Дубнюк В. Л.

Сортировать по умолчанию названию
  • ПЕРСПЕКТИВИ ВПРОВАДЖЕННЯ ЛАЗЕРНОГО РІЗАННЯ У ХІМІЧНЕ МАШИНОБУДУВАННЯ

    На даний час саме різання є найбільш широко вживаним застосуванням лазерного випромінювання у сучасному машинобудуванні. Близько 70 % лазерних технологічних комплексів працюють на розділенні будь-яких матеріалів – від картону та тканин до надтвердих та корозійностійких металевих сплавів (рис. 1). Це пов’язано в першу чергу з перевагами, які надає використання лазерного випромінювання: 1. Відсутність механічної дії та електричного контакту зі сторони інструменту (лазерного пучка) на оброблювану деталь, що дозволяє обробляти тонкостінні заготовки складної конфігурації. 2. Надвисока густина потужності лазерного пучка (у безперервному режимі генерування випромінення до 108…109 Вт/см2 і до 1016…1017 Вт/см2 – у імпульсному режимі), що дозволяє отримувати надвузький різ (значно менше 1 мм) і підвищує коефіцієнт використання матеріалу. 3. Порівняно легке керування лазерним пучком дозволяє здійснити лазерне різання по складному контуру плоских, а також об'ємних заготівок з високим ступенем автоматизації процесу зі швидким переналаштуванням на нові вироби. 4. Можливість транспортування випромінювання на значні відстані без втрати потужності дозволяє одночасне використання на декількох верстатах. 5. Локальність термічного впливу дозволяє провести обробку матеріалу без нагріву решти об'єму і порушення його структури і властивостей, що призводить до мінімально можливої небажаної деформації деталей. 6. Можливість регулювання режимів обробки у широкому діапазоні задля отримання потрібної якості продукції. 7. Висока екологічність процесу обробки, відсутність шкідливих газоподібних та твердих відходів. Таким чином, теорія і практика лазерної обробки матеріалів підтверджує величезні можливості лазерних технологічних процесів, які дозволяють ефективно вирішувати величезну кількість виробничих задач. При цьому застосування лазерної техніки виводить виробництво на новий високоінтелектуальний рівень. Для прикладу можливостей лазерного різання, у табл. 1 наведено режими різання вуглецевої сталі випромінюванням СО2-лазера з використанням кисню в якості технологічного газу. Треба відзначити, що дані режими є справедливими для розкрою заготовок з "великими" контурами, тобто коли не виникають проблеми з відведенням тепла від зони різання і переміщення лазерного пучка відбувається без значних прискорень. У протилежному випадку (при обробці "малих" контурів) необхідно знижувати потужність, відповідно, і швидкість переміщення з метою запобігання перегріву оброблюваних ділянок та втрати точності обробки.

    Переглянути
  • СУЧАСНІ МЕТОДИ РІЗАННЯ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ У ХІМІЧНОМУ МАШИНОБУДУВАННІ

    Лазерний, гідро-абразивний та плазмовий методи різання швидкими темпами впроваджуються у сучасне виробництво, знаходячи нові й нові області застосування, зокрема, у хімічному машинобудуванні. Але в ніякому разі не можна принижувати важливість й можливості інших більш традиційних методів різання, таких як різання фрезами, пилами, газокисневе, ацетиленове тощо. Ці методи в багатьох випадках є більш конкурентоздатними та економічно обґрунтованими. Великі переваги нових методів різання пов’язані з їх можливостями та особливостями використання. Одна з головних переваг – легка автоматизація виробництва. Саме ці технології на даному етапі дозволяють зробити безлюдні виробництва або такі, на яких за усім технологічним процесом спостерігають один чи декілька працівників. Це дуже важливо у той час, коли весь цивілізований світ відчуває значні проблеми з висококваліфікованими трудовими ресурсами. Використання цих методів різання на підприємстві дозволить підвищити гнучкість виробництва та незначними зусиллями переходити до виготовлення модернізованих або зовсім нових виробів. Для забезпечення роботи сучасного устаткування виникає потреба з підготовкою кадрів відповідної кваліфікації. З одного боку сучасний інженер, який опікується роботою верстату, що обов’язково оздоблений числовим програмним керуванням, повинен володіти додатковими уміннями в галузі обчислювальної техніки, працювати зі спеціальними пакетами програм. З іншого боку, саме величезні можливості сучасного обладнання як технологічного, так і електронного, програмного забезпечення призводять до зменшення тягаря знань на плечі інженера тому, що всі величезні обсяги інформації з технологічних режимів обробки та інші рутинні обов’язки перекладено на верстат. Кожен з наведених методів різання має свою область використання і не пересікається з іншим. Так лазерний промінь та його можливості можна порівняти з медичним скальпелем, який точно та ювелірно виконує свою роботу. Тоді потік плазми, що народжується у плазмотроні, можна порівняти із сокирою, яка швидко (висока продуктивність) але не дуже акуратно (відносно низька точність), зробить доручену роботу. Ці методи основані на термічному впливі на матеріал, тому вони відбуваються на жорстко визначених оптимальних режимах різання. Будь-які, навіть незначні, відхилення від оптимальності призводять до погіршення результатів обробки. Саме тоді, коли необхідно гнучко змінювати якість обробки, її продуктивність, відповідно й собівартість, необхідно застосовувати гідро-абразивне різання, величезним позитивним моментом якої являється широкий діапазон оброблюваних матеріалів та їх товщини. Гідро-абразивне різання відбувається за рахунок одночасної дії струменя рідини, зазвичай води, та абразивних зерен. Жоден матеріал будь-якої "розумної" товщини (до 200 мм й більше) не може встояти під тиском (до 6000 бар), який створюють сучасні верстати для здійснення цієї обробки. Підводячи підсумок можна зазначити, що правильне застосування новітніх і традиційних методів різання ґрунтується на точному знанні їх переваг, недоліків та меж використання. Саме ці знання дозволять досягти необхідні результати обробки при потрібній продуктивності й меншій собівартості продукції.

    Переглянути
  • БЕЗПІЛОТНІ ЛІТАЛЬНІ АПАРАТИ З ЛАЗЕРНИМ ОЗБРОЄННЯМ

    Для забезпечення надійної та довгостроковоі експлуатації безпілотних літальних апаратів (БЛА) під час бойових дій вони повинні мати підвищену аеродинаміку, високий запас льоту, потужну енергетичну установку, бути невидимим для систем протиповітряної оборони, максимальну оглядовість, високоінтелектуальну систему управління, а головне, високоенергетичне озброєння, зокрема, лазерне. Неземні бойові системи вже достатньо девно застосовують лазерний промінь для знищення технічних засопів супротивника та інших рухомих цілей, зокрема, для знешкодження БЛА. Нещодавно розміщення потужних лазерних систем на БЛА було неможливим з причин великих розмірів та низької енергетичної ефективності. Але така ситуація не буде залишатися вічною завдяки тому, що відома американська оборонна компанія General Atomics Aeronautical Systems (GA-ASI) розробляє потужну лазерну систему, яка призначена для встановлення yf БЛА. Розроблюваний твердотільний лазер High Energy Laser System (HEL), який матиме імпульсну потужність 50, 75, 150. або 300 кВт, призначений для озброєння великого безпілотного літака Avenger, а в перспективі й на безпілотник меншого класу типу Reaper. Основою майбутньої розробки має стати лазер, який є результатом п'ятнадцятирічних досліджень та розробок та вже пройшов випробування на полігоні White Sands Missile Range. Потужності цієї лазерної системи достатньо для ураження ракет, артилерійських снарядів, малих швидкісних суден та БЛА. Вона вже встановлена на морському військовому судні Ponce (США). Габарити лазера вражають своєю мініатюрністю - 1,3*0,4*11,5 м. Проблеми енергетичного забезпечення вирішені за рахунок компактної та потужної літій-іонної батареї, яка повністю заряджена перед стартом та постійно заряджатиметься під час польоту. Така енергетична система дозволятиме зробити до п’яти-шести лазерних посірілів. Спеціалісти вважають, що такого бойового запасу достатньо для виконання більшості бойових завдань, а на виконання завдань, що вимагають більшої військової потужності, можна посилати кілька БЛА або виконувати їх в кілька заходів. На даний час фахівці General Atomics намагаються ще зменшити розміри розробленої ними лазерної системи. Згідно з планами компанії перші безпілотникн з лазерним озброєнням повинні вперше піднятися в повітря вже в 2017 році. Фахівці НТУУ «КП1» в даний час не можуть залишатися в стороні від вирішення аналоічних завдань для підвищення обороноздатності країни. Тому зараз проводяться дослідження з метою визначення параметрів та характеристик лазерних бойових систем для встановлення на БЛА, які вже починають серійно випускати на підприємствах країни, та спроможних знешкоджувати військову техніку супротивника.

    Для забезпечення н адійної та довгостроковоі експлуатації безпілотних літальних апаратів (БЛА) під час бойовик дій нони повинні мати підвищену аеродинаміку, високий запас льоту, поту*»у енергетичну установку, бути невидимим а. і и систем и рот л повітряної оборони, максимальну оглядовіеть, внсакпішщхтуикну систему управління, а головне, високоенергетичне озброєнь я, зокрема, лазерне.

    Неземні понові системи вже достатньо денно застосовують лазерний промінь для знищення технічних засопів супротивника та інших рухомих цілей, зокрема, для знешкодження БЛА. Нещодавно розміщення потужних лазерних систем на БЛА було неможливим з причин великих розмірів та низької енергетичної ефективності. Але така ситуація не буде залишатися вічною завдяки тому, що відома американська оборонна компанія бєпсгаї Аірліїсв ДегопаїлісаІ Зумієш є (ОА-АЗІ) (№М'\у.ра-а<іі.еопі) розробляє потужну лазерну систему, яка призначена для встановлення вя БЛА.

    Розроблюваний гвердОТІЛЬлнй лазер Нідй Епєгду 1_аваг Зувіагп (НЕІ_), Якиіл матиме імпульсну потужність 50, 75, 150. або 300 к Вт, призначений для озброєння великого безпілотного літака Ауапдег (рис. І}, а в перспективі й на безпілотних меншого класу Тлпу Каарвг

    Основою майбутньої розробки мас статл лазер, який с результатом п'ятнадцятирічних досліджень та розробок та вже пройшов випробування на ПОЛІГОНІ ШНіІе ЗапОа Міззіїе Капде (№№№. №5ІІ№ІіІЛОіу.01£/УшЛіі.Ьїо),

    Потужності цієї лазерної системи достатньо для ураження ракет, артилерійських снарядів, малих швидкісних суден та БЛА. Вона вже встановлена на морському військовому судні Репсе (США).

    Габарити лазера вражають своєю мініатюрністю - 1,3*0,4*11,5 м (рис. 2). Проблеми енергетичного забезпечення вл рішені за рахунок компактно і та

    Надпись:  
Рис. 2. Бойова лазерна снеіема «Тризуба (ТгЮепІ)


    потужної літій-іонної батареї, яка повністю заряджена перед стартом та постійно заряджатиметься під час польоту. Така енергетична система дозволятиме зробити до п’яти-шестн лазерних посірілій. Спеціалісти вважають, що такого бойового запасу достатньо для виконання більшості бойових завдань, а на виконання завдань, що вимагають більшої військової потужності.

    Переглянути
  • ЛАЗЕРНІ СИСТЕМИ У БОРОТЬБІ З БЕЗПІЛОТНИМИ ЛІТАЛЬНИМИ АПАРАТАМИ

    Активне застосування безпілотних літальних апаратів (unmanned aerial vehicle – UAV) на полях бойових дій змушує військових шукати нові ефективні методи боротьби з ними. На даний час зазвичай використовується вогнестрільна зброя, артилерійські зенітні комплекси та системи встановлення електронних завад. Наприкінці минулого року Пентагон провів навчання «Чорний дротик» (Black Dart) (www.nationaldefensemagazine.org), метою яких зокрема були демонстрація та випробування засобів протидії безпілотникам. Навчання проводились у режимі підвищеної секретності та про більшість використаних "високих" технологій інформація повністю відсутня. Відомо лише те, що з завданням знешкодження безпілотників успішно впорались наземна автоматична зенітна гармата, вертоліт з крупнокаліберним кулеметом та снайпер. Вони змогли вразити безпілотник з розмахом крил 2 метри з досить великої відстані. Ефективність застосування «традиційних» методів знешкодження, по- перше, недостатньо висока з причини малих розмірів об’єктів атаки, по-друге, є морально застарілими тому, що у майбутніх війнах все вирішуватимуть швидкість та автоматичність обробки даних та виконання. Військові вимагають більш надійні методи ураження ворожих літальних апаратів, відповідно перед вченими постає завдання розробляти нові високотехнологічні системи. Вже достатньо давно пропонуються методи «променевої» боротьби з літальними апаратами, основою яких є потужні лазерні системи. Наприклад, компанія Boeing розробляє «Потужно Енергетичний Контрударний Лазерний Мобільний Демон-руйнівник» (ПЕКЛ МД) (High Energy Laser Mobile Demonstrator – HEL MD) (рис. 1), який базується на мобільних засобах (автомобіль, корабель, літак), оснащений твердотільним лазерним випромінювачем потужністю 10 кВт та здатний знищувати ракети, артилерію, міномети та безпілотні літальні апарати (boeing.mediaroom.com). На базі мобільного комплексу HEL MD компанія розробила компактну систему лазерного озброєння "Compact Laser Weapons System" (рис. 2) (www.boeing.com). Завданням лазерних бойових систем є порушення роботоздатності літального апарату, а саме потужний світловий промінь лазера нагріває поверхню цілі, що може призвести до утворення отвору та виведення з ладу якоїсь життєво важливої системи або виникнення пожежі. Система управління лазерною системою може направляти промінь на найбільш вразливу частину апарату – на хвостове оперення, крило, ніс тощо. В залежності від потужності лазерної системи та місця впливу час опромінення може сягати від мілісекунд до десятків секунд. Але завдяки безшумності, невидимості та точності впливу навіть такий великий час дозволяє виводити з ладу системи безпілотника. Зараз робота над створенням вітчизняних систем лазерного озброєння, з використанням найсучаснішого досвіду передових виробників, відновлено у підрозділах Університету. Проводяться дослідження та визначаються найоптимальніші параметри комплексів у цілому та лазерних компонентів зокрема. Значну увагу приділяється автоматизації систем – виявлення потенційної цілі, ідентифікація, прийняття рішення про знешкодження, визначення методу впливу та знищення.

    Переглянути
  • ПРО ГЛОБАЛЬНУ ЕНЕРГЕТИЧНУ НЕБЕЗПЕКУ

    Чомусь сьогодні дуже мало уваги приділяється проблемі, яка пов’язана з непомірним використанням корисних копалин з метою отримання електричної енергії та палива для транспортних засобів. Вугілля, нафта та природній газ видобуваються у жахливих обсягах та результатами їх використання є лише негативні фактори на людину та навколишнє середовище. Відбувається забруднення атмосфери речовинами згоряння органічного палива, які призводять до підвищення ризику розвитку онкологічних та інших не менш жахливих захворювань. Підвищується вміст вуглекислого та інших парникових газів у атмосфері, що не миттєво, але призводить до змінення кліматичних умов. Якщо подивитись на інформацію з температурних рекордів будь-якого синоптичного сайту, легко побачити, що рекорди з максимумів температур побиті саме за останні років двадцять. Д. І. Мендєлєєв вже у 1876 році, майже 150 років тому, коли нафту використовували лише для освітлення у вигляді керосину висловився надзвичайно вірно: «Сжигать нефть все равно что топить печку ассигнациями». Природа мільйонами років створювала поклади цих безцінних родовищ органічних матеріалів, а людина усього за 300 років активного розвитку технічної цивілізації зведе нанівець ці титанічні зусилля. 200 років вже позаду, залишилось 100 років активного використання нафтових родовищ, а вугілля закінчиться ще раніше. А що далі? У людства є два шляхи. Перший – коли закінчиться електрика і усе благополуччя із ним пов’язане, повернутись у печери. Але це буде важке повернення у «минуле», тому що переживуть його одиниці. Зупиниться транспорт та підприємства, загинуть великі міста. З 6 (ні мабуть більше) мільярдів залишаться 10?...50? мільйонів людей, які будуть змушені важко працювати, щоб забезпечити себе шматком хліба… Є й інший шлях. Залишилось 100 років за які можна багато зробити. Може у природі усе точно продумано та розраховано?! Й саме цього століття вистачить щоб знайти нові невичерпні джерела енергії. Пол Маккреді (Paul MacCready), американський конструктор, який створив перші у світі літальні апарати на м’язовій та сонячної тязі, прекрасно розуміє до чого призведе нераціональне використання покладів нафти та вугілля: «Ваші онуки просто не повірять, що ви спалювали галон бензину лише для того, щоб купити пачку цигарок!». Саме тому він прикладав максимум зусиль для розробки пристроїв, що використовують альтернативні джерела енергії (http://oralhistories.library.caltech.edu/128/1/OH_MacCready.pdf). Для нас – теперішніх та майбутніх науковців це надзвичайно важливий приклад. Усе людство повинно направити зусилля на розробку та впровадження нетрадиційних методів отримання енергії. Багато користі від вітряної, сонячної, припливної енергій не варто чекати. Найбільш перспективним напрямом розвитку енергетики майбутнього слід вважати термоядерний синтез. Нажаль Україна зараз знаходиться у стані спостерігача за дослідженнями та успіхами на шляху до чергового тріумфу людства. Нам залишається із захопленням дивитись за новими кроками, створенням надпотужних лазерних систем, будівництвом величних енергетичних комплексів та дивуватись новими досягненнями.

    Переглянути
  • ТЕРМОЯДЕРНИЙ СИНТЕЗ – ЕНЕРГЕТИКА МАЙБУТНЬОГО

    Аналізуючи дані, що надходять з усього світу про досягнення у приборканні реакції термоядерного синтезу, яка за прогнозами вчених стане основою вирішення енергетичної проблеми у найближчий час, зроблено ще кілька дуже важливих кроків на шляху практичного впровадження. Вчені Массачусетського технологічного інституту (MIT) розробили нові умови проведення керованої реакції термоядерного синтезу, при яких відбувається інтенсивне очищення робочої речовини від продуктів реакції. Ці забруднювачі перешкоджають подальшому підтриманню неперервного протікання реакції. Цей метод може стати ключем, завдяки якому буде реалізовано практичне використання термоядерного синтезу у якості невичерпного джерела чистої енергії (www.psfc.mit.edu/research/topics/alcator-cmod-tokamak). Команда вчених працює з реактором Alcator C-Mod, що є одним з високотехнологічних термоядерних реакторів у світі, віднайшла новий набір робочих параметрів реактора. Їх застосування дозволяє ефективно утримувати високотемпературну плазму в реакторі, підтримувати її енергетичний потенціал та видаляти з плазми частинки забруднення. Alcator C-Mod є експериментальним термоядерним реактором типу ТОКАМАК (ТОроїдальна КАмера з МАгнітними Котушками). Термін ТОКАМАК було запропоновано радянським вченим Н. А. Явлінським, автором першої тороідальної системи, який тепер використовується без перекладу у багатьох мовах (en.wikipedia.org/wiki/Alcator_C-Mod). Перший токамак було побудовано у 1954 році та експлуатувались лише у СРСР. У 1968 році на токамаці T-3 в Інституті атомної енергії ім. І. В. Курчатова вперше досягнуто температуру плазми у 10 млн. градусів. Саме тоді світова наукова спільнота визнала доцільність проведення досліджень фізики плазми саме на токамаках і зараз саме ця система вважається найбільш перспективною (uk.wikipedia.org/wiki/Токамак). Принцип дії токамака полягає у тому, що потужні магнітні поля утримують гарячий плазмовий шнур у центральні тороподібній частині реактора. Залежно від форми та потужності магнітного поля висока температура та заряджені частинки плазми можуть просочуватись скрізь магнітний заслін (цей режим називають L-mode, low-confinement) або концентруватись у одному місці плазмового шнура (режим H-mode, highconfinement). Вчені MIT знайшли третій режим та назвали його I-mode (improved), при якому важкі заряджені частинки-забруднювачі, можуть проходити скрізь магнітний заслін, а висока температура утримується у межах плазми, як у режимі H-mode. Новий режим підтримання реакції термоядерного синтезу може використовуватись для ініціації керованих реакцій термоядерного синтезу, які проходять під впливом "самонагрівання", без додавання значної кількості зовнішньої енергії. Практична доцільність нового типу термоядерних реакцій мають перевірити на французькому реакторі ITER (www.iter.org), пуск якого відбудеться у найближчий час. У той же час в Європі найсучасніший експериментальний реактор термоядерного синтезу Wendelstein 7-X успішно розігрів невелику порцію водню до температури у 80 мільйонів градусів, перетворивши газоподібний водень у високотемпературну плазму. Більшість параметрів та режимів роботи реактора було визначено німецькими вченими наприкінці минулого року під час першого запуску реактора з активною речовиною гелієм. Ця подія стала початком програми наукових досліджень у галузі термоядерного синтезу за допомогою самого великого у світі реактора типу стеллатор, яка проводитиметься в Інституті плазмової фізики Макса Планка (Max Planck Institute for Plasma Physics, IPP, Німеччина). Будівництво реактора Wendelstein 7-X зайняло майже десятиліття, та лише у грудні минулого року він був запущений у роботу. Цей реактор розроблено для створення магнітного поля високої ефективності та утримання високотемпературної плазми впродовж 30 хвилин. З моменту запуску 10 грудня 2015 року вчені провели близько 300 запусків, основна метаю яких є плазмова очистка поверхні камери. Під час цих запусків реєстраційне обладнання було включено та напрацьовано масу даних про процеси, що відбуваються у камері реактора. На церемонії запуску реактора Wendelstein 7-X була присутня канцлер Німеччини Ангела Меркель, яка після 20-хвилинного виступу, натиснула кнопку запуску. З цього видно яку велику увагу надає керівництво передових країн світу науці, що забезпечує енергетичну незалежність у майбутньому. Реактор Wendelstein 7-X, на спорудження якого витрачено 1 мільярд євро та один мільйон людино-годин, ніколи не виробить жодного вату енергії. Він призначений для оцінки придатності реакторів типу стеллатор для виробництва енергії у промислових масштабах та для демонстрації переваг стеллатор- реакторів над реакторами токамак. Дослідження даного етапу триватимуть до середини березня поточного року. Після цього камеру реактора відкриють та встановлять плитки з вуглецю для додаткового захисту стінок та установки для видалення домішок, що потрапляють разом із паливом. Після такого доопрацювання реактор зможе розігрівати плазму до більш високих температур та утримувати її впродовж 30 хвилин при витратах на нагрів плазми у 20 мегават. Поки одні вчені працюють над створенням та запуском нових стеллаторів та токамаків працівники лабораторії Лоуренса в м. Лівермор, Каліфорнія, США (Lawrence Livermore National Laboratory) створюють лазерну установку з ініціації термоядерного синтезу National Ignition Facility (NIF). Лазерний комплекс NIF, на спорудження якого витрачено 3,5 мільярда доларів, найпотужніший лазер на даний час в світі, він в випромінює енергію 25 разів більше ніж буд-який інший лазер (lasers.llnl.gov). Промені 192 лазерів фокусуються на мішені, яка виготовлена з термоядерного палива. Комплекс розміщено у будівлі заввишки десяти поверхів. Допоміжна інфраструктура, що вміщує системи керування, контролю та силові системи, розташована в будівлі навколо комплексу, та займає площу в три футбольні поля. Енергія усіх лазерів NIF становить близько одного мегаджоуля, а тривалість світлового імпульсу дорівнює 25 мільярдним секунди. Такої енергії достатньо для нагріву мішені з термоядерного палива до температури порядку ста мільйонів градусів та створення тиску, що дорівнює тиску у центрі зірок. Саме такі умови необхідні для ініціації реакції термоядерного синтезу. Залишається сподіватися, що виділена при цьому енергія багатократно перевищуватиме витрачену на запуск реакції енергію. Студенти та співробітники НТУУ «КПІ» уважно стежать за прогресом в галузі створення нових експериментальних установок термоядерного синтезу, сподіваються, що десятки мільярдів євро та багато тисяч годин праці вчених світу принесуть позитивний результат у найближчі роки та покладуть початок ери надійної та екологічно чистої термоядерної енергетики.

    Переглянути