Русанов Н.В., Беззубиков Л.Г. // ISBN:978-3-659-55583-1. Монография. Werlag / Издатель: LAP LAMBERT Academic Publising 2016. 101с.

4. Современные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии Северного Кавказа: Коллективная монография (77 авто-ров). Том IV (Под ред. И.А. Керимова, В.А. Широковой) ISBN 978-5-91857-038-8 / Русанов Н.В., Бухарицин П.И., Беззу-биков Л.Г. // В разделе «География и геоэкология» - УДК 621.311.21:627.8.004.1. Рекомендации по изменению технологии и выбору технических средств для проведения дноуглубительных работ на Волго-Каспийском морском судоходном кана-ле. С.250-255. Грозный: Академия наук Чеченской Республики, 2015. 338 с.

5. К вопросу о целесообразности возврата к морскому промышленному рыболовству на Северном Каспии / П.И. Бу-харицин, Н.В. Русанов // ISBN 978-5-9905617-0-0. УДК 574.5(262.81). Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты окружающей среды и техносферной безопасности в меняющихся антропо-генных условиях» - «Белые ночи-2014». (1-3 июня 2014г., Россия, Чеченская Республика, г. Грозный). Грозный-2014. – С.167-174.

6. Создание паромного комплекса – реальный путь оптимизации транспортных потоков в городе Астрахани и на тер-ритории области / Бухарицин П.И., Русанов Н.В., Беззубиков Л.Г. // ISSN 2411-7609. DOI: 10.17117/na.2016.10.03. Наука и современность. Science and Modernity № 10-3(24), 2016. – С.69-79. http://ucom.ru/doc/na.2016.03.pdf

7. Гидрологическая изученность и экологические проблемы района западных подстепных ильменей / Бухарицин П.И. // ISBN 978-5-91910-383-7. УДК 908 (470.46). ББК «:.890 (2Рос-4Аст). А 91. Астраханские краеведческие чтения: сбор-ник статей / под ред. А.А. Курапова, Е.И. Герасимиди, Р.А. Тарковой, Астрахань: Издатель: Сорокин Роман Васильевич, 2015. Вып.VII. – С.26-33.

8. Особенности гидрологии и строения недр морских месторождений Каспия. Методы прогноза и мониторинга выбро-сов пластовых флюидов в условиях экспансии морской нефтегазодобычи / Бухарицин П.И., Голубов Б.Н., Иванов А.Ю. // ISBN:978-3- 659-72167-0. Монография. Werlag / Издатель: Palmarium Academic Publising 2016. 110с.

Способ повышения эффективности производства дноуглубительных работ на ВКМСК

1,2,3Бухарицин Петр Иванович, доктор географических наук, профессор 1Институт водных проблем РАН

2Астраханский государственный технический университет 3Институт океанологии РАН имени П.П. Ширшова, главный научный сотрудник, Астраханский филиал,

г. Астрахань.

Существующие в настоящее время технологии и техни-ческие средства проведения ремонтных дноуглубительных работ не позволяют в должной мере реально влиять на проблему сокращения заносимости Волго-Каспийского морского судоходного канала (ВКМСК) а, следовательно, и объема работ планируемых к выполнению [1, с. 6].

Предлагаемый способ повышения эффективности про-изводства дноуглубительных работ на ВКМСК относится к судостроению, а именно, к судам для производства работ по увеличению глубин в реках, судоходных каналах, аква-ториях морских и речных портов.

Известен способ производства дноуглубительных ра-

http://ucom.ru/doc/na.2016.03.pdf

http://ucom.ru/doc/na.2016.03.pdf


35

бот, при котором земснаряд поднимает со дна водоёма пульпу и подаёт её на грунтовозные шаланды. Грунтовоз-ные шаланды транспортируют пульпу в отведённые места для свалки грунта [3, с. 21].

Недостатками данного способа являются: 1. В пульпе содержится не более 30% грунта; 2. Сбрасываемый с шаланд грунт под действием ветро-

вых течений и сгонно-нагонных колебаний уровня водоёма часто вновь перемещается в район проведения дноуглуби-тельных работ и тем самым создает необходимость по-вторного (а в некоторых случаях и многократного) произ-водства дноуглубительных работ на уже выполненных ранее участках;

3. С грунтоотвозной шаланды нет возможности сбрасы-вать грунт на берег для его использования в хозяйственных целях.

Известен также способ производства дноуглубитель-ных работ, когда земснаряд собирает пульпу в собствен-ные ёмкости для приёма грунта, а затем транспортирует её в места, отведённые для сброса грунта [4, с. 65].

Недостатком данного способа является то, что земсна-ряд затрачивает большую часть времени не для осуществ-ления своей основной деятельности – дноуглубления, а на транспортировку грунта к месту свалки, на обратный по-рожний рейс и подготовку земснаряда к работе. Следова-тельно, производительность земснаряда очень низкая. Кроме того, как и в рассмотренном выше способе, содер-жание грунта в пульпе не превышает 40%.

Техническая задача – обеспечение увеличения произ-водительности дноуглубительных работ, возможность сбро-са как в водоём, так и на берег. Возможность использова-ния грунта в хозяйственных целях.

Рис. 1. Предлагаемая схема проведения дноуглубительных работ в ВКМСК

Рис. 2. Патент на изобретение «Способ повышения эффек-тивности производства дноуглубительных работ»

Технический результат данного изобретения – усовер-шенствование конструкции устройства для производства работ по увеличению глубин в реках, судоходных каналах, акваториях морских и речных портов, достигается тем, что земснаряд снабжают дополнительным судном (или не-сколькими) для приёма и транспортировки грунта к месту его сброса как в водоём (исключающий его повторное по-падание в ложе канала), так и в места складирования на берегу, при этом дополнительное судно оборудуют устрой-ствами для отстоя пульпы, сброса осветленной воды и раз-грузки судна (рис. 1).

На данное изобретение получен патент (рис. 2) [2]. Рекомендации авторов по изменению технологии и вы-

бору технических средств для проведения дноуглубитель-ных работ на Волго-Каспийском морском судоходном ка-нале доложены и одобрены на расширенном заседании Общественной Палаты Астраханской области при Губер-наторе Астраханской области по вопросу: «О рациональ-ном использовании водных ресурсов, гидрологическом ре-жиме и устойчивом функционировании водохозяйственного комплекса Нижней Волги и сохранения ее уникальной системы на территории Астраханской области» (14 марта 2016 г., г. Астрахань); На выездном заседании Президиума Морской Коллегии РФ (18 марта 2016 г., г. Астрахань); На заседании Совета по морской деятельности при Губерна-торе Астраханской области по вопросу обеспечения море-хозяйственной деятельности на Каспийском региональном направлении (05 августа 2016 г., г. Астрахань). В настоя-щее время ведутся поиски источников финансирования проекта.


36


1. Бухарицин П.И., Русанов Н.В., Беззубиков Л.Г. Волго-Каспийский судоходный канал – от старых принципов к но-вым идеям. Комплекс мероприятий по улучшению функционирования Волго-Каспийского водно-транспортного узла в третьем тысячелетии // Монография. Werlag / Издатель: LAP LAMBERT Academic Publising 2016. 101с.

2. Русанов Н.В., Бухарицин П.И., Беззубиков Л.Г. Способ производства дноуглубительных работ. // Патент на изоб-ретение №2621212 от 01.06.2017г. Опубликовано 01.06.2017г. Бюл. № 10.

3. Техническая инструкция по производству морских дноуглубительных работ. РД 31.74.08 – 94, изд. фирма «Москов-ские контракты», Москва, 1994г., стр. 21, п. 1.2.8.

4. Техническая инструкция по производству морских дноуглубительных работ. РД 31.74.08 – 94, изд. фирма «Москов-ские контракты», Москва, 1994г., стр. 65, гл. 3 «Самоотвозные землесосы».

Возможность применения альтернативных источников энергии в Омском регионе

Валентей Оксана Александровна, магистрант Варакина Ольга Павловна, магистрант

Омский государственный технический университет (г. Омск)

Проведен анализ применения альтернативных источников энергии в России. Рассмотрены возможности

использования АЭИ на территории Омского региона. Перечислены виды АЭИ и требования, предъявляемые к

ним. Перечислены достоинства и недостатки каждого из альтернативных источников и перспективы их

применения в Омском регионе. Рассмотрены гелиоэнергетика, ветрогенерация, генерация на биогазе и пер-

спективы применения тепловых насосов в Омском регионе.

Ключевые слова: альтернативный источник, энергия, гидроэлектростанция, гелиоэнергетика, ветрогене-

рация, тепловой, насос, биогаз.

В последнее время альтернативная энергетика получи-ла широкое развитие, что ставит ее на одну ступень с ос-новными видами энергии. Получение электроэнергии пу-тем преобразования энергии ветра является самым рас-пространенным из способов решения энергетических про-блем в развивающихся странах, а также решением ряда проблем, таких как постоянно растущая стоимость на энергоносители, ухудшение экологии. Помимо этого ресурс ветра сейчас есть в большинстве государств, является бес-платным и доступным, а это, в свою очередь, дает возмож-ность за короткое время увеличить электроэнергетический потенциал государства.

В современном мире возникает достаточно много про-блем, имеющих государственное значение, решить которые можно внедрив альтернативные источники электроэнергии. Решение подобных проблем позволит прийти к: повыше-нию электроэнергетической безопасности государства, по-явлению независимости от изменений цены на энергоре-сурсы, уменьшению себестоимостей вырабатываемых ви-дов энергии, развитию более высоких и современных тех-нологий, улучшению экологии. Сейчас в нашей стране уде-ляют намного больше внимания на развитие данных от-раслей. Этому свидетельствует целый ряд актов законода-тельства, причем развитию ветроэнергетики отводится приоритет [1-7]. Согласно карте ветров Российской Феде-рации самыми подходящими районами для развития от-расли ветроэнергетики считаются побережья морей, Ом-ский и Новосибирский регионы, Алтайский и Краснояр-ский края и некоторые друге области [8-10].

Далее рассмотрим виды альтернативных источников энергии, используемых на текущий момент в нашей стране. Огромный потенциал у солнечной энергетики, но, к сожалению, сейчас нет возможности реализовать его в полном объеме. Чтобы это устранить нужно принять зако-нодательные акты, дающие возможность частникам торго-вать энергией, получаемой от света солнца. Помимо этого,

для применения фотоэлектрических систем (ФЭС) необхо-димы огромные финансовые вложения, а длительность срока окупаемости существенно зависят от погоды. Не-смотря на это на удаленных объектах развитие солнечной энергетики вполне может поспособствовать разрешению многих проблем. Наиболее пригодны для развития солнеч-ной энергетики Краснодарский, Ставропольский края, Магаданская область и Якутия. Согласно статистике не используя централизованное электроснабжение в РФ жи-вет порядка 10млн. людей, это должно навести на мысли об острой необходимости развития данной отрасли. Неко-торые разработки в этом нaправлении уже имеют место быть: в РФ появляются организации, обладающие гра-мотными технологиями изготовления ФЭС и установки их для производствa энергии. В качестве примерa стоит при-вести солнечную электростанцию, расположенную в Бел-городской области. Чтобы оценить возможности использо-вания солнечной энергии, предлагаю рассмотреть карту распределения солнечного света по территории Российской Федерации.

В качестве альтернативного источника энергии вполне можно использовать тепловую энергию недр земли: такие возможности имеют всего несколько государств. Запас геотермальной энергии России превышает запас угля в десятки раз. Например, геотермальный источник на Кам-чатке, имеющий температуру 200 °С и находящийся на глубине около 3,5 км, может обеспечивать работой десятки электростанций. На территории страны имеются места с выходом воды на поверхность, что может значительно об-легчить доступ к содержащейся в ней энергии. На сего-дняшний день используя камчатские источники есть воз-можность выработать более 300 МВт энергии, но на самом деле используют всего 25%. А вот геотермальная вода с островов Курильской гряды дает возможность получить до 200 МВт электроэнергии: такого количества вполне хватит для обеспечения электроэнергией региона в целом. Не так


37

давно геотермальные месторождения найдены в Калинин-градской области, что тоже вполне могло бы использовать-ся для производства электроэнергии. Далее предлагаю

рассмотреть карту распределения геотермальной энергии по территории России.

Рис. 1. Карта распределения солнечного света по территории России

Рис. 2. Карта распределения геотермальной энергии по территории России

Биогаз получается после разложения любого органиче-ского отхода. Сырьем может быть абсолютно любая био-масса: свекольный жим, отходы мясокомбината и цеха рыбопереработки, перегной, скошенная трава и опавшая листва и прочее. Используя эти отходы возможно произве-сти около 30млн.м³ газа, при сжигании которого произво-дится до 70ГВт энергии. В РФ такие электростанции рабо-тают на биогазе, получаемом при переработке отходов древесного и растительного характера. На текущий момент возникло много организаций, которые производят установ-ки биогаза.

Также в России имеются электростанции, работа кото-рых основана на энергии прилива. Приливную электро-станцию стоит построить в месте с разницей уровня моря в моменты приливов и отливов около четырех метров. Стоит принять во внимание площади и объемы приливных бас-сейнов. Производительность такой ЭС во многом зависит от количества гидротурбин в плотине. В качестве примера можно привести Кислогубскую приливную электростан-

цию. Она является полностью экологически безопасной системой, что дает возможность экономии запасов углево-дорода независимо от водности года.

Как известно развитие ветроэнергетики в нашей стране значительно хуже, чем в развитых странах, обеспечиваю-щих данным образом около трети нужд в электроэнергии. Количество финансовых вложений в России на строитель-ство ветряных электростанций очень невелико: стоит при-влекать инвесторов и заинтересовывать предпринимателей малого бизнеса. В РФ сейчас используются «ветряки» устаревшего образца. Самый большой - это ветропарк «Куликово», который размещен у Калининграда. Кроме того, энергию ветра используют ВЭС Тюпкильды∙ (Баш-кортостан), Марпосадская (в Чувашии) и Калмыцкая ВЭС. Работают автономно: Анадырская, Заполярная, Ни-кольская и Маркинская ВЭС. Мелкие ВЭС устанавлива-ются для снабжения электроэнергией поселков и малень-ких предприятий промышленности. На рисунке 3 приведе-но распределение скорости ветра по России.


38

Наша страна на текущий момент достаточно ощутимо опаздывает в развитии АИЭ по сравнению с Зарубежны-ми странами. Наверняка причина этому потребители. По-пробуем разобраться, что именно им необходимо. После ознакомления со статьей [11] удалось выяснить, что всех потребителей электроэнергии можно разделить на группы: 1)промышленные (и приравненные к ним); 2)производственные; 3)сельскохозяйственные; 4)бытовые; 5)общественно-коммунальные. Что же им нужно от АЭИ?

1) высокий коэффициент полезного действия; 2) малые габариты;

3) соответствие условиям окружающей среды; 4) дешевая стоимость энергии; 5) бесперебойность в работе; 6) безвредность по отношению к экологии. В таком случае возникает логичный вопрос: Какой

именно из видов АЭИ стоит выбирать? Рассмотрев элек-троэнергию в качестве товара, можем сделать вывод, что она обладает следующими свойствами: надёжность, часто-та, качество поставки. В чём же будет заключаться конку-ренция видов электроэнергии? Здесь все просто: в стоимо-сти и обслуживании.

Рис. 3. Карта распределения скорости ветра по территории России

Проведя анализ состояния электроэнергетики Омской области удалось выяснить, что область расходует электро-энергии больше, чем генерирует, отсюда и возникает дефи-цит энергосистемы Омского региона.Структура производ-ства электроэнергии малоэффективна, по причине того, что осуществляется в большей части на твёрдом топливе. Все это, в свою очередь, приводит к увеличению стоимости электроэнергии. В итоге появляются неплатёжеспособные потребители, а это ведет к кризису экономики. Последней ступенью можно считать отсутствие единых центров руко-водств в энергетической отрасли [13]. Но есть и положи-тельные стороны. В Омском регионе используются такие АЭИ как: небольшие ГЭС, ВЭС, тепловые насосы и био-газ. Но и здесь есть свои минусы. Необходимое оборудова-ние в большей части импортное, соответственно стоит доро-го, в результате, срок пока установка окупится более дли-тельный, может составить порядка пятнадцати (возможно и более) лет. Зато после этого периода стоимость меньше по сравнению со стоимостью электроэнергии, вырабатыва-емой на традиционных источниках. Также альтернативная энергетика будет более выгодна в месте, где требуется относительно небольшая генерация, и разумно не строить там крупную электростанцию [14, 15]. Небольшую гидро-электростанцию удобно применять как дополнительный источник электроэнергии в районах с энергодефицитом, но только если это позволит местность, в противном случае получится невыгодно экономически. Сроки использования могут составлять до семидесяти лет, стоимость технологи-ческого обслуживания невысокая, даже вопреки тому, что окупаемость будет длится около десяти лет. Такую элек-тростанцию стоит называть сезонной. Но если грамотно установить и все правильно рассчитать, то можно избе-жать отрицательных воздействий [16, 17].

Гелиоэнергетика применяется преимущественно в сол-нечных регионах. Такая установка экологичная, бесшум-ная, а также малогабаритная. Применяемая аппаратура имеет долгий срок службы и высокую надёжность, не тре-

бует тщательного ухода. В связи с тем, что гелиоустановка окупается достаточно быстро, она имеет высокую конку-рентоспособность. Качество генерируемой электроэнергии – на высоте. Однако энергия солнца считается нестабиль-ной, нет возможности ее выработать прозапас в достаточ-ном количестве. Занимаясь установкой фотоэлементов нужно обязательно выполнить необходимые меры. Наибольшей эффективности удается достичь когда имеет-ся равномерное освещение при ясной погоде. Панель мо-жет повредиться (или же вовсе выйти из строя) при силь-ном ветре. Есть еще недостаток –низкий КПД, который составляет всего лишь 16%. Более дорогостоящие образцы имеют КПД 43,5%. Следовательно, энергией солнца ра-зумно пользоваться в качестве дополнительного источника электроэнергии [18, 19].

Ветрогенерация – чистый в плане экологии вид элек-троэнергии. Преимущества: лёгкость в строительстве, де-шевизна в обслуживании, расположение возможно как на суше, так и в воде. Требуемые ресурсы – ветра. Ветер непостоянен, а именно от него в этом случае зависят пока-затели производительности, а они и так невелики. Работа ветряной электростанции имеет прямую зависимость от погоды, из–за чего нет возможности сделать прогноз вы-рабатываемой электроэнергии. Также ВЭС достаточно шумные. Шум нет возможности локализовать, даже не-смотря на то, что ВЭС в основном строят вдали от жилых зон. Помимо этого при возникновении сильного ветра поч-ва подвергается эрозии, следовательно, происходит смена ландшафта. Такую установку считают угрозой для жизне-деятельности животного мира. Также ВЭС создаст помехи для систем связи и телевидения. В настоящее время прио-ритетом пользуются ветряные электростанции, имеющие горизонтальную ось вращения.

Далее рассмотрим тепловые насосы. Они генерируют тепло земли – доступный самовозобновляющийся источ-ник энергии. Такой источник экологически чист. Установка работает автономно и эффективно, при этом стоит дорого.


39

Применяя тепловые насосы можно значительно умень-шить использование традиционных источников энергии, а также сэкономить бюджет. Срок службы может достигать 30 лет, а полный износ наступит через 50 лет. Если исполь-зовать данный вид отопления жилых домов, то появится возможность значительно снизить нагрузку энергосистемы. В управлении они лёгки, потому что применяется совре-менное оборудование. Высока рентабельность в суровом сибирском климате. Наибольшая эффективность достига-ется, если устанавливать тепловые насосы неподалеку от водоемов и рек, которых на территории Омского региона множество [20, 21].

Преобразование энергии∙ на ∙биогазе – это хорошо или плохо? Стоит начать с того, что данный ресурс – это отходы животного и растительного происхождения. Чем

меньшее количество отходов остается, тем чище планета, при этом станции, которые работают на таком топливе – непрерывны. В процессе переработки данного вида топли-ва образуется двуокись углерода, которая поглощается растениями в процессе их роста. Сложился замкнутый круг, где всё и так вполне гармонично. Но не все так хоро-шо, как кажется на первый взгляд. Биогаз хранится в спе-циальных контейнерах, которые обязательно должны регу-лярно проверяться и сертифицироваться. Если такие про-верки пропускать, то появляется ужасный запах, происхо-дит размножение и распространение болезнетворных мик-роорганизмов. По этой причине преобразование энергии∙ на ∙биогазе не применяется широко. Причины этому как технологические ограничения, так и отсутствие государ-ственной поддержки в развитии [22, 23].


1. Указ Президента РФ от 04.06.2008 № 889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эф-фективности российской экономики».

2. Постановление Правительства Российской Федерации от 17.10.2009 № 823 «О схемах и программах перспективного развития электроэнергетики». [в ред. постановления Правительства РФ от 12.08.2013 № 691].

3. Постановление Правительства Российской Федерации от 03.06.2008 № 426 «О квалификации генерирующего объ-екта, функционирующего на основе использования возобновляемых источников энергии». [в ред. Постановления Прави-тельства РФ от 05.02.2010 № 58].

4. Постановление Правительства Российской Федерации от 28.05.2013 № 449 «О механизме стимулирования исполь-зования возобновляемых источников энергии на оптовом рынке электрической энергии и мощности».

5. Распоряжение Правительства РФ от 08.01.2009 № 1-р «Об основных направлениях государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года» [в ред. Постановления Правительства РФ от 28.05.2013].

6. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 04.10.2012 № 1839-р «Об утверждении комплекса мер стимулирования производства электрической энергии на основе использования ВИЭ».

7. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 28.05.2013 № 861- р «Об утверждении изменений, которые вносятся в Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электро-энергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года».

8. ALTENERGETICS.RU Альтернативная энергетика, энергосбережение, экология. Запасы энергии ветра и возмож-ности ее использования. Ветровой кадастр России [Электронный ресурс]. URL: http://altenergetics.ru/windenergy/430-zapasy-energii-vetra-i-vozmozhnosti-ee-ispolzovaniya-vetrovoj-kadastr-rossii. (дата обращения: 20.09.2017).

9. Старков А.Н. Атлас ветров России / Л.Ландберг, П.П.Безруких, М.М.Борисенко // Российско-датский институт энергоэффективности, - М.: 2000.

10. РАВИ. Сборник информации для членов РАВИ. Карты ветровых ресурсов России с комментариями. docx [Элек-тронный ресурс]. URL: http://rawi.ru/ru/main.php (дата обращения: 20.09.2017).

11. Конюхова Е. А. Электроснабжение объектов. – М.: Мастерство, 2001. – 11 с. 12. Объемы производства и потребления электрической энергии и мощности в Омской области [Электронный ресурс]

– С. 45. – URL: http://mszhk.omskportal.ru/ru (дата обращения: 23.09.2017). 13. Бреусова А. Г., Филимонова М. В. Развитие электроэнергетики в Омской области//Вестник Омского университета.

Серия «Экономика». – 2009. – №. 4. – 41 с. 14. Новости энергетики [Электронный ресурс]. – URL: http://www.sibeco.su/sibeco0620 (дата обращения: 23.09.2017). 15. Вафина, Ю. А. Энергосбережение за счет использования альтернативных источников энергии и вторичных энерго-

ресурсов: Россия и мировой опыт//Вестник Казанского технологического университета. – 2012. –Т.15.– №. 9. – 266 –269 с. 16. Портал по энергосбережению «Энергосовет» [Электронный ресурс]. – URL:

http://www.energosovet.ru/entech.php?idd=36 (дата обращения: 2409.2017). 17.Новая энергия [Электронный ресурс]. – URL: http://www.enersy.ru/energiya/preimuschestva-i-nedostatki-maloy-

gidroelektrostantsii.html (дата обращения: 24.09.2017). 18. Информационный ресурс об электрогенераторах и энергооборудовании [Электронный ресурс]. – URL:

http://genport.ru/article/dostoinstva-i-nedostatki-ispolzovaniya-solnechnyh-paneley (дата обращения: 24.09.2017). 19. Новая энергия [Электронный ресурс]. – URL: http://www.enersy.ru/energiya/preimuschestva-i-nedostatki-

solnechnyh-energotsentrov (дата обращения: 25.09.2017). 20. Новая генерация [Электронный ресурс]. – URL: http://www.manbw.ru/analitycs/windrus.html (дата обращения:

25.09.2017). 21. Сибирское домовладение [Электронный ресурс]. – URL: http://imhodom.ru/node/3250 (дата обращения: 25.09.2017). 22. Портал по энергосбережению «Энергосовет» [Электронный ресурс]. – URL:

http://www.energosovet.ru/entech.php?idd=35 (дата обращения: 25.09.2017). 23. Новая энергия [Электронный ресурс]. – URL: http://www.enersy.ru/energiya/preimuschestva-i-nedostatki-

elektrostantsiy-na-biomasse.html (дата обращения: 25.09.2017).

http://www.enersy.ru/energiya/preimuschestva-i-nedostatki-solnechnyh-energotsentrov

http://www.enersy.ru/energiya/preimuschestva-i-nedostatki-solnechnyh-energotsentrov


40

Гибридный накопитель энергии с использованием статических компенсаторов реактивной мощности и суперконденсаторов для обеспечения качества

электроснабжения потребителей нефтегазовой индустрии

Вараксин Алексей Юрьевич, член-корреспондент РАН Деньщиков Константин Константинович, доктор технических наук

Объединенный институт высоких температур РАН, (г. Москва)

Рассмотрены некоторые проблемы создания гибридных систем обеспечения качества электроснабжения

киловольтного и мегаваттного диапазона на основе современных статических компенсаторов реактивной

мощности и суперконденсаторов нового поколения.

Ключевые слова: гибридная система электроснабжения, статические преобразователи, суперконденсато-

ры, повышение качества электроснабжения, выдача активной мощности.

Обеспечение качества электроэнергии (КЭ) является важной составляющей энергосбережения. Эта проблема носит национальный и надведомственный характер. Орга-низационные и технологические изменения последних 20-25 лет в электроэнергетике России требуют выработки новых подходов к обеспечению КЭ в электрических сетях. Так разделение вертикально-интегрированных компаний на независимые генерирующие, сетевые и сбытовые компа-нии, а также субъекты оперативно-диспетчерского управ-ления при одновременном переводе ряда государственных стандартов в разряд документов добровольного примене-ния не способствовало поддержанию КЭ и привело к сильному осложнению организационных задач по его обеспечению.

Отклонения показателей КЭ от нормируемых значений могут привести к существенному технологическому ущербу [1]. Согласно [2] суммарные убытки 25 стран Евросоюза из-за плохого КЭ составляют 150 млрд. евро/год. Ущерб от низкого КЭ обходится российской экономике по мини-мальной оценке [3] приблизительно в 25 млрд. долл./год. Указанные суммы подтверждают актуальность проблемы обеспечения требуемого КЭ.

В настоящее время для обеспечения качества электро-энергии используются самые разнообразные устройства (конденсаторные батареи, статические тиристорные ком-пенсаторы, компенсирующие реакторы, фильтры высших гармоник, фазоповоротные устройства). Например, стати-ческие тиристорные компенсаторы производятся компани-ями ABB, Siemens и др. Однако перечисленные устрой-ства не обеспечивают комплексного решения проблемы и необходимого качества электроэнергии при глубоких про-валах напряжения и тем более при перерывах электро-снабжения.

Создаваемый в рамках настоящей работы гибридный (сочетающий в себе устройства силовой электроники и накопители энергии) накопитель энергии (ГНЭ) по своим функциональным возможностям (регулирование и стаби-лизация напряжения сети, компенсация гармонических искажений, симметрирование напряжения сети, резерви-рование питания) не имеет аналогов в мире [4].

Структурная схема ГНЭ показана на рис. 1. ГНЭ со-стоит из преобразователя напряжения (ПН), накопителя энергии (НЭ) и системы управления (СУ). Преобразова-тель напряжения, в качестве которого выступает статиче-ский компенсатор реактивной мощности, осуществляет функции регулятора напряжения сети, симметрирования напряжения сети, активной фильтрации гармонических составляющих напряжения и тока, а также функции вы-

прямителя и инвертора для обслуживания накопителя энергии. Накопитель энергии, в качестве которого выступа-ет батарея суперконденсаторов, предназначен для кратко-временной выдачи активной мощности в случае исчезнове-ния напряжения сети. Система управления осуществляет управление и защиту ПН и НЭ.

Рис. 1. Структурная схема ГНЭ

Новое поколение суперконденсаторов для батареи накопителей ГНЭ. Для создания накопителя ГНЭ с крат-ковременным (1—3 с) накоплением и выдачей активной мощности (3 МВт) в сеть (10,5 кВ) требуется новое поколе-ние суперконденсаторов, обеспечивающее указанные ха-рактеристики.

Состав и структура электродов суперконденсатора яв-ляются ключевыми факторами, определяющими энергети-ческие параметры электрохимического накопителя энергии на двойном электрическом слое.

Один из ключевых вопросов – возможность максими-зации поверхности двойного электрического слоя с исполь-зованием высокодисперсных углеродных материалов, структура пористости которых оптимизирована с разме-рами ионов электролита [5, 6]. В тоже время, должно быть минимизировано омическое сопротивление электрода в основном за счет уменьшения контактного сопротивления на границе с токосъемником и обеспечена анизотропность его поверхностных характеристик.

Для выполнения всех этих требований в электродах су-перконденсаторов должны быть использованы высокодис-персные углеродные материалы в виде сложных компо-


41

зитных структур на основе активированного угля, электро-проводящей добавки, полимерного связующего. Кроме того, важным фактором, определяющим энергетические параметры суперконденсатора, является технология изго-товления электродов (соединение углеродного материала с токосъемником), которая должна обеспечивать не только высокие электрические и удельные характеристики, но позволять получать гибкие и механически прочные элек-троды.

Была разработана технология производства композит-ной углеродной ленты (КУЛ), являющейся основой для электродов суперконденсаторов, а также проведение все-сторонних электрохимических и электроэнергетических исследований как непосредственно КУЛ, так и электродов на основе КУЛ и моделей суперконденсаторов наборной и намоточной конструкций с использований таких электро-дов.

В работе представлен вариант комплексного решения этой проблемы на основе оригинальной технологии исполь-зования гибкой КУЛ в нескольких вариантах, удовлетво-ряющих различным техническим требованиям потенци-альных производителей суперконденсаторов.

При этом представлены результаты структурных ис-следований гибких электродных материалов, выполнены электрохимические исследования электроэнергетических характеристик электродов в неводном электролите в зави-симости от типа токового коллектора и наличия электро-проводящего адгезива между углеродным материалом и коллектором. Представлены результаты испытаний моде-лей суперконденсаторов с различными типами сепаратора.

Разработана технология многоступенчатого каландри-рования, позволяющая изготавливать гибкие композитные электродные ленты для суперконденсаторов с водными и неводными электролитами. Установлено, что в суперкон-денсаторе с неводным электролитом 1 M TEABF4/PC наилучшими удельными характеристиками (удельная емкость выше 80 Ф/г и полное внутреннее сопротивление 7,2 Ом/см2) обладает электрод на основе композитной уг-леродной ленты, нанесенной на токовый коллектор с по-мощью токопроводящего адгезива. Технология обеспечива-ет однородность механических и электрохимических

свойств композитных углеродных электродов, что связано с гомогенностью структуры и состава углеродной ленты.

Разработана и исследована линейка электродов на ос-нове композитной углеродной ленты для суперконденсато-ров наборной и намоточной технологий, а также других электрохимических устройств.

Преимущества ГНЭ. Ключевыми преимуществами со-здаваемого ГНЭ являются:

1) модульность; 2) многофункциональность; 3) невысокая стоимость за счет применения оптималь-

ных схемотехнических решений и максимально возможного использования отечественной элементной базы;

4) возможность гибкой подстройки технических харак-теристик ГНЭ под индивидуальные требования заказчика;

5) дешевизна в обслуживании и меньшие габариты по сравнению с имеющимся оборудованием, выполняющим лишь отдельные функции и закупаемом у различных про-изводителей.

Создаваемый ГНЭ является лишь одним из устройств в планируемом широком модельном ряде активно-адаптивных устройств (различной мощности, рабочего напряжения и продолжительности работы), применяемых при решении целого спектра задач (повышение качества энергоснабжения и надежности, покрытие пиковых нагру-зок, резервный источник электроснабжения, интеграция с генерирующим оборудованием распределенной энергетики и др.) в энергосистемах различного уровня, что предопре-деляет актуальность их развития для современной энерге-тики РФ и их глобальную конкурентоспособность.

Предполагается, что опыт разработки ГНЭ, приобре-таемый в рамках настоящей работы, позволит в дальней-шем создать научно-технический задел для производства большого номенклатурного ряда устройств, в основе рабо-ты которых лежит инновационная идея совместного ис-пользования различных накопителей энергии (кратковре-менных и долговременных) и устройств силовой электрони-ки.

Работа выполнена при финансовой поддержке Мино-брнауки России (cоглашение № 14.604.21.0178, уникальный идентификатор работ (проекта) RFMEFI60417X0178).


1. Карташев И.И., Тульский В.Н., Шамонов Р.Г., Шаров Ю.В., Насыров Р.Р. Управление качеством электроэнергии. М.: Издательский дом МЭИ, 2017. — 347 с.

2. Мэнсон Д. Решение проблемы качества электроэнергии — дешевле, чем терпеть от нее убытки // Энергоэксперт. 2008. № 4. С. 49—52.

3. Добрусин Л.А. Проблема качества электроэнергии и электросбережения в России // Энергоэксперт. 2008. № 4. С. 30—35.

4. Вараксин А.Ю., Деньщиков К.К. Разработка физико-технических принципов создания гибридных накопителей энергии мегавольтного и мегаваттного диапазона с использованием статических компенсаторов реактивной мощности и суперконденсаторов и для обеспечения качества электроснабжения энергоемких потребителей нефтегазовой индустрии // Программа фундаментальных исследований Президиума РАН №1 «Актуальные проблемы энергетики и создание новых энергетических технологий». Проект 1.3. М: ОИВТ РАН, 2015.

5. Деньщиков К.К., Жук А.З., Чайка М.Ю., Шубзда Б. Композитная углеродная лента для электродов суперконден-саторов // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2015. № 21. С. 207—215.

6. Деньщиков К.К. Оптимизация взаимодействия наноструктурированных углеродных материалов и электролитов на основе ионных жидкостей для повышения электроэнергетических характеристик суперконденсаторов // Международный форум по нанотехнологиям RUSNANOTECH. Сборник тезисов докладов научно-технических секций. Т. 2. М.: Роснано. 2008. С. 472—473.


42

Питательная вода. Работа автоматизированной системы регулирования подачи питательной воды

Порубов Дмитрий Александрович, доктор PhD, старший преподаватель; Заварзин Владимир Олегович, магистрант

Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева (г. Усть-Каменогорск)

Ключевые слова: питательная вода, нормы качества питательной воды, регулирование уровня, датчик

расхода пара, датчик расхода питательной воды

Питательная вода – это вода предназначенная для подачи в паровой котел в качестве сырья для получения водяного пара. Водяной пар образуется в результате испа-рения молекул воды и создает определенное давление, называемое парциальным. Надежность работы парогене-ратора, а также качество вырабатываемого им пара зави-сят от режима регулирования подачи питательной воды, а также от ее качества. Питательная вода требует очистки от загрязнений и фильтрации для предотвращения образова-ния накипи, межкристаллитного растрескивания, корро-зии, вследствие чего уменьшения проходного сечения меж-

лопаточных каналов. Эти негативные воздействия сводятся к минимуму испарением неочищенной воды для получения и дальнейшего использования дистиллированной воды. Подготовка питательной воды для ее дальнейшего исполь-зования в паровом агрегате является неотъемлемой частью процесса. Питательная вода проходит стадии умягчения, т.е. замена ионов магния и кальция на ионы натрия. Вто-рым этапом является процесс термической деаэрации, который заключается в уменьшении содержания углекис-лого газа и кислорода в питательной воде.

Таблица 1. Предельные нормы качества питательной воды и пара

Показатели Рабочее давление пара, Мпа (кгс/кв. см)

0,9 (9) 1,4 (14) 2,4 (24) 4 (40) Прозрачность по шрифту, см 30 40 40 40

Общая жесткость, мкг-экв/кг 30 15 10 5 40 20 15 10

Содержание, мкг/кг: соединений железа (в пересчете на Fe)

Не нормируется 300 100 50 Не нормируется Не нормируется 200 100

Соединений меди (в пересчете на Cu) Не нормируется 10

Не нормируется

Растворенного кислорода 50 30 20 20 100 50 50 30

Значение pH при температуре 25 °C 8,5 - 10,5 Содержание нефтепродуктов, мг/кг 5 3 3 0,5

Данные таблицы 1 приведены на основе руководящего

документа по стандартизации (РД 24.032.01-91, методиче-ские указания).

Для обеспечения надежной и бесперебойной работы котла внедряют системы автоматического регулирования подачи питательной воды в паровой агрегат. Система ав-томатического регулирования направлена на поддержание уровня воды в паровом агрегате в соответствии с техноло-гическим процессом, т.к. обеспечение необходимым уров-нем воды, не превышающим допустимые пределы, предотвращает забросы питательной воды в пароперегре-ватель. Заброс воды в пароперегреватель нарушает рабо-ту агрегата в результате гидравлических ударов, что в свою очередь приводит к механическим разрушениям его конструкций [2].

Регулирование уровня воды в паровом агрегате осу-ществляется с помощью регулятора питания. Таким обра-зом, задача регулирования воздействие на степень откры-тия клапана подачи питательной воды.

Работа регулятора питания направлена на обеспече-ние среднего уровня питательной воды в паровом агрегате (Рис. 1). Регулятор вырабатывает сигнал на регулирование степени открытия питательного клапана при увеличе-нии/уменьшении расхода питательной воды и/или пара. Регулятор также отвечает за уровень воды в барабане

котельного агрегата. При изменении уровня воды регуля-тор воздействует на степень открытия клапана, приводя значение параметра в заданные пределы [3].

Рис. 1. Структурная схема регулирования питания ба-рабана котла

1 – барабан котла, 2 – регулятор, 3 – задатчик, 4 – дат-чик расхода питательной воды, 5 – датчик уровня, 6 –

датчик расхода пара, 7 – питательный клапан, 8 – паро-перегреватель;

Для обеспечения быстродействия регулирования по-ложения питательного клапана используются сигналы с датчиков расхода питательной воды (Поз.4) и пара (Поз. 6), сигнал с датчика уровня (Поз.5), данные сигналы обеспе-


43

чивают необходимую точность при регулировании уровня воды в барабане котельного агрегата.

Для регулирования расхода питательной воды, кото-рый в свою очередь влияет на положение уровня воды в котловом агрегате, используется многопозиционный регу-лирующий клапан, воздействуя на который стабилизиру-ется положение уровня в случае его отклонения от задан-ного значения.

Для удержания уровня питательной воды в более уз-ких пределах применяются насосы с плавным регулирова-нием числа оборотов двигателя. Применение частотного регулирования насосами обеспечивает управление двига-телем насосной установки в соответствии с требуемыми нагрузками системы, а также позволяет установить наибо-лее экономичный режим работы оборудования [4].


1. Рябчиков Б. Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования. М.: ДеЛи принт, 2004. - 328 с.

2. Соколов Б.А. Котельные установки и их эксплуатация. М.: Академия, 2007. - 432 с. 3. Плетнев Г.П. Автоматизация технологических процессов и производств в теплоэнергетике. М.: Издательский дом

МЭИ, 2009. - 352 с. 4. Крылов Ю.А. Энергосбережение и автоматизация производства в теплоэнергетическом хозяйстве города. Частотно-

регулируемый электропривод: учебное пособие. СПб.: Лань, 2013. - 176 c.

Автоматизация контроля качества обработки деталей в реальном времени

Зенков Дмитрий Александрович, магистрант Восточно-Казахстанский Государственный Технический Университет им. Д. Серикбаева

(г. Усть-Каменогорск)

Краткое описание идеи В любом автоматизированном производстве необходи-

мо присутствие систем контроля качества выпускаемой продукции. Очень важно автоматизировать ручной труд, осуществляемый по контролю качества, на затрудненных и важных технологических этапах.

Решение проблемы автоматизации контроля качества осуществляется посредством внедрения больших програм-мно-аппаратных комплексов, относящихся к классу систем технического зрения. Разработка таких систем ведется по всему миру. Самые надежные продукты являются самы-ми дорогими: продукция фирм Orbotech, Lloyd-Doyle, Bar-co. Стоимость варьируется в пределах нескольких сотен тысяч долларов США. Из-за большой стоимости многие предприятия в СНГ не используют автоматизированный контроль качества продукции. Основная цель – написание программно-аппаратного комплекса для автоматизации контроля качества продукции с использованием машинно-го зрения.

Можно выделить компании, развивающихся в данном направлении, и предоставляющих решения по автомати-зации: SICK [1, 2], Siemens [3], National Instruments [4], Microscan [5], Cognex [6], Sensopart [7], Barco [8] и другие.

Огромный вклад внесли следующие зарубежные учё-ные: Т.Маэнпаа [9], М. Петикаинен [10], Т. Ахонен [11], Т. Ойяла [12], Р. Харалик [13], X. Каупинен [14]. Вопросами технического зрения занимаются также и учёные стран СНГ И. А. Кудинов [15], С.М. Соколов [16], А. М. Бонда-ренко [17] и др.

Цель: Разработка системы компьютерного зрения для визу-

ального контроля геометрических параметров объектов и распознавания качества обрабатываемых поверхностей в составе технологических систем.

Задачи: 1) Обзор современных систем компьютерного зрения

для автоматизированного контроля качества продукции. 2) Разработка методики распознавания изображений

для автоматизированного визуального контроля качества продукции в составе технологических систем с использова-

нием компьютерного зрения. 3) Разработка и исследование алгоритмов получения

изображений исследуемой детали и ее геометрические преобразования для автоматизированного визуального контроля качества продукции.

4) Разработка и исследование алгоритмов предвари-тельной обработки изображений деталей.

5) Разработка и исследование алгоритмов компьютер-ного зрения для визуального контроля качества обрабаты-ваемых поверхностей (ее текстуры).

6) Разработка и исследование алгоритмов компьютер-ного зрения для визуального контроля геометрических па-раметров объектов (определения границ контура детали).

7) Разработка и исследование алгоритмов морфологи-ческого анализа изображений.

8) Разработка алгоритмов распознавания объектов с помощью теории принятия решений.

9) Разработка архитектуры автоматизированной систе-мы визуального контроля качества промышленных изде-лий в составе технологических систем.

10) Разработка автоматизированной системы визу-ального контроля качества изделий на примере роботизи-рованного комплекса технологической линии сборки дета-лей Festo MPS 200.

11) Проведение натурных экспериментальных иссле-дований системы визуального контроля качества изделий на примере производственной линии Festo MPS 200.

Научная новизна 1) В результате разработки проекта будет создана ме-

тодика распознавания изображений для автоматизиро-ванного визуального контроля качества продукции с ис-пользованием методов компьютерного зрения.

2) Разработана технология распознавания изображе-ний для автоматизированного визуального контроля каче-ства продукции с использованием компьютерного зрения, обеспечивающая более эффективное распознавание.

3) Разработана эталонная модель автоматизированной информационной системы визуального контроля качества промышленных изделий в составе технологических систем.

4) Разработан комплекс программных продуктов, ос-


44

нованных на эталонной модели, с функциями автоматизи-рованного визуального контроля качества продукции про-мышленных изделий на примере роботизированного ком-плекса Festo MPS 200.

Ожидаемые результаты Будет разработана новая интеллектуальная автомати-

зированная система для визуального контроля качества промышленных изделий в составе технологических систем.

Ожидаемый научный и социально-экономический эф-фект.

В Казахстане появится новая технология визуального контроля промышленных изделий с использованием авто-матизированной системы. Для Казахстана, уже на рабо-тающих предприятиях, за счёт этого, будет дополнительно заработано порядка 10-15% от общей прибыли предприя-

тий машиностроительной и металлургической промыш-ленности.

Целевые потребители полученных результатов: про-мышленные предприятия.

Практическая реализация разработанных алгоритмов визуального контроля качества промышленных изделий позволит увеличить производительность труда и количе-ство выпускаемых деталей, а также, уменьшится время сборки. Наличие данной системы на предприятии подра-зумевает полностью автоматическую разбраковку или сортировку изделий в соответствии с существующими на данном предприятии критериями качества.

Результаты работы по проекту получат широкое рас-пространение среди потенциальных пользователей, сооб-щества ученых и широкой общественности.


1. Автомобилестроение и производство комплектующих: сайт компании SICK. [Электронный ресурс]. URL: https://www.sick.com/ru/ru

2. Лысенко О.Н. Машинное зрение от SICK/IVP - Автоматизация в промышленности №3,2007. C.30-33. 3. Automation systems for all requirements: сайт компании Siemens. [Электронный ресурс]. URL:

https://www.siemens.com/global/en/home/products/automation/systems.html 4. Автоматизированное тестирование в автомобилестроении: сайт компании National Instruments. [Электронный

ресурс]. URL: http://www.ni.com/ru-ru/innovations/automotive/ automated-automotive-test.html 5. Machine vision systems: сайт компании Microscan. [Электронный ресурс]. URL:http://www.microscan.com/en-

us/products/machine-vision-systems 6. Машинное зрение: сайт компании Cognex. [Электронный ресурс]. URL: http://www.cognex.com/products/machine-

vision/?pageid=14404&langtype=1049 7. Industrie 4.0: сайт компании Sensopart. [Электронный ресурс]. URL: http://www.sensopart.com/en/industry-4-0 8. Автомобильная отрасль: сайт компании Barco. [Электронный ресурс]. URL:

https://www.barco.com/ru/markets/Automotive 9. T Mäenpää, M Pietikäinen. Classification with color and texture: jointly or separately? Pattern recognition, 2004, 37 (8),

1629-1640. 10. J Chen, S Shan, C He, G Zhao, M Pietikainen, X Chen, W Gao. WLD: A robust local image descriptor. IEEE transac-

tions on pattern analysis and machine intelligence, 2010, 32 (9), 1705-1720. 11. T Ahonen, J Matas, C He, M Pietikäinen. Rotation invariant image description with local binary pattern histogram

fourier features. Image analysis, 2009, 61-70. 12. T Ojala, M Pietikäinen, T Mäenpää. .Gray scale and rotation invariant texture classification with local binary patterns.

European Conference on Computer Vision, 2000, 404-420. 13. R.M. Haralick. Propagating covariance in computer vision. Performance Characterization in Computer Vision, 2000,

95-114. 14. Silven, O., Niskanen, M., Kauppinen, H.: Wood inspection with non-supervised clustering. MachineVision and Applica-

tions, 2003, 13(5-6), 275–285. 15. Кудинов И. А. и др. Алгоритм формирования панорамного изображения от нескольких камер с перекрывающи-

мися полями зрения и его программная реализация: тез. // 7-я научно-техническая конференция «Техническое зрение в системах управления-2016» (ТЗСУ-2016): сб. тез. Москва, ИКИ РАН, 15–17 марта 2016. М.: ИКИ РАН, 2016. С. 56.

16. Соколов С.М. СТЗ в контуре управления станка с ЧПУ // Шестая Всесоюзная конференция по управлению в ме-ханических системах. Тезисы докладов. – Львов: Львовская научная библиотека АН УССР, 1987. – С. 144.

17. Бондаренко М. А., Дрынкин В. Н. Оценка информативности комбинированных изображений в мультиспектраль-ных системах технического зрения // Программные системы и вычислительные методы. 2016. № 1. - С. 64–79. DOI: 10.7256/2305-6061.2016.1.18047.

Работоспособность поршневых колец

Королев Александр Егорович, кандидат технических наук, доцент Государственный аграрный университет Северного Зауралья (г. Тюмень)

Аннотация. В статье рассматриваются условия контактирования поршневого кольца с гильзой цилин-

дров. Поршневые кольца обеспечивают герметичность и тепловой режим сопряжений. Нарушение их кон-

такта с цилиндром ухудшает технико-экономические показатели работы двигателей и повышает скорость

изнашивания деталей. Предлагается измерительно-расчетный метод определения овальности, что обеспечи-

вает точность контроля деталей. Установлено влияние овальности гильз цилиндров на площадь контакта

поршневых колец. Определены закономерности изменения прорыва газов в картер двигателя и износа цилинд-


45

ро-поршневой группы от угла потери контакта поршневых колец.

Ключевые слова: двигатель, поршневое кольцо, угол контакта, герметичность уплотнений, износ.

Поршневые кольца предназначены для обеспечения герметичности сопряжения, отвода тепла от поршня к стенкам цилиндра и препятствуют проникновению кар-терного масла в рабочее пространство. Они подвергаются воздействию значительного давления газов, сил трения и внутренней упругости. Температура колец резко повыша-ется при увеличении прорыва газов в картер вследствие потери их упругости, неравномерного износа цилиндров и поршневых канавок. Утечка газа через зазор в замке коль-ца несущественно сказывается на работе двигателя [1]. При увеличении зазоров в сопряжениях деталей цилиндро-поршневой группы изменяется не только тепловой режим, но и осушается смазка, что приводит к форсированию их изнашивания. Контакт между кольцом и цилиндром дол-жен обеспечиваться при сборке двигателей, поскольку в процессе приработки имеющиеся просветы не устраняют-ся [2]. В работе [3] теоретически обосновано влияние диаметра и овальности гильз цилиндров на потерю угла контакта поршневых колец.

При определении овальности микрометраж деталей выполняется в двух произвольных взаимно перпендику-лярных направлениях, поэтому маловероятно попадание именно на оси эллипса. Следовательно, может быть при-нято не обоснованное решение о годности детали. В связи с этим предлагается измерительно-расчетный метод кон-троля деталей. Имеется круглый цилиндр с номинальным радиусом r, при наличии овальности размеры полуосей составят: a = r + δ/4 и b = r - δ/4, соответственно оваль-ность δ = 2∙a - 2∙b. Для вывода необходимой формулы возьмём за основу уравнение эллипса в полярных коорди-натах. При двух измерениях под углами β и β + 𝜋/2 к осям координат имеем:

{(

ρ1∙cosβ

r+ δ/4)

2

+ (ρ1∙sinβ

r+ δ/4)

2

= 1

(ρ1∙sinβ

r+ δ/4)

2

+ (ρ1∙cosβ

r+ δ/4)

2

= 1 , (1)

где ρ1 и ρ2 - радиусы измерения. После решения данной системы получаем соотноше-

ния, позволяющие определить фактическую овальность

цилиндрической детали: tg2∙β = r − ρ2

ρ2−r и δ =

4∙(ρ1−r)

cos2∙β =

4∙(r − ρ2)

sin2∙β. Используя технические характеристики поршне-

вых колец и результаты микрометража гильз цилиндров двигателей ЯМЗ-238НБ, установлена закономерность из-менения просветов в сопряжении деталей (рис. 1).

Рисунок 1. Влияние овальности гильз цилиндров на по-терю угла контакта поршневых колец

Отсюда следует, что при нормативной овальности (δ = 0,025 мм) потеря контакта уже составляет 10% от общей

площади. При нарушении контакта кольца и цилиндра появляются просветы, площадь которых составит F =

2∙r∙∫ v ∙ dαα

0, где v - величина просвета.

Объем утечки газа составит: G = v∙F∙t, (2)

где v - скорость газа в просвете, м/с; t - продолжительность цикла, с. Скорость газа вычисляется по формуле:

v = √(12∙μ∙l

S2 )2

+ 2∙P

ρ -

12∙μ∙l

S2 , (3)

где μ - кинематическая вязкость газа, м2/с; l - длина канала, м; P - давление газа, кг/м2; ρ - плотность газа, кг∙с2/м4; S - зазор гильза-поршень, м. Исходные данные для определения v следующие: S =

2∙10-4 м, l = 1,7∙10-2, μ = 3,5∙10-4 м2/с, ρ = 1,7 кг∙с2/м4, Р = 5∙105 кг/м2. Используя экспериментальные данные и в результате расчетов определена закономерность изменения прорыва газов в картер двигателя (рис. 2).

Рисунок 2. Влияние угла потери контакта поршневых колец на прорыв газов в картер двигателя

При α = 0о утечка газа происходит через зазоры в зам-ке колец и канавках поршня. При увеличении α на 10о прорыв газов в среднем возрастает на 14%.

Рисунок 3. Влияние угла потери контакта поршневых колец на износ цилиндро-поршневой группы

При стендовой обкатке дизелей оценивался их износ методом спектрального анализа масел. Предварительно выполнялся микрометраж деталей цилиндро-поршневой группы. Используя функциональную взаимосвязь оваль-ности с углом потери контакта, установлена закономер-ность степени изнашивания деталей относительно норма-тивных значений (рис. 3).

Отсюда следует, что с увеличением α износ деталей возрастает и более интенсивно при превышении норма-тивных значений. При изменении угла α на 10о в норма-тивных пределах износ повышается на 6…8%, а при их превышении - на 18…20%.


46


1. Котляров В.В. Влияние геометрии и величины зазора в замке поршневого кольца на износ первой поршневой ка-навки / В.В. Котляров, И.К. Мигай // НИИиформтяжмаш. - 1969. - №4-69-3. - С. 16 - 20.

2. Королев А.Е. Влияние качества комплектовки на показатели работы двигателей / А.Е. Королев // Вестник ГАУСЗ. - 2014. - №4. - С. 65 - 67.

3. Гинцбург Б.Я. Теория поршневого кольца / Б.Я. Гинцбург. - М.: Машиностроение, 1979. - 271 с.

Социологическая оценка качества ремонта тракторов

Королев Александр Егорович, кандидат технических наук, доцент Государственный аграрный университет Северного Зауралья (г. Тюмень)

Аннотация. В статье представлены методика и результаты социологической оценки качества ремонта

тракторов. Ремонт машин предопределяет их потребительские свойства в эксплуатационных условиях. В

результате анкетирования заказчиков установлено, что уровень качества ремонта техники составляет 57%

от норматива. В наибольшей степени потребители не удовлетворены показателями работоспособности и

долговечности тракторов. На основе обработки исходной информации определены корреляционные взаимо-

связи между показателями качества ремонтных услуг. Опросом слесарей-ремонтников выявлены организаци-

онные и технологические факторы совершенствования ремонтного производства.

Ключевые слова: ремонт, трактора, качество, показатели, социологическая оценка

Качество продукции определяется совокупностью свойств, которые обусловливают ее пригодность удовлетво-рять определенные потребности в соответствии назначени-ем. Показатели качества могут быть единичные, отража-ющие какие-то отдельные свойства, и комплексные, харак-теризующие несколько свойств изделия. Непременным условием является рассмотрение показателей примени-тельно к определенным условиям потребления и эксплуа-тации данной продукции. Ремонт представляет собой важное звено в общей системе поддержания машинно-тракторного парка в работоспособном состоянии [1]. Структура показателей качества для ремонтных пред-приятий и заказчиков не совпадает. Для ремонтных пред-приятий показателями работы является выполнение пла-нов по объему, производительности труда и себестоимости ремонта, а в качестве эксплуатационных показателей ис-пользуют данные по рекламациям. Естественно, в вопросах оценки качества ремонта машин решающее слово при-надлежит потребителям этой продукции [2]. Для обобще-ния мнений инженерно-технических работников разрабо-тана методика комплексной оценки качества ремонта, ос-нованная на сравнении фактического состояния показате-лей с необходимыми (желаемыми) значениями. Выбор признаков и их иерархия основаны на структуре требова-ний потребителей. Эксперты в анкетах ранжировали пока-

затели качества в соответствии с предполагаемой их зна-чимостью. По каждому показателю находили сумму пря-мых и обратных рангов. Расчеты коэффициентов весомости и определение степени доверия расчетов проводили по нормализованной матрице рангов (удобство сдачи и полу-чения машин - 0,042; продолжительность ремонта - 0,090; назначение вида ремонта - 0,109; технические показатели машин - 0,154; внешний вид машин - 0,078 - степень после-ремонтной годности к выполнению работ - 0,143; безотказ-ность - 0,189; долговечность - 0,195). Были приняты 5 ступе-ней качества от 1 до 0 с шагом 0,25. В анкетах, разрабо-танных на основе этих данных, заказчики отмечают факти-ческий уровень каждого единичного показателя. Ком-плексный коэффициент уровня ремонта находят по фор-муле: Кр = ∑ φi ∙ νi

ni=1 , где νi - весомость i-ro показателя; φi

- коэффициент фактического уровня i-ro показателя. Сред-нее значение коэффициента уровня ремонта машин опре-деляют исходя из результатов опроса группы заказчиков. Для получения информации с доверительной вероят-ностью не ниже 0,9 и относительной ошибкой не выше 10% привлекают не менее 25 специалистов. По разработанной методике было опрошено 107 заказчиков по 4 маркам тракторов. Средние значения показателей по всем маркам представлено в табл. 1.

Таблица 1. Статистическая оценка качества ремонта тракторов

Наименование показателя Удовлетворенностьзаказчиков Удобство сдачи и получения из ремонта Продолжительность ремонта Назначение вида ремонта Технические показатели Внешний вид Годность к выполнению работ Безотказность Долговечность

0,66 0,51 0,65 0,52 0,54 0,63 0,60 0,51

Наибольшая неудовлетворенность качеством ремонт-

ных услуг наблюдается по следующим показателям: дол-говечность - средний ресурс ниже норматива на 20…30%, технические показатели - до трех параметров не соответ-ствуют техническим условиям, продолжительность ремонта

превышает 20 дней, средний Кр = 0,57. В результате обра-

ботки собранной информации установлено, что распреде-ление коэффициентов подчиняется закону нормального распределения (рис. 1 - на примере двух марок тракторов).


47

Рисунок 1. Распределение комплексного показателя качества ремонта тракторов МТЗ-82 (1) и К-700 (2)

Корреляционный анализ показал, что наибольшая по-ложительная связь наблюдается между показателями долговечности, безотказности и годности, а также между техническими показателями, внешним видом и годностью. Обратная связь выявлена между видом ремонта и годно-стью.

Основной причиной недостаточного качества ремонта является несоблюдение технологической дисциплины [3, 4]. Обязательным условием повышения качества ре-монта является укрепление производственной базы, инже-нерной подготовки производства и рабочей силы. Для оценки этих факторов были опрошены рабочие ремонтных предприятий. Средний возраст слесарей составил 33,6 го-да, средний стаж работы - 7,1 года. По мнению рабочих только 28,6% мест по планировке, наличию средств меха-низации, удобству работы полностью соответствует предъ-являемым требованиям, при этом большинство рабочих не устраивает уровень механизации, санитарно-гигиенические условия рабочих мест. Технические условия на ремонт в необходимой мере знают 62% слесарей, почти столько же систематически контролируют свою работу. С увеличением

возраста и стажа работы повышается доля слесарей, имеющих более глубокие знания технологии (рис. 2).

Уровень самоконтроля качества работы наиболее вы-сокий у начинающих и наиболее опытных рабочих. При рассмотрении проблемы повышения эффективности труда 53,7% рабочих поставили на первое место улучшение обеспечения материалами, запчастями и инструментом, а на последующие - укрепление трудовой дисциплины, обес-печение участков и цехов квалифицированными инженер-но-техническими работниками, повышение ритмичности в работе.

Рисунок 2. Влияние стажа рабочих на уровень знания

технологи ремонта Среди организационных мер, способствующих повы-

шению качества ремонта, 41% рабочих поставили на пер-вое место личную ответственность исполнителей за пору-ченное дело; 32,2% - зависимость оплаты труда от качества работы; 22,8% - усиление контроля за качеством работы. У большинства рабочих (47,3%) нет желания перейти на другое место работы; 29,7% не имеют по этому вопросу четкого мнения, а 17,5% хотели бы сменить место или спе-циальность внутри предприятия.


1. Курчаткин В.В. Надежность и ремонт машин / В.В. Курчаткин. – М.: Колос, 2000. - 776 с. 2. Максимов С.Е. Надежность транспортных и технологических машин: формирование и реализация / С.Е. Максимов,

А.Н. Лялинов, А,В. Бондаренко // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - №3. - С. 613-616. 3. Коган Б. И. О создании научных основ технологического обеспечения качества ремонта машин / Б.И. Коган //

Вестник Кузбасского государственного технического университета. - 2006. - №3. - С. 50-53. 4. Батищева О.М. К проблеме технологического обеспечения надежности и качества сборки машин / О.М. Батищева,

В.А. Папшев, Г.А. Родимов // Надежность и качество сложных систем. - 2015. - №5. - С. 65-68.

The problem of the formation of impact ionization areas in multigate MOSFET structures with the quantum dot in the channel

Krasnyuk Andrey A. Electronics Department, National Research Nuclear University «MEPhI». Moscow, Russian Federation

Mar`ina Elena V. Imametdinov Emil F.

VLSI Design Department, SRISA, Moscow, Russian Federation

Abstract. The research of the reference model for impact ionization effects in SGMOS (split gate MOS) are present-

ed. It is shown that the use of the split gate model of modulation-doped structures as PDCFET is quite effective for

studies of impact ionization effects. Decrease in the steepness, speed, and change in the I-V characteristic of transistor

structures is not catastrophic up to temperatures of 200-250°C .

Index Terms: periodically doped channel, split gate, MOS structures, impact ionization effects.

I. Introduction

The problems of the development of the submicron tran-sistor constructions, which could allow building up a new types of CMOS and SOI CMOS µP chips for high tempera-ture and radiation factors seem to be very important. One of

potential ways of the solving this problem is a development and applying new types of MOSFET transistors such as multigate and split gate transistor structures with periodical-ly doped channel in hard circuit. Nanoscale MOS transistor structures with split gate (SGMOS) provide the possibility of forming one-dimensional and two-dimensional elements in


48

the hidden layer of a two-dimensional electron gas. It is be-lieved that the use of the split electrodes is most effective in modulation-doped structures and less effective in delta-doped samples [1]. In [2-5], the PDCFET (periodically doped chan-nel) models, in which a modulation-doped channel is used, were considered. The problem of investigating such struc-tures as split-gate MOS seems to be topical, since it makes it possible to consider the possibility of creating on their basis a number of sensors and transducers, in particular for devices based on surface plasmon resonance (SPR) [6].

II. SGMOS model

The main objective of the study is to develop new transis-tor structures using instrumental and technological models for using in sensors and transducers design for high temper-ature electronics, as well as the study of the characteristics of obtained structures for devices based on SPR methods.

The research subject of this article is the multigate CMOS transistor structure with periodically doped channel with the capacities of basic structure of 0.5 µm CMOS SOI HT (high temperature) technologies [7,8]. In the frame of this work there have been formed models of n- and p-channel MOS transistor structures, which has been simulated by the device-technological analysis. The peculiarity of such struc-ture consists in the specific modulation doping of the transis-tor channel (Fig.1). Use of multigate transistors based on MOS structures with modulation of channel conductivity (PDCFET) for our project can have a number of significant advantages over the traditional approach. The analysis of characteristics of this model in the presence of high tempera-ture is also the concern of this project.

During the simulation there has been observed the spe-cial processing route, where the main idea is contained in the additory ion-implant doping of arsenic for the n-channel transistor and of boron for p-channel transistor. As the result the channel of the transistor obtains in question the periodici-ty of doping. Also in the process of the formation of the re-search structures there have been contemplated light-doped LDD-regions, which lengthens drain and source regions towards the channel [9,10]. For isolation the gate of the tran-sistor is surrounded by the delimitative layer in the form of the thick silicon oxidation film [11]. For furthermost considera-tion in article there will be analyzed only n-channel MOS transistor and its characteristic. The results of physical simu-lation of the doping distribution at horizontal section are shown in Fig.2.

Fig. 1. SGMOS Reference model

Fig.2. Doping distribution at horizontal section

According the abovementioned plots it could be said that:

effective channel length is 0.25 µm;

during the formation of n-diffused area the maximum of doping concentration is at 3.16·1020 cm-3;

during the formation of the region under the gate, which is formed by the additory boron implant doping, the maximum of doping concentration appears at interface of silicon – silicon oxide.

The dependences of the I-V characteristic on the level of doping of the island in the channel of the transistor and its length were estimated, which are shown in Fig. 3 and Fig. 4, respectively. The results show the expected increase in the transconductance and a decrease in the threshold voltage with increasing doping level of the island, which is explained by the model approximation to the behavior of the transistor structure in the presence of a two-dimensional electron gas. The observed decrease in the transconductance and growth of the threshold voltage with increasing channel island doping size completely corresponds to the ohmic model for the tran-sistors with a split gate.

It is shown that this dependence has a quadratic charac-ter, namely, when the length of the alloying island is in-creased by a factor of N2, the corresponding decrease in the steepness of the transistor will be proportional to N times.

IV. SGMOS characteristics under the extreme thermal conditions

The general change in the I-V characteristics of transis-tors with increasing temperature is largely due not only to a decrease in the steepness corresponding to the dependences shown in Fig. 3 and Fig. Figure 5 shows the dependence of the change in runoff characteristics with an increase in tem-perature to 500 ° K.

Fig. 3. Change in the I-V characteristic of SGMOS with increasing doping level of the quantum dot


49

Fig.4. Change in the I-V characteristic of SGMOS with increasing of the quantum dot size

Fig.4. Change in the I-V characteristic of transistors with increasing temperature

The shift of the I-V characteristic can be explained by the presence in the model of boundary delta-like changes in the impurity concentration, as shown in Fig. 2, which in turn can serve as a source of a number of high-temperature effects, which could disturb the processes of normal operations of the transistors [12-14]. In particular, for a sufficiently high field strength near the drain region, the formation of impact ioni-zation effects is possible. The results of the simulation confirm this thesis, as shown in Fig.6. But this process for SGMOS does not have a linear temperature dependence, in particular for a nominal channel length of 0.25 μm, the smallest ioniza-tion coefficient occurred at a temperature of 127°C. This effect is possibly associated with a decrease in carrier mobility in

the channel with temperature increase and corresponding to an increase in the ohmic resistance of the channel doping island, which acts as a current-limiting resistor.

In general, the results of the analysis showed that the presence of parasitic n-p-n structures is not catastrophic up to temperatures of 200 - 250°C. The channel doping island is not equivalent to the base region of a bipolar transistor for this particular model. The island of doping in the channel can be considered as a damping resistor, which allows changing the I-V characteristic of the transistor, from the compensation of, for example, high-temperature and impact ionization effects.

Thus, a reference model for the analysis of SGMOS tran-sistors was developed and investigated. It is shown that the use of a split gate is quite effective in modulation-doped struc-tures of the PDCFET class [15,16].

Conclusion

Results of the project enables us to prove that the method of periodically doped channel is a new way of the multigate transistor structure for a number of sensors and transducers, in particular for devices based on surface plas-mon resonance (SPR). A reference model for the analysis of SGMOS transistors was developed and investigated. It is shown that the use of a split gate is quite effective in modula-tion-doped structures of the PDCFET class. Decrease in the steepness, speed, and change in the I-V characteristic of tran-sistor structures is not catastrophic, up to temperatures of 200 - 250°C. High-temperature effects, such as impact-ionization regions do not have a linear temperature dependence, in par-ticular for a nominal channel length of 0.25 μm, the lowest impact ionization coefficient occurred at a temperature of 127 ° C. This implies the possibility of forming optimal transistor control modes for sensors and analog applications. Accord-ingly, we can assume the possibility of using these transistor structures in high-temperature electronics, sensors and devic-es on the effects of SPR.

ACKNOWLEDGMENT This work is supported by Russian Foundation for Basic

Research, grant № 14-29-09207.

a)

b)

Fig. 6. Diagram of the distribution of the impact ionization regions at a temperature of 500°K - a) and 300°K - b)

REFERENCES:

[1] Punnoose А., Finkelstein A.M.. Metal-InsulatorTransition in Disordered Two-Dimensional Electron Systems, Science, vol. 130, 2005. P. 289.

[2] Watson J., Castro G. High-Temperature Electronics Pose Design and Reliability Challenges. Elektronnye komponenty i sistemy [Electronic Components and Systems]. 2012, no. 7, pp. 3–10.

[3] A. A. Krasnyuk, O. M. Orlov, E. F. Imametdinov, E. V. Mar’ina. Analysis of characteristics for periodically doped channel field-effect transistors under extreme thermal conditions. Russian Microelectronics. 2015 Volume 44, Issue 4, pp 231-235


50

[4] Krasnyuk A.A., Orlov O.M., Imametdinov E.F., Maryina E.V. Development and modeling for submicron PDCFET transistors//Problems of Perspective Micro- and Nanoelectronic Systems Development - 2014. Proceedings / edited by A. Stempkovsky, Moscow, IPPM RAS, 2014. Part II. P. 155-158.

[5] A. A. Krasnyuk, O. M. Orlov, E. F. Imametdinov, E. V. Mar’ina., Development and modeling for submicron PDCFET transistors All-Russian scientific technical meeting (Development problems of the perspective micro- and nanoelectronics systems 2014).

[6] Podlepetsky B.I. Integrated Hydrogen Sensors Based on MIS Transistor Sensitive Elements: Modeling of Characteristics // Automation and Remote Control. – 2015.–vol. 76. – №3. – P. 535–547.

[7] Денисенко В.В.Компактные модели МОП-транзисторов для SPICE в микро- и наноэлектронике. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. – 408 с.[Compact models of MISFETs for SPICE in micro- and to nanoelectronics. - М.: FIZMATLIT, 2010. – 408 p. (In Russian)]

[8] Physical verification system // http://www.cadence.com/ Training/Pages/learning_maps.aspx [9] Rim K. et al. Characteristics and Device Design of Sub-100 nm Strained Si N- and PMOSFETs // Symposium on

VLSI Technology02 June. - 2002. - P. 98. [10] Barbashov V. M. the Functional-logic simulation of digital VLSI degradation when exposed to radiation //

Microelectronics. 2015. V. 44. № 1. P. 59(In Russian). [11] Зебрев Г.И. Физические основы кремниевой наноэлектроники: учебное пособие для вузов – М.: БИНОМ,

Лаборатория знаний, 2011. – 240с. [Zebrev G.I. Physics bases of silicon nanoelectronics: train aid for higher learning institutions - М.: BINOM, Laboratory of knowledge, 2011. – 240 p. (In Russian)].

[12] Stenin V.Ya. Simulation of the Characteristics of the DICE 28-nm CMOS Cells in Unsteady States Caused by the Effect of Single Nuclear Particles // Russian Microelectronics. 2015. Vol. 44. No. 5. P. 324–334. DOI: 10.1134/S1063739715040095.

[13] Stenin V.Ya., Katunin Yu.V., Savchenkov D.V., Stepanov P.V. Research of 65-nanometer CMOS one-port and multiport blocks of static RAM on DICE memory cells to influence of laser radiation pulses // Questions of atomic science and technics. Series: Physics of radiation effects on radio-electronic equipment. 2015. № 3. P. 5–12.. http://elibrary.ru/item.asp?id=24365155..

[14] Patrikeev L., Podlepetsky B., Popov V. Formation of the charge in SiO2 of MOS structure under the reactor irradiation // Russian Microelectronics.– 1973.– vol. 2. – №.1. – P. 7–9. (In Russian)

[15] Barbashov V. M., Trushkin N.. Kalashnikov O. A. Deterministic and not deterministic models of VLSI failure when exposed to radiation //Microelectronics. 2015. Vol. 44. No. 5. S. from counter 355 to 358. . (In Russian)

[16] Krasnyuk A. A., Imametdinov E. F., and Mar’ina E. V. PDCFET models for high-temperature detectors// 2016 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). Proceedings. – Moscow: National Research University "Higher School of Economics". Russia, Moscow, May 12−14, 2016. IEEE Catalog Number: CFP16794-CDR. Online ISSN: 2380-6516.

Активный парус – альтернатива классической ракете

Куватов Виктор Георгиевич

До настоящего времени, работа любых космических транспортных средств, всегда связана с расходованием массы этого самого транспортного средства. Ракета на старте должна иметь запас инертной массы, необходимой для ее старта и выхода в космос. После выхода подобного транспортного средства в космос, при достижении необхо-димой скорости, в баллистическом режиме, этот космиче-ский аппарат, фактически становится гонимым по воле гравитационных сил. Эти силы определяют время и траек-торию на пути к достижению цели полета. Топливо, ис-пользуемое для двигателей современных космических средств, должно обладать свойствами противоречивого характера, с одной стороны масса частиц сгоревшего топ-лива должна быть максимальной, для передачи космиче-скому аппарату максимального механического импульса, с другой стороны необходимо сообщать этим сгоревшим частицам максимальную скорость. Существуют и многие другие, в том числе и технологические факторы, влияющие на свойства ракетного топлива, это естественно создает множество, трудно решаемых, проблем с его выбором. Можно разделить функции транспортного топлива на са-мостоятельные фракции. Инертная составляющая в функ-ции рабочего тела совершенно самостоятельно выполняет свою работу, энергетическая составляющая так же будет

независима от инертной. Это разделение дает возможность, более оптимального, подбора свойств этих составляющих, для повышения эффективности и технологичности работы двигательной установки. В качестве примера такого раз-деления можно привести работу паровой турбины. Рабо-чим телом, в подобной установке может быть ряд веществ, обладающих определенными технологическими свойства-ми. В качестве энергетической составляющей, может ис-пользоваться любая химическая реакция, обладающая эндотермическими свойствами, а также без проблем мо-жет использоваться электрическая и атомная энергия. При работе двигательной установки масса рабочего тела и его химические свойства не изменяются, масса второй состав-ляющей изменяется незначительно с изменением химиче-ских свойств. Для паротурбинной установки, так же как и паровой машины, можно использовать любые виды топли-ва, начиная с дров и каменного угля до более современных - нефти и газа.

На рисунке показана технологическая цепочка процес-сов работы турбинного агрегата. Рабочее тело в виде жид-кости нагревается в паровом котле. От нагревателя берет-ся энергия для парообразования. Рабочее тело в виде пара вращает турбину. Использованный пар поступает в кон-денсатор.


51

При охлаждении рабочее тело переходит в состояние

жидкости и возвращается в паровой котел. В паротурбин-ной установке рабочее тело совершает кругооборот, изме-няя свое агрегатное состояние. В отличии от паровой тур-бины в ДВС рабочее тело выбрасывается в окружающее пространство. Рассмотрим более подробно работу пара в турбине. Пар через направляющие аппараты поступает на криволинейные лопатки закрепленные по окружности ротора и воздействуя на них, приводит ротор турбины во вращение. В лопаточном аппарате, паровой турби-ны, потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара, преобразуется в кинетическую, которая в свою оче-редь, преобразуется в механическую работу — враще-ние вала турбины.

U – действующая сила набегающего потока газа.

Равнодействующую сил давления, перпендикулярную

плоскости лопатки, можно разложить на две составляю-щие: окружное усилие Fa, действующее в направлении вращения ротора и осевое усилие Fb, действующее по оси вала турбины. Крутящий момент на валу турбины созда-ется окружным усилием Fa. Fb воздействует на упорный подшипник, вала турбины, это воздействие передается на корпус турбины. Воздействие Fb на упорный подшипник вала проявляется и при заторможенном колесе турбины.

Рассмотрим более подробно взаимодействие потока частиц газа и корпуса прибора на другом примере.

На рисунке условно изображены две ракеты, стрел-

ками показано движение газов из сопла. Ракета а, есте-ственно будет двигаться вправо. У ракеты б, в кормовой части закреплено дополнительное устройство, выполняю-щее роль отражателя газовой струи выходящей из сопла. В какую сторону будет двигаться ракета? Элементарный расчет покажет, что эта ракета будет двигаться влево, т.е. задом наперед. Характер взаимодействия частиц сгорев-шего топлива в сопловой части ракеты и отражателе раз-личен. Сопло преобразует хаотичное движение массы быстрых частиц в направленный поток, механический им-пульс при этом равен суммарному импульсу уходящих из сопла частиц. На отражатель падает направленный поток частиц и при упругом характере их удара о поверхность отражателя, отражатель получит двойной импульс частиц падающего потока. Преобладающая сила, толкающая это устройство, направлена влево.

На рисунках в и г показан аналог турбинной уста-

новки, названный «Активный парус». Главным отличием этих двух систем является то, что действующим органом, в паровой турбине является лопатка, а в движителе «Актив-ный парус» им является конструкционный элемент внут-ренней поверхности корпуса. Кроме этого то, что в паровой турбине является отдельными самостоятельными устрой-ствами, как то: паровой котел, турбина, конденсатор, в движителе «Активный парус», это все является единым устройством, имеющим общий корпус. На рисунках пока-заны схематично два варианта, предлагаемого к рассмот-рению, устройства. В нижней части корпуса находится рабочее тело в состоянии жидкости. При нагревании рабо-чее тело переходит в состояние газа-пара. Пар посредством сопел 2 направляется на участок корпуса напротив сопла, что аналогично участку лопатки заторможенного колеса турбины, передает этому участку свою кинетическую энер-гию, сообщая механический импульс корпусу аппарата. Подобное воздействие аналогично осевому воздействию

давления пара на лопатки турбины, которое воспринима-ется упорным подшипником. Охлаждаемый участок кор-пуса 3 выполняет роль конденсатора. Пар конденсируется на охлаждаемой поверхности и рабочее тело в состоянии жидкости возвращается к нагревателю. В варианте В соп-ло устройства, при работе, имеет импульс отдачи направ-ленный против движения, подобно как в указанном выше примере б, в варианте Г , силы отдачи сопла уравновеше-ны, этим увеличивается сила тяги аппарата. Важнейшим положительным фактором, является то, что двигатель «Ак-тивный парус» одновременно выполняет роль движителя транспортного средства. Движитель универсальный и ра-ботоспособен во всех средах. Актуально его применение в подводном транспорте, где реализуется его свойство - бес-шумность и маневренность, а так же в космических аппа-ратах, поскольку у него не ограничен ресурс работы и спо-собность сообщить космическому аппарату эффективное ускорение. В данном аппарате возможна утилизация всех компонентов образующихся в результате работы двигате-


52

ля, в том числе и тепла, которое в показанном варианте, поглощается охладителем. В качестве рабочего тела можно применять обширный ряд веществ или соединений, в том

числе и металлы, например, ртуть, в этом отношении, име-ет преобладающие физические свойства. В качестве нагре-вателя можно с успехом применить атомный реактор.


1. Яворский Б.М. и Дятлаф А.А. «Справочник по физике». 2. Куватов В.Г. «Заявка на изобретение № 2012120531 от 17.05.2012г.». 3. Гильзин К.А. «Ракетные двигатели». 4. Костюк А.Г. «Паровые и газовые турбины для электростанций». 5. http://technic.itizdat.ru/users/wigeor [email protected] 6. С.Чи «Тепловые трубы теория и практика» 7. Куватов В.Г. «Активный парус для Солнечной системы

Experimental Investigation of Thermosyphon with Two types of Working Fluid

Мaathe.А. Theeb1,G.V. Kuznetsov2 1Department of Mechanical Engineering, Al-Musansiriyah University, Baghdad, Iraq

2Institute of Power Engineering, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia

Abstruct.

Working fluid is an important parameter that effect on the performance of two phase closed thermosyhon. In the

present work the effect of two types of working fluids (R-22 and R-143 a) and its effect on the thermosyphon perfor-

mance has been investigated, the results show that R-22 fluid give higher temperature in evaporation and condensation

zone than R-134 a for the same operating conditions of the thermosyphon.

Introduction: The present study used the same test rig of [1] for two types of working fluid (R-22 and R134 a),Some publications exist

concerning experimental work on the performance of thermosyphons with different working fluids. The most common ther-mosyphon working fluids is water due to its high figure of merit, availability, cost and non-toxic and environmentally neutral properties. [2,3,], the early Freon range has on the most part been prohibited and replaced by more environmentally friendly and low to non-toxic fluids such as R134a liquids. R134a has been tested as a thermosyphon working fluid by some researchers including Abou-Ziyan et al. [4] and Ong and Haider-E-Alahi [5]. The use of environmentally sound and non-toxic 3 M Fluo-rinert heat transfer liquids has not been extensively reported in the open literature.

Experimental Model The studied thermosyphon consists of three classical sections including; an evaporator, an adiabatic section and a conden-

ser. This thermosyphon has a length of 1 m with an internal and external diameter of 28.575mm and 30.575 mm, respectively. The length of the evaporation, adiabatic and condensation sections were design to be 30, 30 and 30 cm, respectively. In addition, a 10 cm space was left above the tube to collect any non-condensable gas. The other details of the test rig has been explained in [1].

Results and discussion: In this study the same test rig of [1] has been adopted for two types of refrigerant (R-22 and R-134a ) for different tempera-

ture, pressure( operating conditions ). Fig.(1) represent the relation between the evaporation temperature of the thermosyhon (T1) with time, it show that the tem-

perature of the refrigerant R-134a are higher R-22 for the same operating conditions and charging quantity. Fig.(2) show the relation between the thermosyhon condensation temperature(T2) with time, it show that the temperature of the refrigerant R-134a are higher R-22 in about 3Deg.C. in steady state case.

Fig.(3) investigate the relation between the thermosyhon pressure with time, it show that the pressure of the refrigerant R-134a are higher R-22 in about 3 psi in steady state case.

Fig.(3) analyze the relation between the thermostat temperature of hot water tank(evaporation zone) and the thermosyphon pressure, it show that the pressure of the refrigerant R-134a are higher R-22 but it reach the same point at the steady stae case.

Concluisions: A small diameter thermosyphon was tested experimentally with two different working fluids: R-22 and R-134a. 1- The R-22 fluid give higher temperature in evaporation and condensation zone than R-134 a for the same operating

conditions of the thermosyphon. 2- The R-22 fluid give higher pressure than R-134a, inside two phase closed thermosyphon.

http://technic.itizdat.ru/users/wigeor


53

Fig.(1),evaporation temperature (T1) with time

Fig.(2),condensation temperature (T2) with time

Fig.(3),thermosyphon pressure via time

Fig.(4),thermosyphon pressure

Refrencess:

1 - Maathe. А. Theeb, Expermental Study of Two-Phase Thermosyphon Using R-22 as a Working, MATEC Web of Con-ferences 72,01112(2016), HMTTSC-2016.

2- F.Md. Chowdhury, F. Kaminaga, K. Goto, K. Matsumura, Boiling heat transfer in a small diameter tube below atmos-pheric pressure on a natural circulation condition, Journal of Japan Association for Heat Pipe 16 (1997) 14–16.

3- M. Shiraishi, K. Kikuchi, T. Yamanishi, Investigation of heat transfer characteristics of a two-phase closed thermosy-phon, Heat Recovery Systems 1 (1981) 287–297.

[4] H.Z. Abou-Ziyan, A. Helali, M. Fatouch, M.M. Abo El-Nasr, Performance of stationary and vibrated thermosyphon working with water and R134a, Applied Thermal Engineering 21 (2001) 813–830.

[5] K.S. Ong, M. Haider-E-Alahi, Performance of a R-134a-filled thermosyphon, Applied Thermal Engineering 23 (2003) 2373–2381.


54

Анализ процесса дешифрирования изображений штриховых мир видимого диапазона при проведении испытаний аэрофотосистем дистанционного зондиро-

вания Земли

Молчанов Андрей Сергеевич, кандидат технических наук Чаусов Евгений Викторович, соискатель ученой степени кандидата технических наук

Баснин Валентин Геннадьевич, инженер Абрамов Денис Валерьевич, инженер

ГЛИЦ им. В.П. Чкалова, Ахтубинск

Аннотация. В статье проведен анализ процесса дешифрирования тест-объектов (мир) при проведении ис-

пытаний аэрофотосистем дистанционного зондирования Земли. Рассмотрены особенности субъективного

восприятия изображений оператором-дешифровщиком.

Ключевые слова: аэрофотосистема, дешифрирование, фотоизображение.

Различные аэрофотосистемы (АФС) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) создают изображения различ-ного качества. Качество изображений связано с объектив-ными характеристиками систем, создающих изображения и с психико-физиологическими особенностями восприятия изображений, имеющими в значительной степени субъек-тивный характер.

Современное состояние проблемы количественной оценки качества воспроизведения изображений различны-ми АФС характеризуется усиленными поисками прием-лемых для конкретного класса задач критериев оценки этих систем. Такое положение объясняется тем, что доволь-но сложно установить однозначную связь между субъек-тивным восприятием изображения и любым из известных в настоящее время критериев.

При оценке качества АФС традиционным является способ оценки разрешающей способности (РС). Несмотря на ряд недостатков, этот способ применяется для практи-ческой оценки качества изображений, так как он сравни-тельно просто измеряется и при грамотном использовании в достаточной степени коррелируется с вероятностью рас-познавания изображений.

РС – характеристика аэрофотоаппарата, оптико-фотографической системы аэрофотоматериала, определя-емая максимальной пространственной частотой периоди-ческой решетки, штрихи которой визуально различимы в фотографическом изображении, образованном данной системой при использовании в качестве объекта стандарт-ной миры заданного контраста [1].

Известны способы измерения PC телевизионных тру-бок по ГОСТ 18720.2-80 и фотоматериалов по ГОСТ 2819-84, в которых PC определяют по изображению испыта-тельной таблицы, воспроизводимой на экране ВКУ и по изображению тестовой миры на фотоматериале путем визуального определения оператором-дешифровщиком группы штрихов, максимальная пространственная частота которой соответствует потере различимости в изображении темных и светлых штрихов.

Физически под РС понимается свойство системы по-строения изображений воспроизводить на изображении раздельно мелкие детали оригинала. За оценку PC при-нимается максимальная пространственная частота, кото-рая соответствует группе штрихов различимой операто-ром-дешифровщиком.

Известны способы оценки PC, которые используют ав-томатизированные методы анализа изображений стан-дартных штриховых мир и автоматизированные алгорит-

мы принятия решения о величине PC системы [2, 3]. Эти способы базируются на математическом моделировании процедуры принятия решения оператором-дешифровщиком в задаче разрешения соответствующей группы штрихов миры. Сущность этих способов оценки PC заключается в том, что изображения групп штрихов миры с различными значениями пространственных частот штри-хов подвергаются автоматизированным процедурам ана-лиза, а решение о PC системы принимается на основе из-вестных статистических критериев с использованием стан-дартной модели дешифровщика и пороговой амплитудной характеристики оператора-дешифровщика.

В настоящее время государственный стандарт ГОСТ 2819-84 предусматривает применение тридцатипольной спиралеобразной миры при проведении лабораторных испытаний (рисунок 1). Этот тест-объект часто называют по имени ее разработчика мирой Ащеулова. Частота штрихов в группах (квадратах) этой миры увеличивается по геометрической прогрессии на 10 % при переходе от одной группы штрихов к следующей. Частота шестнадца-той группы миры вчетверо выше, чем частота первой группы. Спиралевидное расположение групп обеспечивает оптимальные условия воспроизведения наивысших частот при оптической проекции, так как мелкие штрихи распо-ложены ближе к оптической оси объектива.

Рисунок 1 – Мира Ащеулова

Копирование параметров стандартных мир, предна-значенных для лабораторных испытаний АФС, на условия


55

натурного (летного) эксперимента приводит к неприемле-мым для практического использования по габаритам ми-ры и сложности ее конструкции на местности. Поэтому при создании наземных мир для обеспечения натурных (летных) испытаний АФС идут по пути существенного

упрощения их конструкции, параметры которых до насто-ящего времени стандартами не регламентированы.

Для испытаний систем применяют тест-объекты (ми-ры), представляющие собой наборы однотипных элементов разного размера (рисунок 2).

Рисунок 2 – Мира оптического диапазона

В общем случае структура миры произвольна, но обычно она состоит из групп по 2-4 штриха для каждой частоты. В мире, представленной на рисунке 1, группы штрихов расположены по прямоугольной спирали, причем более тонкие штрихи размещены вблизи центра, где объ-ектив дает лучшее изображение. Возможны различные соотношения длины и высоты штриха, но в основном оно равно 5:1, так чтобы каждая группа штрихов составляла квадрат. Квадратная форма групп штрихов оптимальна, так как обеспечивает постоянное соотношение между дли-ной и шириной любых штрихов и в связи с тем, что РС имеет тенденцию увеличиваться, если длина штрихов уве-личивается относительно их ширины. Чтобы рассеянный свет был минимальным, тест-объект должен состоять из светлых штрихов на темном фоне, а не наоборот. Отноше-ние ширины штриха к ширине промежутка также суще-ственно [4]. Логарифм этого отношения линейно связан с РС, отклонение от заданного отношения (1:1) в пределах ±5%, дает ошибку РС менее 1 периода/мм.

Принятию каждого типа АФС в эксплуатацию пред-шествуют их летные испытания, целью которых является подтверждение заданных в тактико-техническом задании характеристик. Существующие методы испытаний преду-сматривают аэрофотографирование (получение изображе-ния) одного и того же участка аэроландшафта с располо-женными на нем тест-объектами (мирами). Затем группа дешифровщиков определяет по действующим методикам величину РС АФС и дает экспертную оценку качества.

Дешифрирование аэроснимков имеет сложный психо-физиологический характер и включает несколько уровней умственной активности, различной сложности логические решения и определенные виды труда.

Дешифрирование изображения миры, прежде всего, опирается на зрительное восприятие. В результате него в сознании возникают образы и представления, на базе ко-торых распознается и интерпретируется изображение ми-ры. Это достигается путем сопоставления увиденного с зафиксированными в памяти образами и отличительными признаками.

С точки зрения психологии дешифрирование миры по своей форме представляет специфический информационно-логический процесс, в результате которого получаются сведения об объекте, в той или иной степени отражающие его действительное состояние. Степень отражения действи-тельности зависит как от информативности изображения, так и от многих личных качеств дешифровщика. По со-держанию дешифрирование представляет сложную эври-

стическую деятельность в условиях избытка или недостат-ка информации и дефицита времени [5].

Избыток информации связан с изображением мелких деталей и множества групп штрихов миры, необходимых для распознавания. Недостаток информации объясняется потерей многих деталей в связи с недостаточной РС систе-мы или отсутствием отображения определенных призна-ков. Кроме того, дешифрирование связано с распознавани-ем очень малых по размерам групп штрихов и мало кон-трастных изображений миры на фоне шумов, а ее геомет-рические и оптические характеристики искажены и непо-стоянны по сравнению со свойствами ее оригинала.

При дешифрирование изображения миры из ряда групп штрихов миры находят предельно разрешаемую группу. Это одна из самых сложных в методическом отно-шении операций. Согласно [6] считают предельно разре-шенной ту наивысшую по частоте группу штрихов миры в фотографическом изображении, в которой можно отчетли-во сосчитать полное число штрихов. Согласно [7] опреде-лить предельную группу штрихов, в которой все штрихи наблюдаются раздельно по всей их длине. Согласно мето-дике по Договору «Открытое небо» - «для каждого изоб-ражения проверочной миры, используемого для визуаль-ного анализа, и каждого наблюдателя, РС определяется по самой узкой разрешенной группе штрихов. Группа штри-хов является разрешенной в случае если:

- все светлые полосы одной группы полос являются различимыми;

- имеется визуальное восприятие разницы в уровне се-рого тона на экране между каждой светлой полосой и со-седними с ней темной полосой или полосами по значитель-ной части всей длины полосы» [8].

Опытный наблюдатель выполняет ее в считанные се-кунды и редко ошибается более чем на одну группу. Ошибка оператора, в сознании которого еще не установил-ся четкий критерий разрешения, превышает 2-3 группы штрихов миры, т. е. достигает 40 %.

ГОСТ 2819 - 89 устанавливает, что предельно разре-шенной считают «ту наивысшую по частоте группу штри-хов миры в фотографическом изображении, в которой можно отчетливо сосчитать полное число штрихов». В этом определении опущено условие, что все предыдущие груп-пы также должны быть разрешены. Если, например, наблюдатель видит все штрихи в группе с частотой 270 мм-

1, но не может сказать того же о предыдущей группе - 250 мм-1, то РС должна устанавливаться по квадрату с часто-той 230 мм-1, поскольку это предельная из последователь-


56

ности разрешенных наблюдателем частот [9]. Основные затруднения при обучении оператора кро-

ются в необходимости установления предела заметности различия между изображением штриха и промежутка. В этом случае инструкции и объяснения мало помогают. Обучение проходит значительно успешнее, когда наблюда-телю в течение нескольких дней предъявляют несколько десятков изображений миры с указанием номера группы, считающейся разрешенной, предлагая тем самым выра-ботать критерий разрешения самостоятельно. Оценки, даваемые опытным оператором, очень стабильны. Воспро-изводимость его ответов мало уступает точности любого из приборов, измеряющих структурометрические параметры фотографического материала объективными методами.

Изложенный подход к обучению операторов связан с тем, что, как показал многолетний опыт, практически не-возможно дать формальное описание признаков разре-шаемости изображения миры.

Приведенная выше формулировка критерия разреше-ния - возможность сосчитать число штрихов - оказалась достаточно широкой, чтобы вместить все эти различия, и в то же время достаточно четкой, чтобы получать сопостави-мые результаты при проведении испытаний различных систем. Попытки ужесточить формулировку, как это ни парадоксально, приводят к ухудшению воспроизводимости. Неоднократно предлагалось уточнить требования к каче-ству воспроизведения штрихов миры, например считать недопустимыми перемычки между штрихами или норми-ровать их число. В некоторых методиках считается допу-стимым наличие одной перемычки в соотношении к длине штриха 1:5 и использование для принятия положительного решения о различимости миры (рисунок 3).

Рисунок 3 – Перемычки между штрихами миры

К тому же их количество и протяженность может ме-няться в зависимости от соотношения между шумами и

функции передачи модуляции системы. В результате вме-сто уточнения показателя появляются лишь новые воз-можности для расхождений в оценках. Еще больше воз-можностей для различных толкований дают формули-ровки вроде «четкое воспроизведение штрихов», «раздель-ное воспроизведение штрихов» и т. п.

По поводу точности испытаний следует заметить, что шаг миры - 10 % при переходе от группы к группе - уста-новлен не случайно. Исследования показали, что такой шаг соответствует погрешности оценки РС опытным опе-ратором. Эта погрешность обусловлена прежде всего ста-тистическим характером самой РС. Она случайным обра-зом несколько изменяется от изображения к изображению, т. е. является случайной величиной с некоторым средним значением и дисперсией. Субъективность визуальной оцен-ки также вносит элемент случайности.

Очевидно, что точность измерения не должна быть выше, чем погрешность измерений. Если изготовить миры с шагом меньше 10 %, например установить 5 %-ную разницу между частотами соседних групп миры, то в неко-тором эксперименте наблюдатель, возможно, различит разницу в изображениях с частотами 100 и 105 мм-1. Одна-ко достоверность такого различия будет очень мала и ли-шена серьезного значения как с точки зрения метрологии, так и с точки зрения практики использования материала. Измеряя РС, не следует забывать ее смысл, который за-ключается в том, что РС позволяет сравнивать АФС при заданном качестве воспроизведения.

Таким образом, процесс дешифрирования изображе-ний штриховых мир видимого диапазона, получаемыми АФС ДЗЗ, носит субъективный характер, обусловленный зависимостью получаемых оценок PC от квалификации и состояния оператора-дешифровщика и предполагает ис-пользование для принятия решения о величине PC систе-мы дискретного значения пространственной частоты, соот-ветствующей различимой оператором одной группе штри-хов из большого набора штрихов миры (обычно включает от 20 до 30 групп) с привлечением к процедуре оценки большого числа специально обученных операторов-дешифровщиков.


1. ГОСТ 23935 - 79 «Аэрофотоаппаратура и аэрофотографирование. Термины и определения». - М.: Изд-во стандар-тов, 1980. 16 с.

2. Красильников Н.Н. Теория передачи и восприятия изображений, изд. Радио и связь, 1986. С. 58-64. 3. Веселов Ю.Г., Гулевич С.П., Молчанов А.С. Исследование линейности аэрофотосистем, построенных на основе

ФППЗ. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Журнал «Наука и образование», Москва, 2013. Вып. 9. С. 313 - 324. 4. К.Миз, Т.Джеймс. Теория фотографического процесса». Перевод четвертого американского издания. Ленинград

«Химия», 1980. 300 с. 5. Карпович И.Н. Военное дешифрирование аэрофотоснимков. - М.:Воениздат, 1990. - 544 с. 6. Каем С.М., Молчанов А.С., Ермилов Г.В., Лузянин С.И. и др. Система ОТТ к видам вооружения и ВТ. Типовые

программы и методики испытаний. Приложение к ОТТ 4.2.4.1. - Войсковая часть 15650. 2008. 124 с. 7. Вольский В.А., Молчанов А.С., Минько Р.Н., Лузянин С.И. и др. Система ОТТ к видам вооружения и ВТ. Типовые

методики испытаний. Приложение к ОТТ 4.2.4.1. - Войсковая часть 15650. 2015. 127 с. 8. Методика расчета минимальной высоты над уровнем земли, на которой разрешена эксплуатация во время

наблюдательного полета каждой видеокамеры с дисплеем, работающим в режиме реального времени. Решение № 14 к договору по открытому небу. 2005. 92 с.

9. Вендровский К.В., Вейдман А.И. Фотографическая структурометрия. - М.: Наука, 1982. 300 с.


57

УДК 62-522.7.001.24

Динамические характеристики ротационно-пластинчатого пневмодвигателя

Прудников Сергей Николаевич - кандидат технических наук, доцент кафедры "Вакуумная и компрессорная техника"

Новгородская Алла Викторовна - старший преподаватель кафедры "Физика" Шадрин Владислав Сергеевич - аспирант кафедры "Вакуумная и компрессорная техника"

МГТУ им. Баумана

В работе приведены результаты теоретического и экспериментального исследования моментных компен-

сирующих сил, действующих на пластины пневмодвигателя, с целью улучшения его динамических характери-

стик.

Ключевые слова: пневмодвигатель, крутящий момент, мощность двигателя.

The dynamic characteristics of the rotary vane air motor

S. N. Prudnikov, A. V. Novgorodskaiy, V. S. Shadrin

The paper presents the results of theoretical and experimental studies of the torque compensating forces acting on

the plates of the air motor, with the aim of improving its dynamic characteristics.

Keywords: the air motor, torque, engine power.

Введение

В качестве различных приводов машин и механизмов наиболее часто применяют пневматические двигатели, которые обладают рядом преимуществ перед другими двигателями. Конструкция их проста, они надежны в эксплуатации, деше-вы в изготовлении, уравновешены, быстроходны, не боятся перегрузок, не требуют электрической энергии, пожаробез-опасны. К недостаткам пневматических двигателей следует отнести низкий коэффициент полезного действия (5-15%) и шум при работе.

Наиболее распространены ротационные пневматические двигатели, обладающие малой относительной массой и не-большими габаритами. Контакт между пластинами и корпусом в этих двигателях возникает в результате действия цен-тробежных сил, поэтому запуск двигателей нестабилен, к тому же они не могут работать на малых оборотах, пластины изнашиваются сравнительно быстро, потери на трение пластин существенны. Отсутствие пускового момента ротационно-го двигателя связано с тем, что герметизация рабочей камеры зависит только от сил инерции, действующих на пластину и прижимающих ее к статору. При небольшой частоте вращения ротора силы трения, удерживающие пластину в пазу ротора, могут оказаться соизмеримыми с центробежными силами, поэтому будет иметь место «зависание» пластины, и работа двигателя станет неустойчивой.

К ротационным пневмодвигателям, применяемым в системах автоматического управления предъявляются повышен-ные требования: устойчивость работы при частых остановках, пусках, реверсе; работа во всем диапазоне скоростей вплоть до холостого хода.

Для запуска ротационного пневмодвигателя обычно применяют принудительное поджатие пластин к статору или при помощи пружин, или при помощи газа, подводимого под пластины через специальные пазы. Однако малая надежность пружин, сложность конструкции подвода воздуха и повышенные его расход сдерживают распространение данных спосо-бов запуска пневмодвигателя.

Рассмотрим работу сил трения пластин о статор пневмодвигателя, а так же крутящего момента и мощности. Полная теоретическая работа А, совершаемая лопаткой за один рабочий цикл, равна А=Ад + Ак − Ат

где Ад, Ак, Ат - работа двигательного цикла; компрессорного цикла в общем случае, трения лопатки.

Рис.1 Схема сил, действующих на пластину: е – эксцентриситет, ro – радиус ротора, r – радиус статора.


58

Рассмотрим схему сил, действующих на пластину при работе двигателя (рис.1). Элементарная работа z пластин по статору на данном угле поворота ротора ϕ равна 𝑑𝐴𝑟 = 𝜇2 cos 𝛾 𝑃∑𝑉л с,

Где 𝑉л с= rω[1 +cos 𝜑

√(𝑎+1)2−𝑠𝑖𝑛2𝜑];

𝑃∑ = 𝑃 − 𝑃пр cos 𝛾;

P∑ - общая суммарная сила при действии внешних сил на пластину;

Р – суммарная сила, действующая на лопатку вдоль текущего радиуса-вектора; Pпр - противодействующая сила.

При определении общей суммарной силы P∑ целесообразно разложить ряд сил, действующих на лопатку на про-

дольное к ее оси направление и поперечное ей. Величины реакции лопатки RA и RB определяются из уравнений статики в соответствии с условиями ее расположе-

ния в пазу ротора:

𝑅𝐵 =𝑥

ℎ − 𝑥[(𝑞1ℎ + 𝑅3) (1 −

ℎ

2𝑥) + 𝑞2

𝑥

2+ 𝑅1 + 𝑅2]

𝑅𝐴 =𝑥

ℎ − 𝑥[𝑞1

ℎ

2+

𝑅3

2+ 𝑞2𝑥

2ℎ − 𝑥

2ℎ+ 𝑅1 + 𝑅2]

Где 𝑅1=𝑃пр sin 𝛾- алгебраическая сумма проекций действующих сил на поперечное направление лопатки в точке

контакта со статором; 𝑅2 = 𝜇2𝑃∑𝑐𝑜𝑠2𝛾 − 𝜇2𝑃пр𝑐𝑜𝑠𝛾 – составляющая сил трения от действующих сил на поперечное направление пласти-

ны;

𝑅3 = −𝑚

𝑔𝑠𝑖𝑛𝜑 – составляющая силы тяжести пластины;

𝑞1 =𝑚(−𝐼𝑘)

ℎ= −

2𝑚𝜔2(𝑠𝑖𝑛𝜑+𝑠𝑖𝑛2𝜑

2(𝑎+1))

𝑔 – интенсивность нагрузки на пластину от силы Кориолиса, Ik - ускорение Корио-

лиса; 𝑞2=Δpl – интенсивность нагрузки от передачи давления в соседних ячейках: Общая суммарная сила P∑ определяется как сумма продольных сил, действующих вдоль лопатки:

P∑ = 𝑅5 + 𝑅4 ± 𝜇1(|𝑅А|+|𝑅В|) − 𝑃пр𝑐𝑜𝑠𝛾 − 𝜇2𝑃пр𝑠𝑖𝑛𝛾 + 𝜇2𝑃пр𝑐𝑜𝑠𝛾 𝑠𝑖𝑛𝛾 -где знак «+» соответствует углам 𝜑 =

𝜋 − 2𝜋, а знак «-» углам 𝜑 = 0 − 𝜋. После подстановки всех сил в уравнение P∑, определяется так:

P∑ =𝑅5+𝑅4±𝜇1

𝑥

ℎ−𝑥(𝑞1ℎ+𝑅3)±𝜇1

ℎ𝑥

ℎ−𝑥𝑞2

1−𝜇2𝑐𝑜𝑠𝛾 𝑠𝑖𝑛𝛾±𝜇1𝜇2ℎ+𝑥

ℎ−𝑥𝑐𝑜𝑠2𝛾

− 𝑃пр𝑐𝑜𝑠𝛾−𝜇2𝑃пр𝑠𝑖𝑛𝛾±𝜇1

ℎ+𝑥

ℎ−𝑥(𝑃пр𝑠𝑖𝑛𝛾−𝑃пр𝑐𝑜𝑠𝛾)

1−𝜇2𝑐𝑜𝑠𝛾 𝑠𝑖𝑛𝛾±𝜇1𝜇2ℎ+𝑥

ℎ−𝑥𝑐𝑜𝑠2𝛾

,

Где R4 = −m

gcosφ, R5 = m(−I3

2⁄ − Ik), I32⁄ - ускорение лопатки относительно ротора.

Мощность трения лопаток по статору определяется из (1) после подстановки всех величин и интегрирования:

𝑁тек = 𝑧𝜇2𝑟𝜔

2𝜋(𝑇1 − 𝑇пр1 +

𝑇2−𝑇пр2

𝑎+1−

𝑇3−𝑇пр3

2(𝑎+1)2),где 𝑇1 = ∫ 𝑃𝑑𝜑2𝜋

0, 𝑇2 = ∫ 𝑃𝑐𝑜𝑠𝜑𝑑𝜑

2𝜋

0, 𝑇3 = ∫ 𝑃𝑠𝑖𝑛2𝜑𝑑𝜑, 𝑇пр1 =

2𝜋

0

∫ 𝑃пр𝑐𝑜𝑠𝜑𝑑𝜑2𝜋

0, 𝑇пр2 = ∫ 𝑃𝑐𝑜𝑠𝛾𝑐𝑜𝑠𝜑𝑑𝜑, 𝑇пр3 = ∫ 𝑃пр𝑐𝑜𝑠𝛾𝑠𝑖𝑛2𝜑𝑑𝜑

2𝜋

0

2𝜋

0,

Относительная мощность для данного случая равна

𝑁о =𝑁тек

𝑁𝑚𝑎𝑥=

𝑁тек

0.159𝑧𝜇2𝑟𝜔≡ 𝑇

Где 𝑇 = 𝑇1 − 𝑇пр1 +𝑇2−𝑇пр2

𝑎+1−

𝑇3−𝑇пр3

2(𝑎+1)2 = ∫ 𝐵(𝑃 − 𝑃пр𝑐𝑜𝑠𝜑)𝑑𝜑 = 𝛺𝑎𝜑𝑎𝑃2𝜋

0,

aφaP – масштабы сил и углов, 𝛺 - характеризует относительную мощность и определяется площадью под кривыми Т.

Как известно, для улучшения надежности запуска пневмодвигателя, возможности работы его на низких оборотах, увеличения верхней частоты вращения ротора и номинальных крутящих моментов, повышения срока службы отдельных частей и коэффициента полезного действия при снижении потребляемой мощности является введение внешних компенси-рующих магнитных сил, имитирующих действие центробежных сил на пластины пневмодвигателя или направление про-тив их действия. Из работ Г.Н. Трунова, предложившего использование компенсирующих сил в виде магнитных вставок в пластины, следует что динамические характеристики двигателя могут быть существенно улучшены. Такой запуск пнев-модвигателя и изменение его рабочих параметров могут осуществляться дистанционно в соответствии с наперед задан-ным законом управления. В данной методике определения работы сил трения пластин о статор пневмодвигателя, крутя-щего момента и мощности учитывалось действие внешних компенсирующих сил на пластину.

Таким образом, в общем случае, мощность трения пластин по статору определяется соотношением суммарной силы, действующей вдоль радиуса, и противодействующей ей силы. В соответствии с полученными зависимостями для опытно-го макета ротационного пластинчатого пневмодвигателя были определены безразмерные характеристики для различных процентных соотношений центробежной и регулирующей противодействующей сил на пластины двигателя, которые при-ведены на рис.2.

Кривые 1,5 характеризуют относительную мощность Nо и крутящий момент Мо любого пневмодвигателя при нулевой внешней компенсирующей силе, действующей на пластины. Кривые 2,6 показывают возрастание мощности и крутящего момента пневмодвигателя при 10%-ной компенсации действующих сил вдоль пластин. Кривые 3,4 и 7,8 – это режимы, позволяющие увеличивать мощность, крутящий момент и обороты пневмодвигателя при увеличении компенсирующих сил на 20% и 30% соответственно.


59

Рис. 2 Относительные безразмерные характеристики

Выводы

1) Действие на пластины пневмодвигателя внешних сил в условиях запуска обеспечивает надежный контакт пластины со статором и возможность его работы на малых частотах вращения ротора.

2) Внешние магнитные силы, компенсирующие центробежные силы позволяют получить энергетические характери-стики пневмодвигателя с заданными параметрами сил прижатия лопаток к статору и расширить максимальный диапа-зон частот вращения ротора.


1. Зеленецкий С.Б. и др. Ротационные пневматические двигатели. Москва. Изд-во Машиностроение, 1976. 2. Зиневич В.Д., Гешлин Л.А. Поршневые и шестеренчатые пневмодвигатели горно-шахтного оборудования, -

М:Недра, 1982. 199с. 3. Наземцев А.С . Гидравлические и пневматические системы.Часть2 . Пневматические приводы и сиситемы. Основы.

Учебное пособие .-М.,Форум , 2007.-250с, ил. 4.Наземцев А.С. Певматические и гидравлические приводы и системы. Омск, изд-во ОмГТУ , 2008-88с. 5.Никитин О.Ф. Гидравлика и Гидропневмопривод. Учебник-М.: Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2010 -414 с. 6. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем (Д.Н. Попов, Междун. Симп. Казань, 5-7 декабря,

2006 – с.152-159. 2, Краус, М. Измерительные информационные системы. 7. Егупов Н.Д. Пупков К.А Гаврилов А.И. , Коньков В.Г. Нестационарные системы автоматического управления.(под

ред.Пупкова К.А., Егупова Н.Д.), Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2007,632с 8. Вакуумная техника. Справочник. / К.Е.Демихов, Ю.В. Панфилов, Н.К.Никулин и др/ под общей редакцией К.Е.

Демихова, Ю.В.Панфилова, 3-е издание переработанное и дополненное . М. :Машиностроение,2009,590с. 9. Badr H.M., Ahmed W.H. Pumping Machinery Theory and Practice. John Wiley & Sons, Ltd., 2015. 392 p. 10. Krivts I.L., Krejnin G.V. Pneumatic Actuating Systems for automatic equipment: structure and design. CRC Press,

Taylor &Francis Group, 2006. XX, 345 p.

Исследование перспективных методов автоматического контроля влажности сыпучих и кусковых материалов на основе анализа современных промышленных

влагомеров

Аринова Наталья Владимировна, доцент; Раулов Дастан Айдарович, магистрант

Восточно Казахстанский Государственный Технический Университет (г. Усть-Каменогорск)

Аннотация. В статье рассматриваются конструктивные особенности промышленных влагомеров, прин-

ципы действия, применимость в условиях реального производства, технические характеристики, такие как

диапазон измерения влажности, основная погрешность измерения, температура окружающей среды, толщи-

на слоя исследуемого материала, а так же ориентировочная стоимость прибора. Правильно проведенный

анализ позволяет выбрать направление для усовершенствования процесса измерения путем разработки новых

алгоритмов обработки информативных сигналов в измерительной цепи влагомера.

Ключевые слова: влагомер, сыпучая среда, методы измерения влажности.

Анализ методов измерения влажности. Для автомати-ческого контроля влажности сыпучих и кусковых материа-лов используются следующие контактные и бесконтактные

методы: кондуктометрические; диэлькометрические; ЯМР - влагомеры (ядерного магнитного резонанса); СВЧ - влаго-меры (сверхвысокочастотные); оптические ИК (инфра-


60

красного излучения). В связи с повышенными требованиями к условиям

безопасности эксплуатации ЯМР влагомеры могут быть использованы не везде. Их применение в условиях произ-водства осложнено требованию к ведению процедуры из-мерения, по этому, в статье не рассматриваются.

К контактным методам относятся кондуктометриче-ский и диэлькометрический высокочастотный метод. Кон-такт абразивного сыпучего материала с поверхностью дат-чика негативно влияет на его сохранность и требует высо-копрочных защитных покрытий, не ухудшающих качество измерений. В диэлькометрическом методе защитное по-крытие также должно обеспечивать устранение влияние электропроводности материала на результат измерений.

Наиболее перспективными методами изменения влаж-ности являются те, у которых рабочий диапазон спектра частот сдвинут в сторону коротковолнового диапазона, так как на таких частотах тангенс диэлектрических потерь сыпучего материала минимален [1]. Начиная с частоты 3∙1010 Гц (СВЧ) и выше, влагомеры строятся по принципу бесконтактного измерения, что вносит свои преимущества в их применение. В промышленности широко используют-ся СВЧ и ИК влагомеры в силу безопасности их примене-ния по сравнению с радиоактивными.

Анализ применяемости промышленных влагомеров. На современном рынке СВЧ влагомеры представлены следующими моделями: поточный влагомер MICRORADAR, влагомер MOISTSCAN MA500, микро-

волновый влагомер M-Sens 2. Серия поточных СВЧ влагомеров МИКРОРАДАР

предназначена для бесконтактного в одном исполнении и контактного измерения в другом влажности твердых, сы-пучих и пластичных материалов на конвейере и в бункере. Например, контактный поточный влагомер MICRORADAR-113A работает в сантиметровом диапа-зоне волн и может быть использован для измерения влаж-ности песка, каолина, рудных концентратов, угля, оксида алюминия и многих других материалов. Влагомер предна-значен для работы на ленточных конвейерах и в бункерах в условия высоких температур и запыленности, при высо-кой абразивности и агрессивности материала, но не во взрывоопасных помещениях. Влагомер не может быть использован для измерения влажности сильно проводящих материалов, например, антрацита или железной руды. Принцип действия влагомера основан на измерении вели-чины поглощения СВЧ энергии влажным материалом и преобразовании этой величины в цифровой код, соответ-ствующий влажности материала. Влагомер обеспечивает автоматическую коррекцию результатов измерения при изменении температуры материала, имеет токовый выход и последовательный канал связи с ЭВМ RS-485. Сенсоры должны быть погружены в материал, высота которого не менее 50 мм. Микропроцессорный блок оснащен индика-торным табло и выходами 4-20 мА, 0-5 В, RS485 влажно-сти и температуры. Точность измерения влажности от 0,15% до 2 % в зависимости от диапазона влажности.

Рис. 1. Контактный поточный СВЧ влагомер MICRORADAR-113А

Рис. 2. Бесконтактный поточный СВЧ влагомер MOISTSCAN MA-500

Еще один СВЧ влагомер, представленный на рынке, – MOISTSCAN MA-500 (рисунок 2). Принцип действия основан на детектировании комбинации фазового сдвига и ослабления сигнала микроволн, проходящих через матери-ал и конвейерную ленту [2]. Микроволны проникают через ленту конвейера и материал, таким образом устраняется эффект от воздействия вертикальной сегрегации. Качество измерения не зависит от размера кусков материала и ско-рости движения конвейерной ленты. MOISTSCAN MA-500 автоматически компенсирует влияние изменения ско-рости подачи продукта, используя стоящий рядом измери-тель веса ленты, либо интегральный монитор толщины слоя материала и устанавливается на конвейер любой ширины. Скорость движения исследуемого материала по конвейеру не ограничена, толщина слоя исследуемого ма-териала может колебаться от 20 до 500 мм. Измеряемый диапазон содержания влаги составляет 0-90%, основная погрешность лежит в пределах 0,1-0,5%.

СВЧ влагомер M-Sens 2 (рисунок 3) основан на изме-рении напряженности высокочастотного поля и прямой цифровой обработке сигнала, обеспечивающей высокую степень разрешения [2]. Колебания измеряемого значения, вызванные изменением объемной плотности материала,

устраняются путем специальной фильтрации сигнала. Также в сенсоре предусмотрена автоматическая компен-сация влияния температуры. Керамический диск, защи-щающий окно сенсора, обеспечивает стойкость к абразив-ному воздействию и избыточному давлению.

На современном рынке ИК влагомеры представлены моделью Spectra-Quad (рисунок 4) [2]. Интенсивность по-глощения излучения определенной длины волны пропор-циональна содержанию влаги в материале. Кварцево-галогенный источник испускает свет в определенном диа-пазоне длин волн. Свет от источника проходит через вра-щающиеся фильтры. Оптические ИК фильтры (рисунок 5) разделяют световой поток на измерительные и опорные лучи, которые, соответственно, поглощаются и не погло-щаются анализируемым компонентом. Отраженная энер-гия лучей преобразуется в электрические сигналы, соотно-шение уровня которых пропорционально величине контро-лируемого параметра. Дополнительные оптические кана-лы (внутренние лучи) компенсируют любую нестабиль-ность оптических и электронных компонентов. Свет, про-шедший через фильтр, направляется на образец. Частично свет поглощается, частично, отражается. Отраженный свет собирается и фокусируется на датчике.


61

а) б)

Рис. 3. Поточный СВЧ влагомер M-Sens 2 (а) и его состав (б): 1 – от 1 до 3 сенсоров каждый с 2-метровым соединительным кабелем; 2 – монтажная коробка MMC-box для соединения

сенсора(ов) и модуля обработки; 3 – модуль обработки MME 100 или ММЕ 300 (для 2 и 3 сенсоров)

Рис. 5. Схема работы ИК влагомера Spectra-Quad: 1 - образец; 2 - датчик; 3 - фокусирующее зеркало; 4 -

вращающееся колесо фильтров; 5 - источник ИК излучения Рис. 4. ИК влагомер Spectra-Quad

Ценовые характеристики промышленных влагомеров.

Сравнительные характеристики датчиков влажности в ценовом порядке по убыванию будут таковы:

MOISTSCAN MA-500 (микроволновой, бесконтакт-ный). Диапазон измерения 0-90%. Погрешность 0,1-0,5%. Принцип действия: Детектирование комбинации фазового сдвига и ослабления сигнала в зависимости от влажности. Изготовитель: Calliban Instruments PtyLtd, Австралия.

Spectra-Quad (инфракрасный, бесконтактный). Диа-пазон измерения 0-95%. Погрешность 0,1%. Принцип дей-ствия: Зависимость интенсивности поглощения ИК излу-чения от содержания влаги. Изготовитель: TMS &RutterCo., Нидерланды.

МИКРОРАДАР-113А (микроволновой, контактный). Диапазон измерения 0,5-60 %. Погрешность 0,15 - 2,0 (абс)%. Принцип действия: Зависимость величины погло-щения микроволновой энергии от влажности материала. Изготовитель: ОАО «Микрорадар» Республика Беларусь, г. Минск.

M-Sens 2 (высокочастотный, контактный). Диапазон измерения, 0-85%. Погрешность 0,1%. Принцип действия: Зависимость напряженности высокочастотного поля от влажности материала. Изготовитель: "SWR engineering", Германия

Проанализировав метрологические характеристики, выделили четыре модели влагомеров, среди которых СВЧ влагомер MOISTSCAN MA-500 (Австралия) имеет более высокий уровень метрологической надежности, так как содержит практически два измерительных канала: по фа-

зовому сдвигу и по ослаблению сигнала в зависимости от влажности. МИКРОРАДАР 113А (Белоруссия) имеет наибольшее значение предела допускаемой погрешности измерения (±2%) по сравнению с другими моделями вла-гомеров. ИК влагомер Spectra-Quad (Нидерланды), как любой оптический датчик, может иметь дополнительную погрешность при запыленности среды или наличии паров в пространстве между сенсором и измеряемым материа-лом. Микроволновой, бесконтактный влагомер M-Sens 2, (Германия), имеет оптимальное соотношение метрологиче-ские характеристики и стоимость.

Все влагомеры, представленные в статье основаны на электрическом методе измерения, используют микроволно-вый диапазон электрического поля (СВЧ) для измерения влажности кусковых или сыпучих сред на потоке.

Выводы. Современный рынок промышленных влаго-меров предоставляет достаточно широкий выбор приборов для конкретных условий применения. Эволюция приборов измерения влажности идет по пути уменьшения погрешно-сти, связанных с неинформативными составляющими в измерительном сигнале. Спектр используемых частот в электрических влагомеров в связи с этим смещается в сто-рону гигагерцового диапазона. Не найдено ни одного при-бора, в технических условиях эксплуатации которого ука-зано на возможность автоматической настройки прибора на изменяющийся гранулометрический состав измеряемой среды, находящейся на потоке, поэтому являются актуаль-ными научные исследования, проводимые в этом направ-лении.


62


1. Берлинер М.А. Измерения влажности. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1973. – 400 с., ил. 2. СИ физико-химического состава и свойств. Портал КИП и Автоматика: Новости промышленности, новинки прибо-

ростроения, обзоры и сравнение КИПиА оборудования [Электронный ресурс]. – URL: http://www.kipexpert.ru/component/content/article/103-oborudovanie/278-vlagomer-obzor.html. Доступ свободный. – Загл. с экрана (дата обращения: 7.12.2017).

3. Natalia V. Arinova, Albina T. Kadyroldina, Alissa B. Arinova Designing a new microcontroller-based moisture meter for loose materials using frequency separation // International Journal of Advanced and Applied Sciences, 4(11) 2017, Pages 22-27

4. Kupfer K. (ed.) Electromagnetic aquametry. Electromagnetic wave interactions with water and moist substances. Berlin: Springer, 2005 – 546 p.

Обоснование выбора языка программирования Visual Basic for Application в качестве «первого» языка программирования

Двухглавов Дмитрий Эдуардович, кандидат технических наук, доцент Национальный технический университет «ХПИ» (г. Харьков, Украина)

Сафин Сергей Зиангирович ОАО ОмПО “Радиозавод А.С.Попова” (г. Москва)

В статье рассматривается преимущества выбора языка Visual Basic for Applications от компании

Microsoft Office в качестве первого языка программирования. При обосновании выбора прежде всего показыва-

ется, что основной эффект изучение данного языка дает для профессий, которые не относятся к сфере непо-

средственной разработки программного обеспечения, но в тоже время требуют алгоритмизации обработки

информации, - менеджерах, секретарях, статистах, лицах, занимающихся индивидуальной предприниматель-

ской деятельностью. Ожидаемый эффект от использования связан с повышением уровня навыков соискате-

лей вакансий в применении офисных технологий и сложности решаемых задач, что повысит их стоимость на

рынке профессий.

Введение. Перспективность овладения профессией, свя-занной с бизнесом информационных технологий (ИТ), прежде всего профессией программиста, является в со-временных реалиях неоспоримым фактом. Подтверждени-ем данного утверждения могут быть факты и цифры, представленными в интернет-источниках [1, 2, 3]. Следстви-ем такой ситуации стало резкое увеличение количества желающих попробовать себя в сфере разработки про-граммного обеспечения. И каждый из них обязательно столкнется с вопросом выбора языка программирования, изучение которого является наиболее перспективным.

На популярных сайтах сообществ программистов (например, [4,5]) можно найти рекомендации по выбору первого языка программирования. Чаще всего в качестве такого языка называют язык С. И это справедливо, так основные синтаксические конструкции данного языка, большинство типов данных, операторов можно найти в других популярных языках. Часть специалистов рекомен-дуют изучать языки, которые позволяют овладеть основа-ми объектно-ориентированного программирования, кон-цепция которого является основополагающей в современ-ном программировании. К числу таких языков прежде всего относят язык С# или Java. Люди, ориентирующиеся на создание web-приложений порекомендуют javascript, но и он в своей основе имеет C.

Очень часто можно встретить предложение оценить перед выбором современный рейтинг языков программи-рования на одном из аналитических сайтов. Например, по данным одного из таких сайтов tiobe.com на момент напи-сания статьи пятерку популярных языков составили Java, C, C++, Python, C# [6]. Именно один или несколько из этих языков необходимо знать будущим создателям информа-ционных систем, аналитических программ, сайтов и порта-лов.

Но все же в данной статье в качестве первого языка программирования предлагается выбрать язык Visual Basic for Applications (VBA). Обоснование целесообразно-сти предлагаемого выбора будет проведено с позиции его практической применимости и возможностей по изучению данного языка.

Обоснование актуальности применения VBA при ав-томатизации решения информационных задач. Важным навыком современного сотрудника является умение ис-пользовать офисную вычислительную технику и про-граммное обеспечение (ПО). Это может быть специализи-рованное ПО для разработки программ или чертежей, офисные программы для подготовки документов и презен-таций, браузеры для поиска необходимой информации и программы-мессенджеры для оперативного диалога с удаленными клиентами или партнерами. Но наиболее используемыми программами являются программы из пакета MS Office – Word, Excel, PowerPoint, Access. Именно поэтому знакомство с ними начинается еще в школе, а также входит в программу любого курса обуче-ния компьютерной грамотности.

Но при этом мало кто представляет, что на основе, например, Excel можно создать программное решение, которое будет работать не менее эффективно, чем 1С или специализированная информационная система на основе базы данных, созданная профессиональными программи-стами. А именно оперативная обработка информации больших объемов требуется для эффективного функциони-рования многих организаций и предприятий.

Давайте рассмотрим действительность автоматизации информационных процессов. В РФ по состоянию на 2017 зарегистрировано более 5,6 миллионов предприятий (юри-дических лиц и частных предпринимателей) [7], которые работают в различных сферах. Большинство из компаний

http://www.kipexpert.ru/component/content/article/103-oborudovanie/278-vlagomer-obzor.html


63

используют компьютеры и офисную технику в своей дея-тельности, но не каждая ставит комплексную автоматиза-цию своей первостепенной задачей. Соответственно очень велика вероятность, что частный предприниматель и про-граммист крупной ИТ-компании не встретятся. Привлече-ние к разработке алгоритмов обработки информации про-фессиональных программистов требует финансовых, но самое главное – временных затрат, связанных с необходи-мостью проведения анализа предметной области разра-ботчиками соответствующего ПО. Данный факт способ-ствует тому, что руководители в итоге предпочитают оста-вить все «AS-IS», отложив вариант «SHOULD-BE» на неопределенный срок.

Небольшая фирма или предприниматель установит прежде всего офисные программы для набора документов (договоров, приказов, накладных) и бухгалтерскую про-грамму. Это минимум, который уже не обсуждается, это потому, что так надо. Как отмечено выше, такими про-граммами будут Word и Excel из пакет Microsoft Office и «1С:Бухгалтерия» (или другие продукты 1С в зависимости от направления). Эти программы будут куплены однора-зово, в лучшем случае будет приобретен пакет услуг по сопровождению и обновлению, но нарушать стройное функционирование данных программ никто не будет. И причина этого – недостаточная подготовка и отсутствие необходимого уровня осведомленности о возможностях данных программ.

Наиболее вероятный вариант повышения отдачи от компьютера и ПО связан с появлением сотрудников, спо-собных к самообучению и творчеству, которые изучают и эффективно используют возможности имеющегося про-граммного обеспечения. У авторов статьи опыт разработки программных решений для обработки рабочих книг Excel и баз данных Access в интересах частных предпринимате-лей, а также опыт частного обучения возможностям Excel и Access. Особую категорию обучаемых представляли сотрудники именно небольших предприятий, у которых возникла необходимость получить знания для решения ежедневных практических задач. Рассмотрим часть из них.

1. У менеджера автосалона возникала необходимость поиска номера взаимозаменяющих деталей разных фирм. Перечень деталей с обозначением деталей находился в разных рабочих книгах Excel, что требовало проведения просмотра строк в нескольких таблицах.

2. Менеджер по логистике фирмы по продаже фасо-ванных продуктов питания ежедневно вручную формиро-вала путевые листы для доставки товаров. Для повыше-ния эффективности ее работы в Excel были разработаны макросы и формы, использование которых позволило до-бавить в ее рабочую книгу с данными функционал, кото-рый аналогичен программным решениям на основе базы данных и графического интерфейса.

3. Сотрудник регионального отдела рекламной фирмы ежедневно формировала из прайса (представленного в виде многолистовой книги Excel) выдержки в трех вариан-тах, так как он затем пересылался трем различным кате-гориям пользователей. В этой же фирме другой сотрудник ежедневно в конце дня выявлял (!!!) и вносил в сводную рабочую книгу информацию, которую в течении дня изме-няли сотрудники трех отделов.

4. Частный предприниматель вел отчетность о приходе и расходе товара с использованием программы «1С:Бухгалтерия». В тоже время оплачивать сопровожде-ние программы с какого-то момента времени для него ста-

ло неприемлемым. В связи с этим у него возник вопрос по формированию итоговых отчетов за неделю и месяц. Для этого он решил переносить информацию из «1С:Бухгалтерия» в Excel, а затем использовать механизм сводных таблиц. Чтобы сформировать сводную таблицу средствами Excel, полученный отчет нужно было обрабо-тать, для чего потребовались знания о VBA.

5. Представитель муниципальной конторы получал по электронной почте информацию о людях в виде текстового файла, формируемого специальной программой в подчи-ненных организациях. Далее на каждого из граждан необ-ходимо было завести учетную карту в виде отдельного файла Excel. Т.е. данный сотрудник ежедневно переносил информацию из текстового документа в Excel. По резуль-татам обучения был сформирован макрос на языке VBA, который формировал соответствующие файлы-формуляры в заданном виде за считанные секунды.

Что можно утверждать на основе рассмотренных при-меров?

1. У современных пользователей есть понимание того, что использование вычислительной технике способствует облегчению выполнения ежедневных рутинных функций. Но при этом нет полного представления о возможностях программ, даже тех, которые уже установлены на компь-ютерах.

2. Есть боязнь вложения финансов в программистов, так как нет представления о стоимости их труда, а также о затратах времени на доработку или переконфигурирова-ние программ. Это определяет, что предприниматель про-сто боится быть обманутым, связываясь с программистом.

3. Неумение оценить соотношение «вклад в разработку программы» - «повышение эффективности» со стороны предпринимателя обуславливает выбор в пользу варианта «оставить все как есть», а не исследовать пути повышения автоматизации.

И вот в этой связи более предпочтительным является вложение в обучение программированию своих собствен-ных сотрудников. И с учетом рассмотренных примеров – это будет повышение навыков использования Excel. Имен-но Excel в силу его доступности, а также возможности пе-ревода в рабочие книги Excel информации из 1С.

Таким образом, отличительной особенностью автомати-зации можно назвать то, что очень многие субъекты пред-принимательства хранят данные о своей деятельности в формате рабочих книг Microsoft Excel. Набор функцио-нальных возможностей Excel позволяет выполнять многие операции над отдельными блоками данных, но для созда-ния действительно эффективных технологий обработки нужно уметь владеть умением разработки макросов как с использованием макрорекодера, так и путем написания кода на языке VBA. Перспективность данного направле-ния определяется возможностью сопряжения с существу-ющими информационными массивами, созданным в рам-ках программ бухгалтерского учета, представленных в виде баз данных или на страницах сайтах. Это сопряжение заключается в том, что любая таблица в итоге может стать листом рабочей книги Excel и в дальнейшем обработана макросом.

Самой распространенной причиной использования VBA в Excel является автоматизация повторяющихся за-дач. Например, применение заданного форматирования к некоторому фиксированному диапазону ячеек на каждом листе. Или более сложная задача создания сводного отчета компании на основе отчетов дилеров или своих менедже-


64

ров, решаемая ежемесячно. Но VBA предназначен не только для повторяющихся задач. VBA также можно ис-пользовать для создания новых возможностей в Excel (например, можно разработать новые алгоритмы анализа данных, а затем воспользоваться возможностями построе-ния диаграмм в Excel для отображения результатов) и для выполнения задач, интегрирующих Excel с другими при-ложениями Office, такими как Microsoft Access. Фактиче-ски, из всех приложений Office программа Excel является одной из чаще всего используемых в качестве чего-то, по-хожего на общую платформу разработки. Кроме всех оче-видных задач, касающихся списков и бухгалтерии, разра-ботчики используют Excel в ряде задач, от визуализации до создания прототипов программ [8].

Кроме перспективности приобретения навыков владе-ния VBA для повышения степени автоматизации деятель-ности, это язык имеет отличительные черты при его изуче-нии.

Анализ возможностей и особенностей изучения VBA. Путь к написанию первой программы включает в себя:

- установку управляющего окружения (при необходи-мости), предназначенного для обеспечения работы буду-щей программы;

- установку среды для разработки программ; - изучение набора операторов для записи программ; - собственно написание программы и запуск на выпол-

нение. Сложность и трудоемкость данного процесса зависит

от выбранного языка программирования. С точки зрения установки программной среды для

установки – это наилучший язык. Если на компьютере имеется MS Excel или другая программа из пакета MS Office, то все необходимое для разработки программы на VBA у вас есть. Без дополнительных затрат на ресурсы, без привлечения консультантов, без дополнительных фи-нансовых затрат. Также не требуется установка управля-ющего окружения типа java rutime environment или .Net Framework, чтобы приложение на VBA запустить на ком-пьютере.

С точки зрения информационного обеспечения бучения языку также VBA не уступает остальным языкам. Осо-бенностью программных продуктов Microsoft является наличие мощной справочной системы, которая имеет как автономные встроенные ресурсы, так и хранилища спра-вочных топиков и видеороликов на интернет-ресурсах. Как и в других оболочках для разработки программ обеспечи-вается вплывающие подсказки, а также smart-сопровождение процесса разработки.

С точки зрения набора операторов VBA не уступает остальным языкам программирования. В данном языке есть:

- различные типы переменных для хранения данных; - все типы арифметических и математических опера-

ций, функции для работы с тригонометрией и даже со статистикой;

- операторы для организации ветвления и множествен-ного выбора;

- операторы для организации циклических действий. Таким образом, операторы для кодирования базовых

частей любого алгоритма обработки данных в VBA при-сутствуют.

Другие возможности позволяют назвать данный язык полноценным языком программирования высокого уровня. В VBA есть:

- возможность создавать процедуры и функции для выполнения отдельных этапов обработки данных (с пара-метрами и без них). Особенностью является то, что создан-ные функции сразу могут быть использованы всем осталь-ными пользователями рабочей книгиё в которую интегри-рован код на VBA;

- возможности работы с файлами, листами, диапазо-нами ячеек на принципах объектно-ориентированного про-граммирования;

- возможность создания графических форм с объектами для ввода и вывода данных различного типа (поля ввода, метки, списки, выпадающие списки, кнопки, меню и др. элементы управления). Их использование позволяет полу-чить навыки разработки графического интерфейса и за-крепляет понимание основ использования объектно-ориентированного программирования.

Таким образом, умение разрабатывать сложные про-граммы на VBA является базой для подготовки к про-граммированию на достаточно высоком уровне.

Предложения по обучению VBA. В школьной подго-товке по предмету «Информатика» часто используется такие языки как Delphi (Object Pascal), BASIC, а также среда КуМир. Собственно, с прицелом на владение дан-ными языками построены тестовые задания вопросов на ЕГЭ по данному предмету. Но возникает вопрос – если в курсе уже есть изучение Excel, то почему не углубить дан-ное направление? Переделать задания на ЕГЭ, дополнив их соответствующими заданиями на VBA несложно. Пе-ременные, циклы, условные операторы имеются в VBA в полном объеме. Но, как показано выше, изучение его основ будет проще и полезнее как учителям, так и ученикам.

Несомненно, с учетом особенностей профессий, стоит взять язык VBA в качестве базового при обучении в выс-ших учебных заведениях в сфере бухгалтерии, менеджмен-та, экономики и других направлениях, которые предпола-гают изучение основ программирования, но не относятся к сфере компьютерных наук и программной инженерии. Конечно же, если учебное заведение или кафедра готовит специалистов для ИТ, то изучение C++ или Python будет предпочтительнее. Но как показывает изложенный ранее материал статьи, VBA может стать более востребованным первым языком в современности.

Выводы. Состояние автоматизации бизнес-процессов на текущем этапе развития общества и технического про-гресса определяет наличие нескольких подходов, которые отличаются друг от друга уровнем сложности ПО, стоимо-стью и трудоемкостью разработки ПО. При этом для ком-паний, которые используют для хранения данных Excel, Access или обычные файлы, существует некоторый «эко-ном-вариант» повышения эффективности использования компьютеров, который предполагает овладение сотрудни-ками навыков программирования на VBA. С учетом того, что таких компаний очень много, то может быть целесооб-разным внедрение обучения основам программирования в школах и средне-специальных учебных заведениях именно на языке Visual Basic for Applications, что будет способ-ствовать расширению компетенций и навыков молодых сотрудников, а, соответственно, и повышению их стоимости на рынке труда. Также можно, утверждать, что наличие навыков программирования у сотрудников будет способ-ствовать повышению общего уровня образованности в стране за счет приобретения навыков аналитического ана-лиза и структуризации основных процессов выполнения функциональных задач.


65


1. Белокопытова В. В России резко вырос спрос на IT-специалистов / Известия [сайт]. 2016. 21 апреля. URL: https://iz.ru/news/610885 (дата обращения: 23.11.2017).

2. Корнев А. Экспертами обещан взрывной рост спроса на программистов / C-News [сайт]. 2016. 16 ноября. URL: http://www.cnews.ru/news/top/2016-11-16_obeshchan_vzryvnoj_rost_sprosa_na_programmistov (дата обращения: 23.11.2017).

3. Зеньков А. 6 технических профессий, спрос на которые будет только расти / Rusbase [сайт]. 2016. 14 октября. URL: https://rb.ru/list/6-tech-jobs/ (дата обращения: 23.11.2017).

4. Самые востребованные языки программирования 2016 / Блог компании HeadHunter. 2016. 27 декабря. URL: https://habrahabr.ru/company/hh/blog/318450/ (дата обращения: 26.11.2017).

5. Какой язык программирования лучше выбрать первым для изучения новичку? / Tproger [сайт]. 2016. 29 марта. URL: https://tproger.ru/experts/16/ (дата обращения: 26.11.2017).

6. TIOBE. Index for November 2017 [сайт]. URL: https://tiobe.com/tiobe-index/ (дата обращения: 26.11.2017). 7. Сколько предприятий в России / Больше фактов [сайт]. 2016. 1 октября. URL: http://bolshefaktov.ru/v-

mire/biznes/skolko-predpriyatiy-v-rossii-2889 (дата обращения: 30.11.2017). 8. Начало работы с VBA в Excel 2010 / Сайт компании Microsoft. URL: https://msdn.microsoft.com/ru-

ru/library/office/ee814737(v=office.14).aspx (дата обращения: 20.11.2017).

Информационное моделирование системы управления серводвигателем БПЛА

Яковлева Елена Максимовна, доцент; Ван Шии, магистрант

Томский политехнический университет (г. Томск)

Аннотация. В статье изложены основные подходы к решению задач информационного моделирования си-

стемы управления серводвигателем беспилотного летательного аппарата (БПЛА). Для того чтобы легко про-

верить теоретический анализ, различные алгоритм и программы управления, необходима точная и надежная

модель системы управления серводвигателем. Кроме того, эксперименты на реальной модели БПЛА не без-

опасны и требуют значительных финансовых затрат. В основу разработки математической модели системы

управления серводвигателем заложен принцип действия двигателя, его параметры, характеристики и ППП

MatLab. Информационное моделирование системы управления серводвигателем реализовывалось двумя подхо-

дами: использование программного обеспечения Simulink the MatLab и Control System Toolbox the MatLab. Для

названных решений задач информационного моделирования системы управления серводвигателем БПЛА опре-

делены показатели качества процесса управления и точностные характеристики. Результаты, полученные

от реализации разработанной схемы моделирования двигателя, и от использования передаточных функций

системы хорошо совпадают. Решение задач информационного моделирования системы управления серводви-

гателем БПЛА может быть использовано в учебном процессе.

В конце XIX века Никола Тесла продемонстрировал первый в мире радиоуправляемый летательный аппарат. Боль-шой вклад в развитие беспилотных летательных аппаратов внесла военная индустрия в годы Второй Мировой войны. И по значимости развития технологий в военной сфере БПЛА необходимо отметить США, Россию, Израиль и Великобри-танию. Гражданские БПЛА появились лишь в 2000 году, однако темпы развития весьма впечатляют.

Развитие компьютерной техники и аппаратных средств цифровой обработки сигнала, наблюдающееся в последние годы, привело к широкому применению цифровых микропроцессорных устройств в составе систем автоматического управления [1]. Однако, несмотря на преимущества применения цифровых устройств в составе систем управления: невы-сокая стоимость, гибкость решаемых задач, возможность реализации сложных корректирующих динамических звеньев, имеются сложности в анализе и моделировании таких систем [1].

Современные БПЛА используют серводвигатели, бесколлекторные электродвигатели, бессщёточные и т.д., и каждый класс имеет свои особенности. Поэтому, одной из сложностей в анализе и моделировании систем управления БПЛА яв-ляется решение задачи информационного моделирования системы управления двигателем БПЛА.

1. Информационное моделирование управления двигателем в среде Simulink В основу разработки информационного моделирования управления двигателем положено описание принципа дей-

ствия серводвигателя системой дифференциальных и алгебраических уравнений и ППП MatLab. 1.1. Уравнение электрического равновесия якорной цепи Уравнение электрического равновесия якорной цепи описывается следующей системой дифференциального и алгеб-

раического уравнений: [2]

𝑈 = 𝑒 + 𝑅 ∙ 𝑖 + 𝐿𝑑𝑖

𝑑𝑡 (1)

𝑒 = 𝐾𝑒 ∙ 𝜔 (2) где: U – напряжение на якорной обмотке двигателя, В; e – электродвижущая сила (ЭДС) якоря, В; R – сопротивление обмотки якоря, Ом; i – ток якоря, Ом; L – индуктивность якорной цепи, Гн; Ke – коэффициент ЭДС, В/рад/с;

https://tproger.ru/experts/16/

https://tiobe.com/tiobe-index/


66

ω – скорость вращения вала двигателя, рад/с. 1.2. Уравнение движения двигателя Уравнение движения двигателя, представленное формулами (3, 4) является видоизмененной записью основного урав-

нения движения электропривода [2].

𝑀 − 𝑀𝑐 = 𝐽𝑑𝜔

𝑑𝑡 (3)

𝑀 = 𝐾𝑚 ∙ 𝑖 (4) где M – электромагнитный момент двигателя, Н·м; Mс – момент сопротивления движению, Н·м; J – суммарный момент инерции якоря и нагрузки, кг∙м 2; Km – коэффициент электромагнитного момента, Н∙м/А. С точки зрения будущей модели, входными воздействиями являются напряжения якоря U и момент сопротивления

движению Mс, выходными переменными – электромагнитный момент двигателя M и частота вращения вала двигателя ω. Остальные переменные, входящие в состав уравнений (1 – 4) являются параметрами двигателя, численные значения которых приведены в таблице 1, [3,4].

Применив к дифференциальному уравнению (1) преобразование Лапласа и, выразив из него ток якорной цепи, полу-чаем:

𝑖(𝑠) = [𝑈(𝑠) − 𝑒(𝑠)]1

𝑅+𝐿𝑠 (5)

Уравнение (3), связывающее динамический момент и скорость вращения вала двигателя, в преобразовании Лапласа имеет вид:

𝜔(𝑠) =𝑀(𝑠)−𝑀𝐶(𝑠)

𝐽𝑠 (6)

Используя уравнения (1 – 6) и значения параметров двигателя табл.1, составлена математическая модель электро-двигателя в Simulink. Схема модели представлена на рис. 1.

Таблица 1. Данные двигателя

Параметр Значение R 0.4 Ом L 0.954e-3 Гн

J 1.89e-6 кг·м2

ω 314 рад/с U 10 В

Ke 0.035В/рад/с

Km 0.035 Н·м/А Применив к дифференциальному уравнению (1) преобразование Лапласа и, выразив из него ток якорной цепи, полу-

чаем:

𝑖(𝑠) = [𝑈(𝑠) − 𝑒(𝑠)]1

𝑅+𝐿𝑠 (5)

Уравнение (3), связывающее динамический момент и скорость вращения вала двигателя, в преобразовании Лапласа имеет вид:

𝜔(𝑠) =𝑀(𝑠)−𝑀𝐶(𝑠)

𝐽𝑠 (6)

Используя уравнения (1 – 6) и значения параметров двигателя табл.1, составлена математическая модель электро-двигателя в Simulink. Схема модели представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема моделирования ДПТ с заданными параметрами

где: εП, εU, εМс– полная ошибка регулирования; ошибка от задающего сигнала U и от момента сопротивления MC;

𝑊1 =1

𝐿 ∙ 𝑠 + 𝑅

𝑊2 =1

𝐽 ∙ 𝑠

1.3. Определение показателей качества управления двигателем в среде Simulink Для определения показателей качества управления необходимо получить переходный процесс изменения скорости

вращения двигателя во времени при заданном моменте сопротивления нагрузке Мс. Воспользуемся схемой моделирова-


67

ния, рис. 1, на вход подаём U = 10В, при заданной нагрузке. Результаты проведённых исследований приведены на рис.2. Влияние момента Мс проявляется после истечения t =0.03с, когда момент сопротивления Мс достигнет величины Мс=0.05 Н∙м.

Рис. 2. Переходный процесс изменения частоты вращения ДПТ

Определяем следующие показатели качества:

Перерегулирование: 𝜎 = 𝜔𝑚𝑎𝑥−𝜔𝑦𝑐𝑚

𝜔𝑦𝑐𝑚 ·100%=

444.9−314

314·100% = 41.69%.

Время переходного процесса: 0.017 с. Максимальное значение: 444.9 рад/с.

Коэффициент ДПТ: КДПТ = 314

10 = 31.4.

Статическая ошибка: 𝛿 = 314−297.8

314 ·100% = 5.16%.

2. Информационное моделирование управления двигателем в среде Control System Toolbox 2.1. Передаточные функции двигателя В основу разработки математической модели управления ДПТ положено использование передаточных функций. На

основании схемы моделирования ДПТ с заданными параметрами, представленной на рис. 1, и правил структурных пре-образований, получим выражение передаточной функции двигателя по напряжению, [5]:

𝑊𝜔,𝑈(𝑠) =𝑊1(𝑠)∙𝐾𝑚∙𝑊2(𝑠)

1+𝑊1(𝑠)∙𝐾𝑚∙𝑊2(𝑠)∙𝐾𝑒 (7)

Выполнив ряд преобразований, получаем:

𝑊𝜔,𝑈(𝑠) =𝐾

𝑇Я𝑇𝑀𝑠2+𝑇𝑀𝑠+1 (8)

где: 𝑇𝑀 = 𝑅 ∙ 𝐽 𝐶2⁄ – электромеханическая постоянная времени двигателя; C=Km·Ke; 𝑇Я = 𝐿 𝑅⁄ – электромагнитная постоянная времени якорной цепи; K=1/C– коэффициент усиления двигателя по напряжению. Аналогично получим выражение ПФ двигателя по моменту сопротивления 𝑊зс

𝑀𝑐(𝑠), [5]:

𝑊зсМс(𝑠) =

𝑊2(s)

1+𝑊1(𝑠)∙0.035∙𝑊2(s)∙0.035 =

0.954×10−3𝑠+0.4

(0.954×10−3𝑠+0.4)∙1.89×10−6𝑠+𝑘𝑚∙𝑘𝑒 (9)

Выражение ПФ двигателя по ошибке имеет вид, [6]:

𝑊зс𝜀(𝑠) =

1

1+𝑊1(𝑠)∙0.035∙𝑊2(s)∙0.035 =

(0.954×10−3𝑠+0.4)∙1.89×10−6𝑠

(0.954×10−3𝑠+0.4)∙1.89×10−6𝑠+𝑘𝑚∙𝑘𝑒 (10)

2.2. Определение показателей качества процесса управления двигателем в среде Control System Toolbox Для определения по переходной характеристике показателей качества ДПТ с передаточной функцией (8) разрабаты-

вается программа в среде Control System Toolbox, скрипт которой представлен ниже, а график - на рис. 3.

Рис. 4. Переходная характеристика ДПТ


68

Показатели качества: Перерегулирование: 43.8%; Время переходного процесса: 0.0171 с.; Максимальное значение: 41.1.; Коэффициент ДПТ: 28.6. 2.3. Оценка точности процесса регулирования двигателем постоянного тока Точность регулирования оценивается ошибками регулирования [6]:

휀П = 휀𝑈 + 휀Мс (11)

где: 휀П – полная ошибка; 휀u – ошибка от задающего воздействия; 휀Мс – ошибка от нагрузки, которая выражается моментом сопротивления Мс.

Статическую ошибку от задающего воздействия 휀ст.и можно определить по формуле [6]: 휀ст.𝑈 = 𝑊зс

𝜀(𝑠)/𝑠→0 ∙ 𝑈 (12)

где U= 10В – напряжение, подаваемое в обмотку ДПТ. Используя формулу (10), согласно выражению (12) можно отметить, что ошибка 휀ст.и равна 0. Статическую ошибку от

возмущающего фактора (нагрузки) 휀ст.Мс с моментом сопротивления Мс = 0.05 Н∙м. можно определить по формуле, [6]: 휀ст.Мс = 𝑊зс

𝑀𝑐(𝑠)/𝑠→0 ∙ 𝑀𝑐 (13)

Тогда 휀ст.Мс равна: 휀ст.Мс = 0.4∙0.05

0.035∙0.035= 16.33 рад./𝑐

Переведём ошибку в %:

𝛿𝑐𝑚,% =휀ст.Мс

𝜔𝑦𝑐𝑚∙ 100% =

16.33

314∙ 100% = 5.2%

Заключение. В работе представлены два подхода разработки математических моделей управления двигателем посто-янного тока на основании имеющихся уравнений электрического равновесия якорной цепи и движения двигателя, реали-зованных в программных пакетах Simulink и Control System Toolbox the MatLab. Одновременное применение различных программных средств в исследовательской деятельности позволяет сформировать у обучающихся соответствующих ком-петенций. Кроме того, применение ППП MatLab для решения типовых задач автоматизированного проектирования си-стем управления (СУ) способствует приобретению студентами навыков работы при решении инженерных задач.

Решение данной задачи является первым этапом в разработке алгоритмов управления БПЛА на базе микро-контроллеров, позволяющих реализовать нужные законы управления. Важным этапом проектирования СУ является – определение показателей качества процесса регулирования и точностных характеристик.

Поэтому, для каждого подхода разработки математической модели управления двигателем постоянного тока в MatLab были построены графики переходного процесса; оценены показатели качества и определены ошибки регулирова-ния. Нужно отметить, что совпадение результатов оценивания показателей по каждому их подходов, удовлетворительное.

Материалы, представленные в данной работе, а также параллельное представление теоретических сведений, анали-тических выкладок, численных и структурных моделей, были использованы при создании учебного пособия по дисциплине «Автоматизированное проектирование средств и систем управления» для магистров Томского политехнического универ-ситета.


1. Faerman V.A., Yakovleva E.M. Features of the analysis of control systems with the discrete control devices using math-ematical packages. Key Engineering Materials, 2017. — 225-229 с.

2. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в Matlab, SimPowerSystems и Simulink. М.: Моском, 2014. — 288 с.

3. Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам. М.: Академия, 2005 г. – 480 с. 4. LI JIANPENG Research on BLDCM Ontology Modeling and Its Drive System Simulation. XIAN, 2009. — 34 с. 5. Яковлева Е.М. Замятин С.В. Курсовое проектирование по теории автоматического управления: Методическое посо-

бие – Томск: изд. ТПУ. – 2010. – 106 с. 6. Яковлева Е.М. Автоматизированное проектирование средств и систем управления: учебное пособие. Томск: ТПУ,

2016. — 200 с.

«Евразийское Научное Объединение» • № 12 (34) • Декабрь, 2017 Географические науки

69

ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ НАУКИ

Особенности природопользования в Республике Алтай

Байлагасов Леонид Васильевич, кандидат географических наук, доцент Горно-Алтайский государственный университет

Аннотация. В статье рассматриваются особенности природопользования в Республике Алтай. Установ-

лено, что в регионе виды биологического природопользования значительно преобладают промышленными, а

работа в личном подсобном хозяйстве и занятия традиционными промыслами составляют основу семейного

бюджета для многих сельских жителей. Богатство растительного и животного мира Республики Алтай и

значительные запасы отдельных природных ресурсов способствует сохранению традиционных промыслов

населения.

Ключевые слова: Республика Алтай, природопользование, традиционные промыслы, охота, собиратель-

ство, рыболовство

Республика Алтай расположена на юге Западной Си-бири, ее площадь составляет 92,9 тыс. км2, численность населения – 217 тыс. чел., из них городского – 63,3 тыс. чел. (29,2%). На территории республики расположено 245 населенных пунктов, включая один город – столицу регио-на г. Горно-Алтайск [1].

Природно-климатические условия республики весьма разнообразны. Горы Алтая представляют собой сложную систему самых высоких хребтов в Сибири, разделённых глубокими долинами рек и обширными межгорными кот-ловинами. Современный рельеф региона выражен круп-ными морфологическими ступенями: низкогорьем, средне-горьем и высокогорьем. Абсолютные высоты территории колеблются от 250 до 4000 м над уровнем моря. Высшей точкой Алтая является г. Белуха – 4506 м.

Республика Алтай является аграрным регионом с пре-обладанием сельского населения. Природопользование в регионе имеет свою специфику.

К основным особенностям природопользования Рес-публики Алтай относятся:

– Значительное преобладание видов биологического природопользования над промышленными.

Для Республики Алтай характерно значительное пре-обладание видов биологического природопользования над промышленными (в классификации В.В. Дежкина, Л.В. Поповой [2]). Из промышленных видов природопользова-ния в регионе представлена в основном горнодобывающая промышленность. Ввиду слабого развития промышленного производства основными видами природопользования в настоящее время являются сельское хозяйство и бурно развивающийся в последние годы туризм.

Так, поголовье скота на конец 2016 года составило: крупного рогатого скота – 263,3 тыс. голов, в том числе коров – 132,4 тыс. голов, овец – 661,1 тыс. голов, лошадей – 154,4 тыс. голов, свиней – 8,8 тыс. голов, маралов – 54,5 тыс. голов. Около 60 тыс. семей в республике имеют личное подсобное хозяйство [3].

В 2016 году территорию Республики Алтай посетило 1,986 млн. чел., что в более чем в 9 раз превышает числен-ность населения региона. Отдых туристов обеспечивали 88 туристских фирм, 279 коллективных средств размещения и 423 сельских дома. В то же время развитие туризма в ре-гионе в настоящее время происходит крайне неравномер-но, в частности почти три четверти туробъектов располо-жены в пределах трех из десяти административных райо-нов – Чемальского (41,3%), Турочакского (22,2%) и Май-минского (21,1%) [3].

Отметим, что в конце советского периода территорию Горно-Алтайской автономной области посещало около 300

тыс. чел. [4]. – Хорошая сохранность традиционных видов природо-

пользования. К традиционным видам природопользования в Республике Алтай относятся сельское хозяйство, прежде всего отгонное животноводство, охота, собирательство и в меньшей степени рыболовство. Эти виды хозяйственной деятельности до сих пор имеют большое значение в жизни населения региона. Так, более половины поголовья скота, за исключением маралов, содержится в личных подсобных хозяйствах жителей региона. Отмечается [5-6], что в совет-ский период доля доходов от ведения личного подсобного хозяйства в формировании бюджета семьи составляла около 25-35% в небольших и средних по численности насе-ленных пунктах Центрального Алтая, а в постсоветский период она выросла до 45-55%.

– Богатое видовое разнообразие растительного и жи-вотного мира. Флора республики насчитывает 2136 выс-ших сосудистых растений, в том числе 124 эндемика и ре-ликта, 1622 вида лишайников и 700 видов шляпочных гри-бов. Из них 172 вида внесены в Красную книгу Республи-ки Алтай [7]. В регионе обитает 93 вида млекопитающих, 312 видов птиц, из которых около 250 гнездящихся, 33 вида рыб, 7 видов пресмыкающихся, 4 вида земноводных и большая группа беспозвоночных животных. Из них в Красные книги Российской Федерации и Республики Ал-тай внесены 114 видов, в том числе 19 видов млекопитаю-щих, 67 видов птиц и 4 вида рыб.

– Наличие существенных запасов отдельных видов природных ресурсов. На территории республики произ-растает более 200 видов ценных лекарственных, техниче-ских, кормовых и пищевых растений, из которых особый интерес представляют лекарственные растения. Особое место среди недревесной продукции леса занимает кедро-вый орех. Имеет место заготовка черники, брусники, смо-родины, малины, клюквы. Из лекарственных растений заготовляют родиолу розовую, левзею сафлоровидную, бадан и др., а из пищевых дикоросов наибольшее значение имеют папоротник орляк и черемши. Возможный объем заготовки составляет: брусника (96,7 тонн), черника (242,3 т), папоротник орляк (1475 т), малина (490 т), бадан толсто-листный (2555 т), пион уклоняющийся (марьин корень – 58 т), родиола розовая (золотой корень – 3,5 т) [3].

34 вида млекопитающих и 29 видов птиц являются объектами охоты. Наибольший интерес представляют сле-дующие виды – марал (по материалам учетов 2016 года в регионе обитает 9997 особей), косуля (26460), сибирский горный козел (7916), рысь (211), медведь (3280), соболь (10085), кабан (4827), кабарга (3272), барсук (12810), сурок (24575), из охотничьей орнитофауны – тетеревиные и водо-

Geographical sciences “Eurasian Scientific Association” • № 12 (34) • December 2017

70

плавающие виды [3]. – Значительная доля доходов от традиционных про-

мыслов в структуре бюджета семьи сельских жителей. К традиционным промыслам в регионе относятся собира-тельство, охота и в меньшей степени рыболовство. В совет-ское время была практически полная занятость сельских жителей в совхозах и колхозах, но даже в то время охота, собирательство и рыболовство играли немаловажную роль в формировании бюджета семьи сельских жителей. Так, отмечается [5-6], что в советский период доля охоты, рыбо-ловства и собирательства составляла около 4-5% в струк-туре бюджета среднестатистической семьи, а постсовет-ский период она выросла до 15-25%. Исследования авто-ра, проведенные в 2017 году в селах Кош-Агачского, Онгу-дайского, Улаганского, Усть-Канского, Усть-Коксинского, Турачакского и Чойского районов, подтвердили, что тра-диционные промыслы до настоящего времени сохраняют свое значение.

– Низкая плотность населения и наличие значительных по площади мало преобразованных человеческой деятель-ностью территорий. Для Республики Алтай характерна низкая плотность населения – 2,34 чел./км2. Следует отме-тить, что 96337 человек (44,4%) проживают в северной части республики на территории г. Горно-Алтайска и Майминского административного района, общая площадь которых составляет 1376 км2. Соответственно на остальной части территории региона плотность населения составляет всего 1,32 чел./км2. Кроме того, в южной части республики большинство сел расположено в пределах крупных меж-горных котловин – Чуйской и Курайской в Кош-Агачском районе; Уймонской, Абайской и Катандинской в Усть-Коксинском районе, а на остальной территории располо-жены лишь отдельные населенные пункты и сезонные животноводческие стоянки.

– Большая доля особо охраняемых природных терри-торий от общей площади региона. В Республике Алтай сформирована одна из самых развитых сетей особо охра-няемых природных территорий (ООПТ) в Российской Фе-дерации общей площадью 23,24 тыс. км2 (25% от площади региона), включая ООПТ федерального значения (Алтай-ский и Катунский заповедники, Сайлюгемский нацио-нальный парк, Горно-Алтайский ботанический сад) пло-щадью 11,51 тыс. км2 (12,4% от площади республики). ООПТ регионального уровня занимают 50,5% от всей площади ООПТ Республики Алтай, в т.ч. четыре природ-ных парка – 28,3%, два биологических заказника – 21,7%, 41 памятник природы – 0,5% [3].

ООПТ способствуют сохранению природной среды Республики Алтай, в том числе растительного и животного мира, включая виды, внесенные в Красные книги Респуб-лики Алтай, Российской Федерации и МСОП, а также ценные в хозяйственном отношении виды растений и жи-вотных.

– Значительная доля нелегальных промыслов. Следует отметить, что собирательство, рыболовство и особенно охо-та нередко осуществляются с нарушением природоохран-ных требований. Основные нарушения, связанные с соби-рательством, заключаются в заготовке ценных лекарствен-ных растений, в том числе внесенных в Красную книгу Республики Алтай. Так, в 2017 году Пограничным управ-лением ФСБ России по Республике Алтай было изъято из незаконного оборота 4,7 тонны лекарственно-технического сырья, в т.ч. 1,4 тонны корней левзеи розовой (золотого кор-ня), почти 1,5 тонны рапонтикума сафроловидного (мара-льего корня). Большая часть незаконно заготовленного сырья изъята на территории Усть-Коксинского района.

Горно-Алтайским отделом государственного контроля, надзора и охраны водных биоресурсов и среды их обита-ния Верхне-Обского территориального управления Росры-боловства в 2016 году задержано 150 нарушителей Пра-вил рыболовства, наложено штрафов на общую сумму 351,6 тыс. руб., у браконьеров изъято 23 транспортных средства, в том числе 27 лодок, 11 лодочных моторов, 264 единицы незаконных орудий лова, 161,5 кг незаконно до-бытых биоресурсов.

Органами охотнадзора в 2016 г. составлено 202 прото-кола за нарушения Правил охоты, изъято 23 единицы ог-нестрельного оружия, в том числе 4 единицы, не зареги-стрированного в установленном порядке в органах МВД, снято 57 петель и 10 капканов. На нарушителей наложено штрафов на общую сумму 153,5 тыс. руб., взыскано исков на 980 тыс. руб. Возбуждено 3 уголовных дела по ст. 258 УК РФ за незаконную добычу 4 косуль, одного сибирского козла и одного алтайского горного барана (аргали) [3].

Следует отметить, что браконьерство всех видов явля-ется традиционной и чрезвычайно устойчивой формой жизнедеятельности населения, практически не осуждаемой местным сообществом. Более серьезным уроном природе местные жители считают «вертолетное» браконьерство со стороны местного и приезжего начальства, и вообще при-езжих охотников.

Работа выполнена при финансовой поддержке ОГОН РФФИ проект №17-12-04006 «а(р)»


1. Численность населения Республики Алтай по сельским населенным пунктам на 1 января 2017 года / Бюллетень Управления Федеральной службы государственной статистики по Алтайскому краю и Республике Алтай. – Горно-Алтайск, 2017. – 48 с.

2. Дёжкин В.В., Попова Л.В. Основы биологического природопользования: Учебное пособие. – М.: Модус-К. Этерна, 2005. – 320 с.

3. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Республики Алтай в 2016 году / под ред. Ю.В. Робертуса. – Горно-Алтайск, 2017. – 126 с.

4. Байлагасов Л.В. Перспективы развития эзотерического туризма в Республике Алтай // Проблемы рекреационного природопользования: сборник научных статей. Вып. 7 / Отв. ред. С.В. Попов. – Бийск: ФГБОУ ВПО «АГАО», 2014. – С. 23-27.

5. Байлагасов Л.В., Манышева Т.В. Изменение структуры бюджета сельской семьи в постсоветский период (на при-мере алтай-кижи) // Современные проблемы геоэкологии горных территорий: Материалы III межд. науч.-практ. конф. – Горно-Алтайск: РИО Горно-Алтайского университета, 2008. – C. 112-118.

6. Байлагасов Л.В. Анализ изменений личного подсобного хозяйства жителей Горного Алтая в постсоветский период // Актуальные проблемы ведения сельскохозяйственного производства в аридной зоне Центрально-Азиатского региона /

«Евразийское Научное Объединение» • № 12 (34) • Декабрь, 2017 Географические науки

71

Под ред. Р.Б. Чысыма, В.К. Савостьянова, О.А. Иванова, Г. Баяраа, С.О. Ондар. – Новосибирск, 2013. – С. 57-61. 7. Красная книга Республики Алтай. Животные / ред.Н.П. Малков. –Горно-Алтайск,2007. – 400 с.

Особенности традиционных промыслов в Усть-Коксинском районе Республики Алтай

Байлагасов Леонид Васильевич, кандидат географических наук, доцент Горно-Алтайский государственный университет

Аннотация. В статье рассматриваются традиционные промыслы на территории Усть-Коксинского рай-

она Республики Алтай. Охота, рыболовство и собирательство до сих пор играют существенную роль в фор-

мировании бюджета среднестатистической сельской семьи. Установлено, что доля вышеотмеченных видов

природопользования может составлять от 7 до 20% годового семейного бюджета. Нередко промысел осу-

ществляется с нарушением природоохранных требований, а несовершенство системы закупок может приве-

сти к чрезмерному использованию одних видов и недоиспользованию других, «нерыночных» видов природных

ресурсов.

Ключевые слова: Республика Алтай, Усть-Коксинский район, традиционные промыслы, охота, рыболов-

ство, собирательство

Усть-Коксинский район является одним из 10 админи-стративных районов Республики Алтай. Расположен в юго-западной части республики, площадь его составляет 12,95 тыс. км2, население – 16,5 тыс. человек.

Природные достопримечательности Усть-Коксинского района являются уникальными во многих отношениях. Здесь расположен Катунский хребет и высшая точка Си-бири – г. Белуха; берет начало р. Катунь, которая вместе с р. Бией является истоком великой сибирской реки Обь; находится наиболее крупное оледенение на Алтае; распо-ложены значительные запасы многих лекарственных рас-тений. Катунский хребет является одним из наиболее по-пулярных туристических объектов Горного Алтая [1]. Ос-новными водными артериями района является р. Катунь и ее притоки, включая наиболее крупный приток – р. Кокса.

Основой экономики Усть-Коксинского района является сельское хозяйство, в частности животноводство – разведе-ние крупнорогатого скота, мараловодство, овцеводство, коневодство, пчеловодство. Растениеводство служит для удовлетворения нужд животноводства. По многим сель-скохозяйственным показателям – надой молока, производ-ство масла и сыра, пантов марала, меда, валовый сбор зерна – район ежегодно находится на первом месте в рес-публике. Из других отраслей отметим лесозаготовки, лесо-переработку, туризм.

Анализируемые в данной статье традиционные про-мыслы, к которым в условиях Усть-Коксинского района можно отнести охоту, рыболовство и собирательство, также хорошо развиты на рассматриваемой территории. Рас-смотрим данные виды природопользования более подроб-но.

Охота. В Республике Алтай обитает 93 вида млекопи-тающих и 312 видов птиц, из них к объектам охоты отно-сится 34 вида млекопитающих и 29 видов птиц [2]. На тер-ритории Усть-Коксинского района распространены боль-шинство видов охотничье-промысловых видов животных, характерных для Республики Алтай. Наибольшее значе-ние из них для охоты на территории района в последние годы имеют, прежде всего, лось, марал, косуля, сибирский горный козел, кабан, волк, медведь, рысь, росомаха, лиси-ца, соболь, белка и до недавнего времени кабарга (внесена в Красную книгу Республики Алтай в 2017 году).

Численность зарегистрированных охотников в Усть-Коксинском районе на конец 2017 года составляет 1056 человек или 6,4% от общей численности населения района, что соответствует среднему значению по Республике Алтай

(6,4%). На руках у населения находится 1715 единиц заре-гистрированного в установленном порядке охотничьего оружия, в том числе 837 единиц гладкоствольного и 878 нарезного оружия. На одного охотника приходится 1,62 единицы оружия (в среднем по Республике Алтай – 1,35), что является одним из самых высоких показателей в реги-оне (выше только г. Горно-Алтайск – 1,72 и Усть-Канский район – 1,69 единицы).

Таким образом, около 20% семей в Усть-Коксинском районе занимается легальной охотой. Кроме того, по экс-пертным оценкам на руках у населения находится при-мерно столько же или чуть меньше незарегистрированного оружия, что способствует распространению браконьерства.

По экспертным оценкам в последние годы браконье-рами на территории района уничтожается до 200-300 ко-суль, до 50 маралов, до 10-15медведей, не менее 200 собо-лей. Ежегодно органами охотнадзора, МВД и погранично-го управления задерживается от 30 до 80 нарушителей правил охоты.

Рыболовство. В водоемах Республике Алтай обитает 33 вида рыб [2]. Ихтиофауна Усть-Коксинского района отно-сительно бедна, всего здесь обитает 8 видов рыб, из кото-рых наибольшее промысловое значение имеют, прежде всего, хариус (более 90% всех уловов), таймень и налим [3]. Еще один вид – ленок (ускуч) внесен в Красную книгу Республики Алтай, ловля его запрещена. В то же время в водоемах района он сравнительно редок, ловят его скорее случайно, чем специально.

Рыболовством на территории района по экспертным оценкам занимается до половины взрослого мужского населения, но это зависит от расположения села (по отно-шению к рекам, прежде всего реки Катунь и Кокса). Ры-балка нередко проводится с нарушением правил. Прежде всего, это лов рыбы сетями и в нерестовый период.

Точные объемы вылова неизвестны, но отдельные ры-баки могут добывать 50-100 кг и более рыбы в год.

Собирательство. Флора Республики Алтай насчитыва-ет 2136 видов высших сосудистых растений, во флористи-ческой кадастре Республики Алтай отмечено более 200 видов ценных лекарственных, технических, кормовых и пищевых растений [2]. На территории Усть-Коксинского района произрастает около 1600 видов высших сосудистых растений [3]. Для собирательства на территории района используются, в частности, дикорастущие ягодники: чере-муха, смородина, малина, жимолость, клубника, брусника, черника. Имеются и дикорастущие съедобные растения —

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D0%BD%D1%82%D1%8B

Geographical sciences “Eurasian Scientific Association” • № 12 (34) • December 2017

72

щавель, ревень, лук, черемша (колба). Из лекарственных растений в Усть-Коксинском районе широко распростра-нены родиола розовая (золотой корень), рапонтикум сафлоровидный (маралий корень), копеечник чайный (красный корень), пион марьин корень, бадан толстолист-ный и др. Местные жители занимаются и сбором грибов. В последние годы из-за высоких закупочных цен стали больше заготовлять кедрового ореха.

Проведенное исследование показало, что на террито-рии Усть-Коксинского района около 90% семей в той или иной степени занимаются различными видами собира-тельства. Например, в Амурском сельском поселении, в состав которого входит три села – Абай, Амур и Юстик, практически все взрослые жители и старшеклассники за-нимаются собирательством. Так, в с. Абай черную сморо-дину собирают 51% семей, красную смородину (кислицу) – 67 % семей, клубнику – 84 %, бруснику и чернику –42 %. В с. Амур собирают клубнику 35% семей, черную и красную смородину – 18-19%, бруснику – 27 % и чернику – 23%. В с. Юстик бруснику собирают 37% семей, черни-ку 28%, красную смородину – 65%, клубнику – 57%, черную смородину – 47%.

Сбором грибов, прежде всего подберезовиков, рыжи-ков, груздей, лисичек занимаются 67% семей, в Амуре – 31%,в Юстике – 84%.

Многие семьи занимаются заготовкой ценных лекар-ственных растений для потребления внутри семьи, но по экспертным оценкам от 5 до 15% занимаются этим на продажу. Ранее этот процент был больше, но в последние годы в связи с усилившимся контролем это стало делать труднее, поэтому жители стараются не отвечать на подоб-ные вопросы.

Следует отметить, что в постсоветский период, в связи с социально-экономическим кризисом и возросшей безрабо-тицей, произошло увеличение числа жителей района, за-нимающихся традиционными промыслами. Соответствен-но возросли и объемы заготовок. Так, отмечается [4], что в середине 1990 годов из более 120 предприятий, зарегистри-рованных на территории района, нормально функциониро-вали только около 20. Число работников сельхозпредприя-тий за период с 1990 года сократилось более чем на 60 %, причем не все освобожденные работники нашли новую работу. На 1.01.2001 г. из 10279 человек экономически ак-тивного населения занято на производстве или в других сферах деятельности 6642 человека. Из оставшихся 3637 человек, только 425 были зарегистрированы как безработ-ные. В условиях существенного снижения уровня жизни населения резко возросло браконьерство, самовольные рубки леса, заготовка ценных лекарственных растений.

Появились целые социальные группы (охотники, рыбаки, лесорубы, заготовители ценных лекарственных растений), для которых использование природных ресурсов является основным источником дохода (в абсолютном большинстве нелегального). Многие местные жители жили и живут в настоящее время за счет своего личного подсобного хозяй-ства.

В 2017 году сотрудниками Катунского биосферного за-поведника, расположенного в Усть-Коксинском районе, проведен опрос 124 жителей сел Верх-Уймон, Маральник, Мульта, Тихонькая, Гагарка, Замульта, Катанда, Тюнгур, Кучерла. Эти села наиболее близко расположены от гра-ниц заповедника. На вопрос об основном источнике дохо-дов своей семьи респонденты ответили следующим обра-зом: ведение личного подсобного хозяйства – 36%; работа в бюджетной организации – 25%; социальные пособия – 14%; туризм – 11%; крестьянско-фермерское хозяйство – 8%; торговля – 3% и заготовка растений, дериватов, охота, рыболовство – 3%. Таким образом, благосостояние более половины местных жителей зависит от состояния природ-ных ресурсов [5].

Нами предварительно установлено, что в Амурском сельском поселении доходы от традиционных промыслов в среднем могут составлять от 7 до 20% в общей структуре годового семейного бюджета, а у 2-5% семей являться основой их существования.

Оценка доли собирательства, охоты и рыболовства за-трудняется отсутствием точных статистических данных, нежеланием многих респондентов отвечать на вопросы и носит оценочный характер. Также отметим несовершенство системы закупок, например, частные скупщики покупают только продукцию, пользующуюся спросом на рынке (зо-лотой, маралий, красный корни, кедровый орех, шкурки отдельных видов животных, струю кабарги, желчь медве-дя, хариуса, тайменя). Это может привести к чрезмерному использованию одних видов и недоиспользованию других, «нерыночных» видов природных ресурсов.

Собирательство и охота избирательно оказывают воз-действие на природную среду. В частности, высокая цена на золотой корень и струю (пупки) кабарги привели к зна-чительному снижению запасов этих видов на территории Усть-Коксинского района. Рыболовство в настоящее время не оказывает значительного воздействия на состояние рыб-ных ресурсов, поскольку жители ловят рыбу, прежде всего для личного потребления, а продажа ее в больших количе-ствах не осуществляется, что связано с пока еще низким спросом.

Работа выполнена при финансовой поддержке ОГОН РФФИ проект №17-12-04006 «а(р)»


1. Байлагасов Л.В. Проблемы организации и функционирования системы особо охраняемых природных территорий в Усть-Коксинском районе Республики Алтай // Горы и человек: антропогенная трансформация горных геосистем: Мате-риалы Всероссийской научной конференции. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. – С. 31-33.

2. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Республики Алтай в 2016 году / под ред. Ю.В. Робертуса. – Горно-Алтайск, 2017. – 126 с.

3. Байлагасов Л.В. Проблемы охраны природы Усть-Коксинского района Республики Алтай. – Барнаул , 2007. Ч. 1. – 311 с.

4. Байлагасов Л.В. Социально-экономическая ситуация в регионе как фактор влияния на охраняемый природный комплекс и сопредельные территории // Заповедники и экологические аспекты природопользования: материалы научной конференции, посвященной 10-летию организации государственного природного биосферного заповедника «Катунский». – Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2001. – С. 3-6.

5. Тордокова А.А. Отношение населения Усть-Коксинского района Республики Алтай к проблемам экологии // Гео-графия, экология Алтая: состояние, охрана и устойчивое развитие: материалы международной научно-практической кон-ференции / Отв. ред. А.М. Маринин. – Горно-Алтайск: БИЦ ГАГУ, 2017. – С. 238-241.

С О Д Е Р Ж - esa-conference.ru · Physical and mathematical sciences Eurasian Scientific...

Documents

Transcript of С О Д Е Р Ж - esa-conference.ru · Physical and mathematical sciences Eurasian Scientific...