Numerical modeling of strong effects on ionospheric plasma

В работе представлены постановка задачи начальной стадии мощного антропогенного возмущения ионосферы для последующего вычисления высотно-временного распределения ионосферно-магнитосферных параметров. Данная задача имеет огромное значение в плане теоретического исследования таких возмущений на математических моделях изучаемой среды. Такие возмущения сопровождаются различными физико-химическими процессами, которые к настоящему времени плохо изучены. Основным источником сильных возмущений ионосферы являются мощные электромагнитные излучения (сильная солнечная вспышка, мощный ядерный взрыв). Такие электромагнитные возмущения могут вызывать сильнейшие глобальные перераспределение всей атмосферы Земли, которые к настоящему времени недостаточно надежно изучены, и одним из способов их изучения, является математическое моделирование. Приводится результаты вычислительного эксперимента начальной стадии ионизации нейтрального газа, которые могут помочь в дальнейшем исследовании такого процесса. The paper presents the formulation of the problem of the initial stage of a powerful anthropogenic disturbance of the ionosphere for the subsequent calculation of the altitude-time distribution of the ionosphere-magnetospheric parameters. This problem is of great importance in terms of the theoretical study of such perturbations on mathematical models of the studied environment. Such disturbances are accompanied by various physicochemical processes, which are poorly understood by now. The main source of strong disturbances in the ionosphere are powerful electromagnetic radiation (strong solar flare, powerful nuclear explosion). Such electromagnetic disturbances can cause the strongest global redistribution of the entire atmosphere of the Earth, which by now have not been sufficiently studied reliably, and one of the ways to study them is mathematical modeling. The results of a computational experiment of the initial stage of ionization of a neutral gas are presented, which can help in further investigation of such a process.

Method of assessing the economic availability of fish products to ensure food security

Продовольственная безопасность помимо прочего означает доступность продуктов питания для всех членов общества. Исходя из этого, одна из задач управления продовольственной безопасностью состоит в обеспечении такого режима функционирования рыночного механизма, при котором достигается баланс между спросом и предложением продовольствия на уровне общественно приемлемых норм его потребления. Целью статьи является совершенствование технологии и инструментов управления продовольственной безопасностью РФ в той их части, которая предназначена для оценки состояния и разработки мероприятий по повышению экономической доступности рыбных товаров. Методология исследования базируется на сочетании теоретических положений концепции благосостояния и микроэкономического анализа. В работе исследуются закономерности спроса на рыбные товары, служащие оценке их доступности с позиции частного и общего благосостояния. Для этого используется модель расчета экономического излишка потребителя, позволяющая в явном виде оценивать экономическую доступность рыбных товаров. На основании полученных результатов предлагаются возможные направления принятия управленческих решений в сфере продовольственной безопасности, нацеленные на повышение доступности рыбных товаров. Food security means the availability of food for everyone in society, among other things. Therefore, one of the goals of food security management is to ensure the functioning of the market mechanism, when a balance is achieved between the demand and supply of food and a socially acceptable level of its consumption is ensured.. The purpose of the paper is to develop food security management tools in the Russian Federation designed to assess the state and develop recommendations for improving the economic availability of fish products. The research methodology is based on a combination of the concept of welfare and microeconomic analysis, when economic accessibility is characterized by certain market parameters. The paper examines models of demand for fish products, which then serve to assess accessibility from the point of view of private and general welfare using the model of economic surplus. The obtained results allowed us to propose directions for making managerial decisions in the field of food security aimed at increasing the availability of fish products.

Use of the designer's experience in systems of computer-aided design and artificial intelligence

Процесс создания проекта судна или корабля рассматривается как преобразование информации, содержащейся в техническом задании на проектирование, нормативных документах и знаниях проектанта, в информацию, объем которой позволяет реализовать проект. Проектирование может быть представлено как поиск решения в пространстве задач. Построение цепочки последовательно решаемых задач составляет методику проектирования. Проектные задачи могут быть разбиты на две группы. Первая группа ‒ это полностью формализуемые задачи, для решения которых есть известные алгоритмы. Например, построение теоретического чертежа по известным главным размерениям и коэффициентам формы. Ко второй группе задач можно отнести трудно формализуемые или неформализуемые задачи. Например, к задачам этого типа можно отнести разработку общего расположения корабля. Важнейшим инструментом проектирования современного корабля или судна является система ав­томатизированного проектирования (САПР). Решение САПР задач первой группы не представляет проблемы. Введение в состав САПР задач второй группы подразумевает разработку специального ма­тематического аппарата, базой для которого, которым является искусственный интеллект, использующий теорию нечетких множеств. Однако, настройка искусственных нейронных сетей, создание шкал для функций принадлежности элементов нечетких множеств и функций предпочтений лица принимающего решения, требует участие человека. Таким образом, указанные элементы искусственного интеллекта фиксируют качества проек­танта как специалиста и создают его виртуальный портрет. The process of design a project of a ship is considered as the transformation of information contained in the design specification, regulatory documents and the designer's knowledge into information, the volume of which allows the project to be implemented. Designing can be represented as a search for a solution in the space of problems. The construction of a chain of sequentially solved tasks constitutes the design methodology. Design problems can be divided into two groups. The first group is completely formalizable tasks, for the solution of which there are known algorithms. For example, the construction of ship's surface by known main dimensions and shape coefficients. Tasks of the second group may in­clude those which are difficult to formalize or non-formalizable. For example, tasks of this type can include develop­ment of general arrangement of a ship. The most important design tool of a modern ship or vessel is a computer-aided design system (CAD). The solu­tion of CAD problems of the first group is not a problem. Introduction of tasks of the second group into CAD implies development of a special mathematical apparatus, the basis for which is artificial intelligence, which uses the theory of fuzzy sets. However, the adjustment of artificial neural networks, the creation of scales for membership functions of fuzzy sets elements and functions of preferences of decision maker, requires human participation. Thus, the above elements of artificial intelligence fix the qualities of the designer as a specialist and create his virtual portrait.

Increasing the durability of the coupling "crankshaft neck – bearing liner" by applying nanocomposite additives to the engine oils of marine medium-speed diesel engines

Повышение долговечности трибосопряжений судовых дизелей, определяющих их ресурс, представляет собой актуальнейшую проблему, обусловленную как безопасностью мореплавания, так и экономическими факторами. Основной причиной отказов коленчатых валов двигателей, определяющих необходимость капитального ремонта, является износ шеек. Решение проблемы повышения износостойкости и, соответственно, долговечности связано с применением трибоактивных присадок в смазку. Несмотря на глубокие и обстоятельные исследования в области применения органо-неорганических материалов для использования в качестве присадок в моторное масло для повышения долговечности трибоузлов осуществить выбор оптимального материала для конкретных условий практически невозможно, так как исследования выполнены для различных условий эксплуатации и по различным методикам. Цель работы – разработка триботехнической присадки к моторным маслам, обеспечивающей повышение надежности и эффективности технической эксплуатации судовыхсреднеоборотных дизелей путем формирования тонкопленочного металлокерамического покрытия на поверхностях трения стальных деталей трибоузлов, позволяющего получить оптимальный комплекс параметров материала износостойкого покрытия. В работе представлены исследования эксплуатационных свойств присадок в моторное масло 17 органо-неорганических триботехнических материалов 4 групп — природные и искусственные полимеры, из которых были изготовлены свыше 20 композиций и композитов. Установлено, что наиболее перспективным является использование нанокомпозитов на основе вермикулита, модифицированного кислотой, в качестве присадок в моторное масло, так как они обладают минимальными коэффициентом трения при граничной смазке (0,007–0,014) а также высокой износостойкостью стали 40Х и обеспечивают минимальную величину скорости изнашивания вкладыша подшипника, благодаря чему повышается ресурс трибосопряжения более, чем в 3 раза, и соответственно снижаются эксплуатационные расходы. Increasing the durability of the tribo-couplings of marine diesel engines, which determine their resource, is an urgent problem due to both the safety of navigation and economic factors. The main reason for engine crankshafts failures, which determine the need for major repairs, is the wear of the necks. The solution to the problem of increasing wear resistance and, accordingly, durability is associated with the use of triboactive additives in the lubricant. Despite in-depth and thorough research in the field of application of organo-inorganic materials for use as additives in engine oil to increase the durability of tribo-nodes, it is almost impossible to choose the optimal material for specific conditions, since the studies were carried out for various operating conditions and according to various methods. The purpose of the work is to develop a tribotechnical additive to motor oils that provides an increase in the reliability and efficiency of technical operation of medium-speed marine diesel engines by forming a thin-film metal-ceramic coating on the friction surfaces of steel parts of tribo-nodes, which allows to obtain an optimal set of parameters of the wear-resistant coating material. The paper presents studies of the operational properties of additives in engine oil of 17 organo-inorganic tribotechnical materials of 4 groups — natural and artificial polymers, from which more than 20 compositions and composites were made. It has been established that the most promising is the use of nanocomposites based on vermiculite modified with acid as additives in engine oil, since they have a minimum coefficient of friction with boundary lubrication (0.007-0.014) as well as high wear resistance of 40X steel and provide a minimum wear rate of the bearing liner, thereby increasing the tribo-tension life by more than 3 times, and, accordingly, operating costs are reduced.

The interference immunity of decameter circuit with spatial interference compensation

В статье представлена оценка помехоустойчивости декаметрового канала связи, использующего пространственный метод компенсации естественных помех. Метод компенсации базируется на результаты экспериментальных исследований пространственно-корреляционных свойств сигналов и естественных помех декаметрового диапазона. Для реализации метода используется цифровая антенная решетка с пространственно-корреляционным методом обработки сигналов. Также в канале использована гауссовая амплитудная модуляция, формирующая шумоподобный сигнал с расширенной базой. Оценка помехоустойчивости построена на модели ионосферного канала с релеевскими замираниями с учетом пространственно-корреляционных свойств сигналов и естественных помех. Анализ проведенных исследований показал возможность компенсации помех за счет роста антенных элементов в антенной решетке, которая, как следствие, позволит повысить помехоустойчивость ионосферного декаметрового канала связи при низких отношениях уровней сигнал/шум на входе приемного тракта. Возможность обеспечения высокой помехоустойчивости в ионосферных декаметровых каналах позволит использовать новые виды связи для обмена данными в судами и кораблями ВМФ в пределах акваторий Мирового океана. The interference immunity assessment of the decameter circuit using a spatial method of natural interference compensation is presented. The compensation method is based on experimental studies results of spatial and correlation properties of decameter range signals and natural interference. For the method realization the digital array with a spatially-correlation signals processing method is used. Also in the channel the Gaussian amplitude modulation forming a noise-shaped signal with extended base is used. The interference immunity assessment is based on the ionospheric channel model with the Rayleigh fadings taking into account signals and natural interference spatially-correlation properties. The simulation findings showed the interference compensation possibility due to increase in antenna array elements which, as a result, will allow to increase the interference immunity of ionospheric decameter circuit at the low levels of signal/noise ratio in the reception path entrance. The possibility of ensuring high interference immunity in ionospheric decameter circuits will allow to use new communication types for data exchange with NAVY battleships and vessels within the World Ocean water areas.

An approach to the evaluation of mutual resistances of vibrators in the construction of a logoperiodic antenna of double polarization

В данной работе приведены результаты теоретического исследования взаимного влияния двух вибраторов, произвольно ориентированных в пространстве. Авторы на основе метода наведенных ЭДС определили касательную составляющую электрического поля, создаваемого одним из вибраторов в месте расположения второго. С использованием данного выражения авторы предложили три способа оценки взаимного сопротивления системы двух скрещенных симметричных вибраторов. Сравнив способы по точности вычислений и затрачиваемому машинному времени, авторы выделили один из предложенных способов для проведения модельных исследований. Особенностью предложенного способа является возможность обобщения расчетного выражения не только для случая скрещенных вибраторов, но и для случаев вибраторов, расположенных в параллельных плоскостях и перпендикулярных одной и той же прямой. Поскольку указанные случаи охватывают все возможные варианты взаимной ориентации вибраторов в конструкции логопериодической антенны двойной поляризации, то предложенный подход может быть использован при проведении модельных исследований направленных свойств логопериодической антенны и оценки уровня кросс-поляризации. The results of two arbitrarily oriented in space vibrators mutual influence theoretical study are presents in this paper. Based on the method of induced EMF, the authors determined the tangential component of the electric field created by one of the vibrators at the location of the second one. Using this expression, the authors proposed three ways to evaluate the mutual resistance of a system of two crossed symmetrical vibrators. Comparing the methods by the accuracy of calculations and the machine time spent, the authors identified one of the proposed methods for conducting model studies. A feature of the proposed method is the possibility of generalizing the calculated expression not only for the case of crossed vibrators, but also for the cases of vibrators located in parallel planes and perpendicular to the same straight line. Since these cases cover all possible variants of mutual orientation of vibrators in the construction of a logoperiodic antenna of double polarization, the proposed approach can be used in conducting model studies of directional properties of a logoperiodic antenna and assessing the level of cross-polarization.

Modeling of the impact of a shock wave on port infrastructure facilities

Факты возникновения аварийных и катастрофических состояний портовой инфраструктуры при погрузке (выгрузке) взрывчатых веществ свидетельствуют о наличии проблемы связанной с построением системы обеспечения безопасности при грузовых операциях и мест их складирования. Неправильно выбранные: место, техническое сопровождение и организация погрузки взрывчатых веществ, в определенных условиях становятся причинами возникновения катастрофических ситуаций разного уровня опасности. При моделировании ситуаций рассматривается использование метода крупных частиц и теории точечного взрыва при воздействии ударной волны на объекты портовой инфраструктуры. Математическая модель метода заключается в разделении по физическим процессам исходной нестационарной системы уравнений Эйлера, записанной в форме законов сохранения. Процесс вычислений состоит из многократных итераций, каждая из которых содержит три этапа. Основанием для разработки программы является необходимость компьютерного моделирования процесса возникновения и развития ударной волны в условиях сложного рельефа местности, вызванной подрывом заряда конденсированного взрывчатого вещества. Автор считает, что такой подход существенно улучшит скорость и качество оценки безопасности выбранной системы погрузки (выгрузки) взрывоопасных и взрывчатых веществ, потенциальных рисков возникновения различных катастрофических состояний, и прогноза сценария их развития. The facts of the occurrence of emergency and catastrophic conditions of the port infrastructure during the loading (unloading) of explosives indicate the existence of a problem associated with the construction of a security system for cargo operations and their storage locations. Incorrectly chosen: location, technical support and organization of loading of explosives, under certain conditions, become the causes of catastrophic situations of different levels of danger. When modeling situations, the use of the large particle method and the theory of a point explosion under the impact of a shock wave on port infrastructure facilities is considered. The mathematical model of the method consists in the separation by physical processes of the initial non-stationary system of Euler equations, written in the form of conservation laws. The calculation process consists of multiple iterations, each of which contains three stages. The basis for the development of the program is the need for computer modeling of the process of the occurrence and development of a shock wave in a complex terrain caused by the detonation of a charge of a condensed explosive. The author believes that such an approach will significantly improve the speed and quality of the safety assessment of the selected system of loading (unloading) of explosive and explosive substances, the potential risks of various catastrophic conditions, and the forecast of their development scenario.

Checking the adequacy of polynomial dependencies of a single-phase asynchronous motor without external phase-shifting devices for ship automation systems

Статья посвящена сравнению результатов расчётов полиномиальных зависимостей однофазного асинхронного двигателя, полученных с использованием методов планирования эксперимента, с математической моделью построенной с помощью программ на ЭВМ на языке программирования Python. Актуальность работы заключается в том, что задачи аппроксимационного типа не всегда возможно решить, используя ЭВМ, поэтому исследователи часто применяют методы планирования эксперименты для решения таких задач и после уже стоят математическую модель на ЭВМ и проверяют адекватность полученных результатов. В результате в статье авторами предоставляется план проверки адекватности полиномиальных зависимостей однофазного асинхронного электродвигателя без внешних фазосдвигающих устройств для систем судовой автоматики. По итогу выполненной работы авторы приходят к выводу об адекватности построенной математической модели на ЭВМ с использованием языка программирования Python. The article is devoted to the comparison of the results of calculations of polynomial dependencies of a single-phase asynchronous motor, obtained using methods of experiment planning, with a mathematical model built using computer programs in the Python programming language. The relevance of the work lies in the fact that problems of the approximation type are not always possible to solve using a computer, therefore, researchers often use methods of planning experiments to solve such problems and after that they already have a mathematical model on a computer and check the adequacy of the results obtained. As a result, the authors provide a plan for checking the adequacy of the polynomial dependencies of a single-phase asynchronous electric motor without external phase-shifting devices for ship automation systems. As a result of the work performed, the authors come to the conclusion about the adequacy of the constructed mathematical model on a computer using the Python programming language.

Acceleration of the underwater system of technical stereo vision with the help of multithreaded organization of algorithms

В настоящей работе дано описание многопоточной параллельной организации работы алгоритмов, входящих в состав программной части подводной системы технического стереозрения подводного робота. Данные, полученные системой технического стереозрения, в последствии поступают на систему управления для выполнения операций по управлению роботом и оператору на экран монитора для последующего принятия им управленческих решений. В большинстве случаев выполнение алгоритмов происходит последовательно. Суммарное время обработки одного кадра складывается из времени работы всех алгоритмов, входящих в состав программной части. Таким образом, в однопоточном режиме даже самые быстрые алгоритмы будут ожидать своей очереди на выполнение. Следовательно, система управления и оператор в случаях, требующих большие вычислительные мощности, будут получать данные недостаточно быстро. Естественно для увеличения быстродействия всей программной части возникает потребность организовать работу входящих в состав алгоритмов параллельно, многопоточно, но такой способ организации работы дополнительно создаёт ряд проблем, которых бы не было, если работа алгоритмов была организована последовательно, однопоточно. В статье приведены способы решения этих проблем, проведено сравнение времени работы многопоточной и однопоточной реализации алгоритмов. This paper describes the multithreaded parallel organization of the algorithms that are part of the software of the underwater system of technical stereo vision of an underwater robot. The data obtained by the technical stereo vision system is subsequently transmitted to the control system to perform robot control operations and to the operator on the monitor screen for subsequent management decisions. In most cases, the algorithms are executed sequentially. The total processing time of one frame consists of the operating time of all algorithms included in the software part. Thus, in single-threaded mode, even the fastest algorithms will be waiting for their turn to execute. Consequently, the control system and the operator in cases requiring large computing power will not receive data quickly enough. Naturally, in order to increase the speed of the entire software part, there is a need to organize the work of the algorithms included in parallel, multithreaded, but this way of organizing work additionally creates a number of problems that would not exist if the algorithms were organized sequentially, single-threaded. The article presents ways to solve these problems, compares the operating time of multithreaded and single-threaded implementation of algorithms.

Distribution of kinetic energy losses between nozzles and turbine impeller on partial gas supply modes

В статье приведены результаты экспериментальных исследований связанных с распределением потерь кинетической энергии между сопловым аппаратом и рабочим колесом у осевых малорасходных турбинных ступеней. У всех ступеней конструктивные углы выхода сопел были менее 9°, что повлекло за собой необходимость выполнения рабочих колес с относительным шагом установки рабочих лопаток значительно большим, рекомендованного в технической литературе. Исследования проведены для ступеней со средним диаметром 250 мм. Диапазон изменения факторов составил: отношение давлений перед соплами к давлению за ступенью от 2.0 до 5.0; частоты вращения вала с рабочим колесом от 0 до 14000 . Эффективность использования кинетической энергии приведена в виде коэффициентов скорости соплового аппарата и рабочего колеса. Коэффициенты представляют собой отношение реальной скорости потока на выходе из соплового аппарата (рабочего колеса) к теоретически возможной скорости газа в выходном сечении рассматриваемого элемента ступени. Выявлено, что коэффициенты скорости сопловых аппаратов и рабочих колес изменяются не только при смене режимных параметров, таких как частота вращения ротора и отношения давлений на ступень, но и при изменении степени парциальности ступени. The article presents the results of experimental studies related to the distribution of kinetic energy losses between the nozzle apparatus and the impeller at axial low-flow turbine stages. At all stages, the design angles of the nozzle exit were less than 9 °, which entailed the necessity of making impellers with a relative pitch of the rotor blades that was much larger, as recommended in the technical literature. The studies were carried out for steps with an average diameter of 250 mm. The range of variation of the factors was the ratio of the pressures in front of the nozzles to the pressure behind the stage from 2.0 to 5.0; rotation speed of the shaft with the impeller from 0 to 14000 rpm. The efficiency of using the kinetic energy is given in the form of the coefficients of the speed of the nozzle apparatus and the impeller. The coefficients represent the ratio of the actual flow rate at the outlet of the nozzle apparatus (impeller) to the theoretically possible gas velocity in the outlet section of the stage element under consideration. It was found that the speed coefficients of the nozzle apparatus and impellers change not only when changing operating parameters, such as the rotor speed and the pressure ratio per stage, but also when changing the degree of stage partiality.