CC BY
42
нии общетехнических дисциплин // Управление учебным процессом и современные технологии обучения: сборник научно-методических материалов. Тула: ТулГУ, 2001. Вып. 3. С. 155-160.
Патрикова Елена Николаевна, канд. техн. наук, доц., доц., elenapatrikova@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Патрикова Татьяна Сергеевна, канд. техн. наук, зав. кафедрой, valeropatrik86@rambler. ru, Россия, Тула, Институт повышения квалификации и профессиональной переподготовки работников образования Тульской области
PROSPECTS FOR THE IMPLEMENTATION OF EDUCATIONAL INNOVATION IN THE PREPARA TION OF EXPERTS FOR MILITARY-INDUSTRIAL COMPLEX
E.N. Patrikova, T.S. Patrikova
The educational innovations used in training for the military-industrial complex, including: continuity of academic disciplines, the use of simulation technologies through a virtual laboratory, the introduction of interactive techniques to enhance the cognitive activity of students are presented.
Key words: FGOS, virtual laboratory, educational Innovation, interactive methods, simulation technology.
Patrikova Elena Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, elenapatrikova@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Patrikova Tatyana Sergeevna, candidate of technical sciences, head of the chair, valeropatrik8 6@ram bler. ru, Russia, Tula, Institute of improvement of professional skill and professional retraining of educators in the Tula region
УДК 536.24
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ В ЛАБОРАТОРНОМ ПРАКТИКУМЕ ДИСЦИПЛИН, СВЯЗАННЫХ С ТЕПЛОМАССООБМЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ В ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ
С.И. Стреляев, О.А.Евланова, И.В.Дунаева
Рассмотрен пример использования специализированных программных комплексов в лабораторном практикуме по теплотехническим дисциплинам, связанным с проектированием летательных аппаратов.
Ключевые слова: тепломассообмен, вычислительный эксперимент, программный модуль.
Тепломассообменные явления составляют важнейшую основу рабочих процессов в изделиях ракетно-артиллерийского вооружения (РАВ). Поэтому номенклатура соответствующих профильных дисциплин, препо-
даваемых на кафедре «Ракетное вооружение» для студентов различных специальностей, направлений и уровней подготовки оборонного профиля, достаточно широка: «Теплопередача» и «Тепломассообмен в двигателях летательных аппаратов» для направления 160700 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей», «Термодинамика и теплопередача» и «Тепловое проектирование конструкций летательных аппаратов» для направления 160400 «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-технических комплексов», «Тепломассообмен в объектах баллистики» для магистрантов направления 24.04.03 «Баллистика и гидроаэродинамика».
Объективно такое разнообразие теплотехнических дисциплин, неизбежно необходимых для подготовки специалистов по РАВ, объясняется широким спектром прикладных задач, решаемых при проектировании образцов и комплексов. Названные задачи весьма разнообразны, поскольку источниками тепловой энергии являются различные физические процессы.
Для ракетных твердотопливных двигателей, пороховых аккумуляторов давления, газогенераторов, механизмов взведения боевых частей (БЧ) и разделения модулей кассетных БЧ источником энергии являются химические реакции горения. При полете на сверхзвуковых скоростях элементы планера подвержены мощному тепловому воздействию вследствие преобразования кинетической энергии набегающего потока воздуха. При хранении и эксплуатации элементы комплексов воспринимают энергию солнечной радиации и окружающей атмосферы.
Корректная постановка физического эксперимента для проведения лабораторных работ по изучению вышеперечисленных явлений практически невозможна в стенах ВУЗа как по объективным, так и по субъективным причинам.
Главной объективной причиной является сложность постановки, опасность проведения и экологическая вредность натурных экспериментов. Другая причина - высокая стоимость для вуза получения лицензии на каждый из опасных объектов (200 тыс. рублей) лабораторного оборудования.
Естественным и практически единственным выходом из данной ситуации является математическое моделирование реальных процессов. На кафедре РВ профессором В. А. Дунаевым разработан и реализован ряд программных комплексов, позволяющих проводить численные эксперименты по моделированию процессов теплообмена в объектах РАВ. Применение в программных комплексах корректных математических моделей и удобных для студентов интерфейсов для описания входных данных и представления результатов позволяют эффективно использовать вычислительный эксперимент при проведении лабораторных работ.
В качестве примера исследования температурных полей конст-
рукций летательных аппаратов можно привести решение задачи нестационарной теплопроводности двухслойной стенки. При решении используется программный модуль Тер11, реализующий метод конечных элементов. В процессе выполнения задачи необходимо определить ряд параметров и исходных данных, взаимодействуя с интерфейсом программы. Главное окно модуля позволяет обращаться к главному меню, панели инструментов, а также содержит четыре закладки, на которых сгруппированы области редактирования данных соответствующего характера (рис .1).
Рис. 1. Главное окно программы. Математическая модель задачи
Таблица, регламентирующая количество графиков результатов, устанавливает соответствие между номером графика и номером узла дискретизации стенки. Степень дискретизации каждого слоя задаётся пользователем при редактировании параметров слоёв на закладке «Слои и материалы». Работая с этой закладкой, необходимо также определить свойства материала каждого слоя в требуемом температурном интервале (рис. 2).
Закладка «Параметры расчёта» позволяет редактировать параметры вывода результатов расчёта, делая их графическое представление максимально информативным. Здесь же задаются шаги интегрирования и вывода результатов (рис. 3).
Чтобы определить условия на границах, создана область редактирования, расположенная на закладке «Граничные условия». Для каждого па-
раметра может быть описана зависимость от температуры в пределах требуемого интервала, детализация которой определяется числом табличных значений на нижней панели инструментов (рис.4).
После задания всех исходных данных и параметров расчёта осуществляются запуск расчета и просмотр графиков распределения температур по времени и координате. Графические результаты дополняются текстовым файлом, содержащим значения узловых температур и перечень исходных данных (рис.5).
Рис. 2. Задание параметров слоёв и свойств материалов
Рис. 3. Задание параметров решения и вывода результатов расчета
Расчет нестационарного температурного поля многослойной стенкн
Файлы Расчет Помощь
£| V W F[l) F(|| Ч Ч Й Р3 Î
Qímcíhhs модели [ П арвмет(ия задачи | Спои и метдаилы ГрамташГ^СЛОемя"
3375
гт
21 s
1500
Ci SU
йэ 1& té
Времч. с
Тбриическм сопрошвле-ние кччлйкгнын зон меадц слоями | Ri град^Вт/мЗ ]
№ í-лмь RK
табличньж значений
а* Я» Тп Ш Я»
Время. с
G
4Ш1
s ПО
11726,1 1500
Рис. 4. Задание граничных условий. Коэффициент теплообмена на внутренней поверхности исследуемой конструкции
Тх Ра-счет нестационарного температурного поля многослойной стенки
ш ы F[t] F([] ©ч ц, еч Щ- |§ f
Точки
T¡rpai;¡
— 2,
15Ü0 4
5
1000
500
0 2 G t[c]
Расчет закончен Время = 8 с, Л
Рис. 5. Графическое представление результатов расчёта
Эффективность применения вычислительного эксперимента при проведении лабораторных и практических работ по профильным дисциплинам, связанным с процессами тепломассообмена в летательных аппаратах, использования компьютерного варианта их выполнения оправдана, так как в большей степени готовит студентов к самостоятельной деятельности по сравнению с традиционной классической формой преподавания
этих занятий. Применение в программных комплексах корректных математических моделей и удобных для студентов интерфейсов для описания входных данных и представления результатов позволит интенсифицировать учебный процесс и улучшить усвоение студентами лекционного теоретического материала.
Стреляев Сергей Иванович, д-р техн. наук, проф., sergeystrelarambier.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Евланова Ольга Александровна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Дунаева Инна Валерьевна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPUTATIONAL EXPERIMENTING IN LABORATORY-BASED PRACTICAL CLASSES WITHIN COURSES RELATED TO HEAT AND MASS TRANSFER IN AIRCRAFTS
S.I. Strelyaev, O.A. Evlanova, I. V. Dunaeva
This paper provides a case study of using specialized software in laboratory-based practical classes within aerospace thermal engineering courses.
Key words: head and mass transfer, computational experimenting, software module.
Strelyaev Sergey Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, sergeystrel@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Evlanova Olga Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, evl. olg@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Dunaeva Inna Valerievna, candidate of technical sciences, docent, i w damail. ru,, Russia, Tula, Tula State University
УДК 6(085): 621.002
ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ И ПРОВЕДЕНИЯ ПОЛИГОННОЙ ПРАКТИКИ НА УРАЛЬСКОМ АРТИЛЛЕРИЙСКОМ ПОЛИГОНЕ
В. Л. Баранов, В. Л. Руденко, А.Е. Чванов
Обсуждаются особенности организации и проведения полигонной практики студентами-оружейниками и боеприпасниками на Уральском артиллерийском полигоне в 2010-14 г.г.
Ключевые слова: учебный процесс, практика, полигон.
Важное место в процессе подготовки инженеров-оружейников и инженеров-боеприпасников занимает его практический компонент, когда
294
