CC BY
9
двумя смежными дискретами ИХ и в появлении у откликов паразитных «пьедесталов», распределенных по всей ширине окна просмотра ИХ;
взаимное расположение РЦ оказывает влияние на амплитуды их откликов в ИХ; степень этого влияния снижается с ростом расстояния между РЦ;
для использования ИХ в задачах идентификации ВО при обучении нейросетевых идентификаторов необходимо учитывать возможные искажения ИХ, вызванные несовпадением откликов РЦ и отсчетов ИХ;
в качестве наиболее эффективного способа устранения искажений ИХ, вызванных несовпадением откликов РЦ с отсчетами ИХ, целесообразно рекомендовать увеличение разрешающей способности за счет увеличения диапазона перестройки частоты и пропорционального увеличения числа импульсов в пачке.
Исследования проведены в рамках гранта РФФИ №14-07-00193.
Список литературы
1. Кононов А. Ф. Применение томографических методов для получения радиолокационных изображений объектов с помощью сверхширокополосных
сигналов // Зарубежная радиоэлектроника. 1991. №1.
2. Майоров Д. А., Митрофанов Д. Г., Заикин Д. Р. Аналитическое описание частотной характеристики объекта локации сигналами с перестройкой частоты // Методы и устройства передачи и обработки информации: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 10. М.: Радиотехника, 2008.
3. Майоров Д. А., Савостьянов В. Ю., Митрофанов Д. Г. Измерение радиальной скорости воздушных объектов в режиме перестройки частоты // Измерительная техника. 2008. № 2.
4. Манукьян А. А. Определение координат локальных неоднородностей на поверхности объекта по многочастотной амплитудно-фазовой диаграмме обратного рассеяния при наличии фазовых искажений // Радиотехника и электроника. 1994. Т. 39. № 1.
5. Митрофанов Д. Г. Комплексный адаптивный метод построения радиолокационных изображений в системах управления двойного назначения // Теория и системы управления. 2006. №1.
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ
ЭНЕРГИИ В МОТОРНОЕ ТОПЛИВО
Д.т.н., профессор В.М. Фомин, к.т.н., доцент Абу-Ниджим Р.Х., Мурзин А.В.
Российский университет дружбы народов (РУДН)
Неотложное решение социально важных проблем повышения экологической безопасности и сохранения природных ресурсов обуславливает необходимость к переходу на альтернативную экологически совершенную энергетику и высокоэффективные технологии для ее реализации на транспорте. Увеличение доли этой энергетики в общем балансе отечественного транспортного энергообеспечения способно существенно повлиять на структуру потребления нефтяных топлив, а также на результирующие показатели по повышению экологической и энергетической безопасности в среде российского автотранспортного комплекса.
Отдельные виды потенциальных источников альтернативной энергии являются соединениями, которые могут быть непосредственно использованы в качестве самостоятельного вида топлива для двигателей автотранспортных средств (АТС). Однако, не все альтернативные энергоносители обладают в полной мере необходимыми свойствами моторных топлив по условию организации эффективного рабочего процесса ДВС. В связи с этим полагают [1,2], что подобные энергоносители целесообразно подвергнуть предварительному циклу химического (или термохимического) преобразования с целью получения новых видов топлива, более приспособленных к условиям работы двигателя. Из сказанного следует, что при выборе альтернативного энергоносителя в каждом конкретном случае необходимо учитывать целесообразность его применения в том виде, при котором достигается наибольшая степень энергетической и экологической эффективности двигателя, а также наименьший уровень технических затрат на его адаптацию к условиям работы транспортного ДВС.
Процессы химического преобразования альтернативного сырьевого источника в высокоэффективный вид топлива сопровождаются затратами энергии и связаны с
разработкой соответствующей технологической структуры и поиском приемлемой исходной среды с наиболее емкими энергетическими характеристиками. На настоящее время рентабельного решения этой проблемы, сопряженной с большим объемом исследований, до конца еще не найдено в мировой структуре автотранспортных технологий.
Традиционно в качестве сырьевой энергетической среды для выработки моторного топлива в транспортной энергетике рассматривают углеводородные продукты [1,2,3,4]. Поэтому в большинстве случаев процесс термохимического преобразования подобного продукта протекает с выходом целевого компонента - свободного водорода. Присутствие водородного компонента в составе синтезированной смеси обуславливает уникальные кинетические и экологические показатели её сгорания, высокую эффективность рабочего цикла ДВС. Этот немаловажный фактор, который наряду с другими, необходимо учитывать при выборе исходного сырьевого продукта. В общем виде основными характеристиками сырьевого продукта, определяющими его пригодность для производства водородосодержащей топливной композиции, являются: содержание водорода в сырьевом продукте; энергетические характеристики продукта; сложность и стоимость бортовой переработки сырьевого продукта; стоимость сырьевого продукта и наличие его производства; наличие в перспективе широкой сырьевой базы, в том числе и возобновляемого сырья; характеристики бортовых систем хранения сырьевого продукта с точки зрения возможности их адаптации к условиям энергоустановки АТС.
К исходным сырьевым продуктам в общем виде могут быть отнесены: природный газ, низшие спирты (метанол, этанол), простейшие эфиры и предельные углеводороды (метан, пропан-бутан, бензин).
Природный газ (метан, СН4) находит широкое применение в качестве самостоятельного вида топлива на транспорте. И имеет следующие преимущества: крупные запасы газа в нашей стране и его относительная дешевизна; наличие инфраструктуры для транспортировки; высокое содержание водорода.
Метанол (метиловый спирт, СН3ОН) может быть получен из любого сырья, содержащего углерод, например, природного газа, угля или биомассы. В России имеются отлаженные технологии массового производства метанола с удовлетворительными технико-экономическими показателями. Он уже находит самостоятельное применение в качестве основного или частичного заменителя нефтяного топлива для ДВС.
Результатами ряда проведенных исследований [1,2] показана целесообразность использования метанола в транспортной энергетике в качестве сырьевого продукта для получения более эффективного вида топлива, которая обусловлена уникальной его способностью к конвертированию с утилизацией тепловой энергии ОГ двигателя [2,3]. Продукты химического преобразования (конверсии) метанола, используемые в качестве моторного топлива, практически не содержат в своем составе инертных компонентов, обладают высокими экологическими и кинетическими характеристиками сгорания, способствующими совершенствованию показателей работы двигателя.
Основными преимуществами метанола как исходного сырьевого продукта являются: низкая температура переработки в более эффективный вид топлива; простота его хранения на борту автомобиля; наличие крупнотон-
нажного промышленного производства как сырья для химической промышленности; наличие возобновляемого сырьевого источника - биомассы; относительная дешевизна.
Этанол (С2Н5ОН) - одноатомный спирт, производится преимущественно из биомассы (сахарного тростника, кукурузы и др.). В ряде зарубежных стран, смешивая этанол и бензин в определенных пропорциях, производят биотопливоб марок Е85 (85% этанола и 15% бензина) и Е10 (10% этанола и 90% бензина). Однако, традиционные автомобильные ДВС не могут работать на Е85. Использование биотоплив с большим содержанием спирта требует значительных изменений конструкций серийных двигателей, которые пока не могут быть осуществлены на современном технологическом уровне развитии отечественной двигателестроительной отрасли. Поэтому в ряде случаем этанол целесообразно использовать в качестве сырьевого продукта для получения эффективного вида топлива для современных транспортных ДВС. Этанол по своим свойствам во многом близок к метанолу.
Для выбора сырьевого источника энергии необходима предварительная оценка энергетической целесообразности его применения на транспорте, которая во многом будет определяться свойствами этого топлива, которые смогут повысить экономические и экологические показатели транспортного двигателя. Одним из наиболее важных оценочных факторов, определяющих обоснованный выбор углеводородного соединения в качестве исходного сырьевого продукта, является содержание в нем водорода и его удельные энергетические характеристики (табл.1).
Сравнительные энергетические характеристики некоторых энергоносителей:
Таблица 1.
Вид энергоносителя Содержание водорода, % масс. Удельная массовая энергия, МДж/кг Удельная объемная энергия, МДж/л
1. Газообразный метан СН4 р = 35 МПа 25 50 12
2. Жидкий метан СН4 (-160 °С) 25 50 35
3. Пропан-бутан (сжиженный) 15...18 46.49 27.29
4. Метанол СН3ОН 12,5 20 16
5. Этанол С2Н5ОН 12 27 22
6. Бензин СпН2„+1 п = 7-10 14 44 30
Видно, что по сравнению с другими приведенными в табл. 1 углеводородными соединениями сжиженный метан и бензин имеют наиболее высокий уровень по показателям удельного энергосодержания. Поэтому с учетом этого фактора данные энергоносители могут быть эффективно использованы непосредственно в качестве самостоятельного моторного топлива. Правда, для жидкого метана необходимо предусмотреть криогенные блоки хранения, что связано с соответствующими эксплуатационными проблемами. По комплексу приведенных энергетических характеристик метанол заметно уступает другим видам топлива, и его наиболее предпочтительно использовать в качестве источника нового, более эффективного вида водородосодержащего топлива в энергоустановках АТС. Что касается этанола, то он во многом близок к метанолу и, прежде всего, по фактору адаптации к существующим системам конверсии. Поэтому он может быть эффективно использован в качестве сырьевого продукта для выработки нового моторного топлива. Но с учетом накоп-
ленного в мировой практике опыта по применению данного энергоносителя в качестве экологически чистого вида топлива, он может быть также использован в ДВС транспортных систем в исходном виде. Очевидно, что целесообразность его применения на транспорте в том или ином виде как моторное топливо должна оцениваться в каждом конкретном случае с учетом достижения необходимых требований к эффективным и экологическим качествам транспортного двигателя.
Другим немаловажным фактором, определяющим целесообразность применения сырьевого источника энергии является показатель получаемой полезной энергии с учетом затрат на его термохимическое преобразование в водородосодержащую топливную композицию.
Для различных сырьевых продуктов суммарные энергетические затраты на их преобразование в водородо-содержащий вид топлива могут быть установлены по нескольким частным параметрам: температура реакции конверсии, содержание водорода в продуктах конверсии,
содержание в продуктах конверсии горючих компонен- Сравнительная оценка по перечисленным парамет-
тов, энергетические затраты на нагрев реагентов, энерге- рам для природного газа (метана), спиртов и бензина при-тические затраты на организацию конверсионного про- ведена в табл. 2.
цесса.
Таблица 2.
_Энергетические параметры конверсии для некоторых видов сырьевого продукта: _
Вид сырьевого продукта Метан Бензин Метанол Этанол
Способ организации процесса преобразования сырьевого продукта в во-дородосодержащий газ Паровая конверсия Парциальное окисление Паровая конверсия Парциальное окисление Паровая конверсия Паровая конверсия
Температура реакции, °С 700 1200 800 1500 300 700
Выход Н2, %(об.) 55-75 45 60-70 35 60-65 60-65
Суммарное содержание горючих газов, %(об.) 86 65 90 60 65 66
Энергозатраты на реакцию, кДж/моль Н2 76 - 17 90 - 94 56 60
Энергозатраты на нагрев компонентов, кДж/моль Н2 208 313 209 435 236 230
Суммарные энергозатраты, кДж/моль Н2 284 296 299 341 292 290
Из таблицы видно, что для получения нового вида топлива (синтез - газа) энергетически выгодно использовать конверсию исходного углеводородного соединения. Наиболее энергозатратным является процесс его высокотемпературного парциального окисления, что создает очевидные сложности при реализации этого процесса в условиях АТС.
С точки зрения суммарных энергетических затрат на выработку водородосодержащего топлива выгоднее всего использовать парогазовую конверсию природного газа, протекающей, однако, при относительно высокой температуре 700оС, что вызывает необходимость в дополнительной разработке высокотемпературного источника теплоты.
Предпочтение при этом следует отдать паровой конверсии метанола, идущей при относительно невысокой температуре, что позволяет снизить затраты энергии для организации конверсионного процесса и использовать для его конструкции более дешевые материалы. Кроме того, промышленная технология синтеза метанола практически исключает присутствие в нем серосодержащих соединений, отравляющих катализаторы. Возможность применения современных высокоэффективных катализаторов обуславливает условия для организации конверсии метанола с использованием низко потенциальной отходящей энергии - теплоты ОГ двигателя, без использования внешнего источника теплоты. Энергосберегающий эффект от утилизации «бесплатной» энергии ОГ позволяет существенно снизить суммарные энегозатраты на организацию конверсионного процесса, повысить эффективность энергетической установки в целом [2,3].
На основании вышеизложенного можно прийти к выводу, что перспектива массового применения на транспорте технологии по переработке традиционного нефтяного топлива в водородосодержащие топливные композиции весьма проблематична по целому ряду факторов. Накопленный исследовательский опыт в области разработок бортовых систем конверсии (реакторов) традиционных моторных топлив показывает, что уровень их технической и технологической сложности несоизмерим с эколого-экономическим эффектом от применения в энер-
гоустановке АТС. Высокий температурный уровень процесса переработки этих топлив обуславливает необходимость дополнительных затрат энергии на организацию конверсионного процесса (например, сжигание части топлива на поддержание необходимого теплового режима работы в термохимических реакторах). А присутствие соединений серы в моторном топливе исключает возможность использования высокоэффективных катализаторов. Кроме того, большое относительное содержание инертных (негорючих) компонентов в составе целевых продуктов конверсии создают дополнительные сложности при их сжигании в двигателе.
С учетом современного состояния российского автотранспортного комплекса при выборе сырьевого продукта необходимо в первую очередь учитывать технологические возможности отечественной промышленности и перспективы сырьевой базы.
Основным энергетически оправданным направлением исследований по практической реализации технологий выработки высокоэффективного водородосодержа-щего топлива в составе системы питания двигателя АТС является поиск углеводородных соединений, позволяющих осуществить принципиальную возможность организации процессов предварительной химического преобразования за счет «бесплатной» тепловой энергии ОГ. При этом, более предпочтительными из этих соединений являются те, которые обеспечивают наибольший выход главного целевого компонента конверсии - водорода, содержание которого в составе синтезированной топливной композиции в значительной степени определяет кинетические и экологические показатели двигателя при её сгорании в двигателе.
По комплексу рассмотренных выше факторов нетрудно прийти к заключению, что на сегодняшний день метанол является одним из наиболее энергетически выгодных источников дешевого и эффективного водородосо-держащего топлива для двигателей АТС. Следует заметить, что в будущем по мере развития технологий и соответствующих сырьевых баз может оказаться экономически оправданным использование и других соединений,
которые по своим характеристикам смогут соответствовать энергетически выгодным условиям в технологической структуре реализации бортовой конверсии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Фомин В.М., Апелинский Д.В., Каменев В.Ф., Херге-леджи М.В. Генерирование водородосодержащего газа на борту транспортного средства//Известия МГТУ «МАМИ».- 2013.- № 1 (15).- Т.1.- С. 204-212.
2. Фомин В.М., Шевченко Д.В. Повышение эффективности использования энергии альтернативного топ-лива//Транспорт на альтернативном топливе.-2011.-№5 (23).-С. 46-52.
3. Fomin V.M., Makunin A.V. Thermo chemical recovery of heat contained in exhaust gases of internal combustion
engines (a general approach to the problem of recovery of heat contained in exhaust gases) //Theoretical foundations of chemical engineering.-Vol.43.-No5.-2009.-P.p.834-840.
4. Bridgwater A.V., Peacocke G.V. Flash pyrolysis for biomass // Renewable and Sustain-able Energy Reviews. - N 4.- 2000.- Р.р. 1-73.
5. Фомин В.М., Маслов Ю.Л. Исследование экологических характеристик дизеля, работающего с добавками к воздушному заряду продуктов синтеза древесины // Совершенствование мощностных, экономических и токсических характеристик ДВС. - Тр.УП Международ. науч.-практич. семинара. - Владимир, 1999. -С.76-79.
СПОСОБ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ С ПОМОЩЬЮ МИКРОФОННОЙ РЕШЕТКИ
Кривошейкин Анатолий Валентинович
Д.т.н., профессор, зав. кафедрой радиотехники и информационных технологий, университет
кино и телевидения, Санкт-Петербург, Перелыгин Сергей Васильевич Аспирант кафедры радиотехники и информационных технологий, университет кино и телевидения, Санкт-Петербург,
Введение.
Для передачи и приема радиосигналов в радиосвязи, радиолокации, радиопеленгации и радионавигации используют антенные решетки, обеспечивающие заданную диаграмму направленности антенн. В задаче приема акустических сигналов используются микрофонные решетки, формирующие заданную диаграмму направленности акустических антенн.
Методы расчета антенных решеток для приема радиосигналов основаны на использовании моделей приема либо гармонического, либо узкополосного сигнала. Акустические сигналы являются широкополосными. В статье рассмотрен способ обработки сигнала в микрофонной антенной решетке, состоящей из двух идентичных ненаправленных микрофонов. При наличии двух источников широкополосных акустических сигналов, находящихся под разными углами к решетке, способ обеспечивает направленный прием одного из них и подавление второго.
Расчетные соотношения.
По аналогии с антенными решетками, обрабатывающими радиосигналы, при обработке акустического сигнала используются приемники, объединенные в массивы, называемые микрофонными решетками. Наличие большого количества приемников сигнала в решетке позволяет получить угловую избирательность при приеме сигнала, то есть дает возможность принимать акустический сигнал, приходящий лишь под определенным угловым направлением к решетке. Микрофонная решетка настраивается на прием сигнала по требуемому одному или нескольким угловым направлениям с помощью обработки сигнала в канале каждого микрофона и последующего взвешенного суммирования этих сигналов. Сама решетка при этом остается неподвижной: она не поворачивается к источнику сигнала, а настраивается на необходимый угол приема "электронным" способом.
В самом общем случае настройка осуществляется введением линий задержки, компенсирующих временные рассогласования сигналов на выходах приемников. В случае приема узкополосного сигнала в канале каждого при-
емника осуществляется выделение комплексной амплитуды сигнала и ее умножение на соответствующий взвешивающий коэффициент. Звуковой сигнал является широкополосным. В отличие от узкополосного сигнала с небольшим диапазоном изменения частот в спектре, для звука на разных частотах будет иметь место разное соотношение между длиной звуковой волны и фиксированным расстоянием между микрофонами. В результате на очень низких частотах решетка оказывается ненаправленной, а на очень высоких частотах имеет максимумы чувствительности для ложных угловых направлений [1, 2].
Рассмотрим случай, когда один источник широкополосного акустического сигнала с плоским волновым фронтом воздействует на решетку, состоящую из двух одинаковых ненаправленных микрофонов (рис. 1). Выберем положение осей координат таким образом, чтобы центры обоих микрофонов лежали на оси Х, а центр левого (первого) микрофона находился в начале координат. Расстояние между микрофонами обозначим буквой d.
Если источник находится под каким-либо углом ф от -900 до 900 к оси Y, то вызываемые им сигналы на выходе первого и второго микрофонов будут иметь временной сдвиг т, который можно найти из геометрических соображений, зная скорость распространения звука с:
d ■ sin®
т =- (1)
с
Рассмотрим случай, когда на решетку воздействуют два источника широкополосных акустических сигналов с плоскими волновыми фронтами, находящиеся под
углами ( и (р к оси Y. Углы ( и ( могут быть заданы произвольно из диапазона от -900 до 900.
Поставим следующую задачу построения микрофонной антенной решетки:
1) отклик решетки на первый источник сигнала с точностью до постоянной K должен быть равен отклику первого микрофона на первый источник сигнала,
2) решетка не должна давать отклик на второй источник сигнала.
