Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Physical-Technical Series / Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук
Not a member yet
551 research outputs found
Sort by
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ НА ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БИПОЛЯРНОГО n–p–n-ТРАНЗИСТОРА
Get PDFContamination of the monocrystal silicon with technological impurities in the devices fabrication process exerts a considerable influence on the electro-physical characteristics of the bipolar n–p–n-transistors. Revelation of the causes of the labile reproducibility of the basic characteristics of the bipolar planar n–p–n-transistors is vital for the purpose of establishing the factors, determining reliability and stability of the operational parameters of the integrated circuits. There were investigated I–V characteristics of the various lots of the bipolar n–p–n-transistors, fabricated under the epitaxialplanar technology as per the similar process charts with the identical used technological materials, however, at different times. It is established that the electro-physical characteristics of the bipolar n–p–n-transistors substantially depend on the contents of the technological impurities in the substrate material. Availability of the high concentration of the generation-recombination centers, related to the metallic impurities, results both in increase of the reverse current of the collector – base junction of the transistors and the significant reduction of the breakdown voltage of the collector junction. The most probable cause of deterioration of the electro-physical parameters of the bipolar n–p–n-transistors is the material contamination with the technological impurities (such, as Fe, Cl, Ca, Cu, Zn and others) during the production process of the devices fabrication. The sources of impurity may be both the components and sub-assemblies of the technological units and the materials and reagents under usage.Загрязнение монокристаллического кремния технологическими примесями в процессе изготов- ления приборов оказывает существенное влияние на электрофизические характеристики биполярных n–p–n-тран- зисторов. Выявление причин лабильной воспроизводимости основных характеристик биполярных планарных n–p–n-транзисторов является актуальным с целью установления факторов, определяющих надежность и стабильность эксплуатационных параметров интегральных микросхем. Исследованы вольт-амперные характеристики различных партий биполярных n–p–n-транзисторов, изготовленных по эпитаксиально-планарной технологии по аналогичным технологическим маршрутам, при идентичных используемых технологических материалах, однако в различное время. Установлено, что электрофизические характеристики биполярных n–p–n-транзисторов существенным образом зависят от содержания технологических примесей в материале подложки. Наличие высокой концентрации генерационно-рекомбинационных центров, связанных с металлическими примесями, приводит как к увеличению обратного тока через переход коллектор–база транзисторов, так и к существенному снижению напряжения пробоя коллек- торного перехода. Наиболее вероятной причиной ухудшения электрофизических параметров биполярных n–p–nтранзисторов является загрязнение материала технологическими примесями (такими, как Fe, Cl, Ca, Cu, Zn и др.) во время производственного процесса изготовления приборов. Источниками загрязнений могут служить как детали и узлы технологических установок, так и используемые материалы и реактивы
НАГРУЖЕНИЕ ГРУНТА ТРАКАМИ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН: ОБЗОР РАСЧЕТНЫХ СХЕМ
Get PDFThe results of investigations in the field of existing soil loading schemes by tracks of tracked vehicles and their effect on the traction force realized by a caterpillar propulsion device are presented. The review shows that most researchers emphasize the important role of lugs in the creation of tractive effort. However, most of the existing methods of calculating the traction force on the clutch are based on one or another specific design scheme that does not depend on the loads acting on the tracks, on the combination of the parameters of the grousers and on the physical and mechanical properties of the soil. The use of these methods does not allow us to consider the sequence and alternative variants of soil disruption, and also to establish a relationship between the magnitude of the tangential force acting on the tract with a wide range of combinations of geometric parameters of the grousers, and to link it to the physical processes taking place in the soil. Consequently, these methods do not fully describe the interaction of the crawler tracks with the ground, which makes it difficult to use them to optimize the geometric parameters of the lugs. The authors proposed an analytical method for analyzing the interaction of soil with a track of a caterpillar engine based on the regularities of the theory of the limiting state of ground masses and the main provisions used in the theory of cutting soil, taking into account the revealed features of this interaction, which makes it possible to investigate the interaction of tracks of a caterpillar propulsion with soil, taking into account the multiphase and alternative options for the destruction of soil between the grousers. This method allows you to choose the parameters of the lugs, providing an improvement in traction and coupling properties of crawler tractors.
О закономерностях вихревых течений в циклонно-слоевой камере
Get PDFExperimental investigation of the radial distributions of tangential and longitudinal velocities, total and static pressures in the vortex zone of a cyclone-bed chamber of diameter 0.21 m has been carried out. The experiments were carried out at various regime parameters (fraction of bottom blast, total air volume flow) and geometric parameters (diameter and shape of the outlet) of the chamber, and also in the presence of a fixed or fluidized bed of granular material. The influence of nonisotherm of bottom and tangential blast on the distribution pattern of velocity and pressure in the vortex zone of the cyclone-bed chamber is investigated. There was determined the influence of bottom blast temperature on the longitudinal velocity of air in the central part of the vortex zone chamber. It is shown that the diameter of the outlet has a significant effect on the pressure in the chamber. The longitudinal velocity in the central part of the chamber is practically independent of the shape of the outlet. The presence of the fluidized bed has an effect on the hydrodynamics of the cyclone-bed chamber vortex zone. In the presence of the fluidized bed there has been a violation of the self-similarity of hydrodynamic dimensionless parameters distribution in the vortex zone. The obtained experimental data were summarized within the framework of the similarity theory with the use of a dimensionless quantity characterizing the hydrodynamics of an inhomogeneous fluidized bed – the Froude number (Fr). The use of the Froude number makes it possible to take into account the effect of the fluidized bed hydrodynamics on the features of air velocity and pressure distributions in the vortex zone, and also takes into account the influence of such an important factor as the fraction of bottom blast.Выполнено экспериментальное исследование радиальных распределений тангенциальной и продольной скоростей воздуха, а также полного и статического давления в вихревой зоне циклонно-слоевой камеры диаметром 0,21 м. Эксперименты проведены при различных режимных (доля донного дутья, общий объемный расход воздуха) и геометрических (диаметр и форма выходного отверстия) параметрах камеры, а также при наличии неподвижного или кипящего слоя зернистого материала. Проведено исследование влияния неизотермичности донного и тангенциального дутья на характер распределения скоростей и давления в вихревой зоне циклонно-слоевой камеры. Установлено влияние температуры донного дутья на продольную скорость воздуха в центральной части вихревой зоны камеры. Показано, что размер диаметра выходного отверстия существенно влияет на величину давления в камере. Продольная скорость в центральной части камеры практически не зависит от формы выходного отверстия. Установлено, что наличие кипящего слоя оказывает влияние на аэродинамику вихревой зоны циклонно- слоевой камеры. В присутствии кипящего слоя имеет место нарушение автомодельности распределения безразмерных аэродинамических характеристик вихревой зоны. Полученные экспериментальные данные обобщены в рамках теории подобия с использованием безразмерной величины, характеризующей аэродинамику неоднородного кипящего слоя, – числа Фруда (Fr). Использование Fr позволяет исследовать влияние аэродинамики кипящего слоя на особенность распределения скорости воздуха и давления в вихревой зоне, а также учитывает влияние такого важного фактора, как доля донного дутья
Компьютерное моделирование контура управления беспилотного авиационного комплекса для обеспечения устойчивости и управляемости
Get PDFThe article describes an approach to ensuring stability and controllability of unmanned aerial vehicle (UAV) with unknown aerodynamic characteristics by computer simulation of the airplane flight along a given route in the meteorological standard atmosphere. This computer model takes into account the programmed flight of an unmanned aerial vehicle in the meteorological atmosphere along a given route with waypoints. For this purpose the model incorporates 5 feedback systems (FS) with autopilot (AP) that ensure the stability and controllability of an airplane. Besides the autopilot and the airplane glider the control system encompasses the Kalman filter and a strapdown inertial navigation system. The appropriate structure and parameters of the control system of the model were chosen on the basis of practical technical solutions of the de veloped UAVs. The closed control systems of the model are developed according to the equations considering generation of aerodynamic forces and moments, a model of the standard atmosphere, the routing scheme and the feedback system with autopilot. The stability and controllability of the model were analyzed according to the theory of feedback systems with the graphic plotting of Bode magnitude plot and Bode phase plot. With a view to the assessment of dynamic and fluctuation errors of the control systems the model is represented by stochastic differential control system with the Kalman filter and the strapdown inertial navigation system in quaternions. The results of the computer simulation showed that the Kalman filter estimates the measured parameters with the noise reduction under 10 dB. The strapdown inertial navigation system influences the general dynamics of the control system during the assessment of its stability and controllability. Changing the band of the control system at the expense of external perturbations affecting the plane can lead to instability, and in order to avoid it the robust autopilot is recommended.Рассмотрен подход к решению проблемы устойчивости и управляемости беспилотного летательного аппарата (БЛА) с неизвестными аэродинамическими характеристиками путем компьютерного моделирования полета БЛА по заданному маршруту в реальной стандартной атмосфере. При разработке требуемой компьютерной модели учитывался опыт реальных полетов различных бесплотных летательных аппаратов в реальной атмосфере по заданной траектории с поворотными пунктами маршрута. Для этого в модель введены пять систем автоматического управления с автопилотом, которые обеспечивают устойчивость и управляемость полета БЛА. В состав систем управления кроме автопилота и планера БЛА включены фильтр Калмана и бесплатформенная инерциальная навигационная система. Выбор оптимальной структуры и параметров систем управления модели определялся реальными техническими решениями разрабатываемых БЛА. Созданные замкнутые контуры систем управления модели основываются на уравнениях с учетом формирования аэродинамических сил и моментов, модели стандартной атмосферы, схемы формирования маршрута и системы автоматического управления с автопилотом. Анализ устойчивости и управляемости такой модели проводился на основе теории систем автоматического управления с графическим построением логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАХ) и фазово-частотной характеристики (ФЧХ). Для оценки динамических и флуктационных ошибок систем управления модель представлена в виде стохастической дифференциальной системы управления с фильтром Калмана и бесплатформенной инерциальной навигационной системой в кватернионах. Анализ результатов компьютерного моделирования показал, что фильтр Калмана производит оценку измеряемых параметров с подавлением шумов до 10 дБ. Бесплатформенная инерциальная навигационная система влияет на общую динамику системы управления при ее оценке устойчивости и управляемости. Изменение полосы системы управления за счет внешних возмущений на БЛА может привести к потере устойчивости, для сохранения которой желательно использовать робастный автопилот
ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
Get PDFThe processes occurring in the contact of solids differ in their variety, their dependence on the scale of the region under consideration and the values of the acting forces. The study of such processes requires a comprehensive approach to the instrumental and methodological support of research. To establish the mechanisms that take place in nanometer gaps between solids, an instrument for measuring intermolecular and capillary forces has been developed; its design and operating principle have been described. Technical solutions for measuring frictional forces at low loads and measuring submicron wear values are presented. The methods for studying wear mechanisms at friction with terms of the morphology of wear particles and local damage of friction surfaces are described. The methods of diagnostics and estimation of the current state of friction units based on the classification of surface damages and fragments of their fractures by morphological types are considered. A method of estimating the parametric equivalence of full-scale and laboratory tests for friction and wear is given, which opens the possibility of comparing the data obtained under different conditions and establishing the cause of their discrepancy. The capabilities of the method are demonstrated by an example of acting space factors estimation in the framework of the planned experiment on friction study at the International Space Station
Интегральный метод решения задач теплопроводности с граничным условием второго рода. 2. Анализ точности
Get PDFAn algorithm of finding polynomial solutions of boundary-value problems on nonstationary heat conduction with a time-dependent boundary condition of the secondary kind for bodies having a plane geometry, a cylindrical symmetry, or a spherical symmetry is presented. Thе algorithm is based on the introduction into consideration of the boundary characteristics in the form of a definite set of k-fold derivatives and n-fold integrals with respect to the time function of the heat flow on the surface of a body representing a boundary condition. Two stages of the heat-conduction process were considered separately: 1) the temperature front does not reach the center of a body and 2) the temperature front reaches the center of the body, and it is heated throughout its thickness. By the example of symmetric heating of a lengthy plate with a constant and variable heat flows, a very high accuracy of the proposed approach based on the integral method of boundary characteristics (BChIM) was demonstrated. As compared to the method of additional boundary characteristics, the BChIM makes it possible to de crease the relative approximation error (at one and the same polynomial degrees N) by three to five orders of magnitude and by larger values and brings it to a negligibly low level (0.00028 % at N = 11 and 0.000025 % at N = 14). It was established that, with each next approximation (with addition of three degrees into the polynomial), the approximation error decreases by an order of magnitude for the first stage of the process. An efficient algorithm of finding the eigenvalues of a boundary-value problem on heat conduction, based on the introduction into consideration of an additional function corresponding to the largest, in sequence order, boundary integral characteristic, is prtsented for the second stage of the process. Thе algorithm makes it possible to transform the integro-differential equation obtained on the basis of the BChIM into the ordinary differential equation with zero initial conditions. The calculations of the temperature at the center of the plate have shown that the approximation accuracy of the approach proposed is very high.Представлен алгоритм нахождения полиномиальных решений краевых задач нестационарной теплопроводности с переменным во времени граничным условием второго рода для тел плоской геометрии, а также с цилиндрической и сферической симметрией. Данный алгоритм основан на введении в рассмотрение граничных характеристик в виде определенного набора из k-кратных производных и n-кратных интегралов от заданной в виде граничного условия временной функции теплового потока на поверхности тела. Отдельно рассмотрены две стадии процесса: 1 – температурный фронт не достигает центра симметрии тела; 2 – температурный фронт достигает центра симметрии тела и прогрев происходит по всему сечению. На примерах симметричного нагрева протяженной пластины с постоянным и переменным тепловым потоком продемонстрирована очень высокая точность предложенного подхода на основе интегрального метода граничных характеристик (ИМГХ). По сравнению с методом дополнительных граничных условий предложенный метод ИМГХ позволяет уменьшить относительную ошибку аппроксимации (при одинаковых степенях полиномов N) на три-пять порядков и более, доводя ее до пренебрежимо малых величин (0,00028 % при N = 11; 0,000025 % при N = 14). Установлено, что с каждым последующим приближением (посредством добавления в полином трех степеней) для первой стадии процесса аппроксимационная ошибка снижается на порядок. Для второй стадии процесса описан эффективный алгоритм нахождения собственных значений краевой задачи теплопроводности, связанный с введением в рассмотрение дополнительной функции, соответствующей наибольшей по порядку величины граничной интегральной характеристике. Это позволяет перевести получаемое на основе ИМГХ интегро-дифференциальное уравнение в обыкновенное дифференциальное уравнение с нулевыми начальными условиями. Проведенные расчеты температуры в центре симметрии пластины подтвердили исключительно высокую аппроксимационную точность предложенного подхода
ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ C ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Get PDFGeneral information about development of additive technologies, as well as an overview of the main schema- tics of layer by layer manufacturing of metal products is presented. The technologies and equipment for electron beam layerby-layer production of metal products using wire and powder as a raw material is described. Experimental data obtained by the authors as a result of electron beam additive manufacturing of low-carbon steel, stainless austenitic steel and technical titanium samples are described. Relations between the product geometry and the electron beam main parameters are obtained. The analysis of microstructures is carried out. The main zones formed in the samples fabricated by this method are described. It is shown that typical microstructure of stainless steel samples consists of the large dendrites with main axes up to a few millimeters in the direction of heat sink. In a pure titanium, in addition to the characteristic coarse-grained (up to several millimeters in diameter) structure, there are zones where a lamellar structure with colonies of about 1 mm is observed, as well as a zone in the form of a strip about 1 mm wide along the walls, which is an acicular structure. This is obviously related to the cooling mode, since the character of the heat sink along the edges of the sample differs from the central zones. The analysis of electron beam additive technologies prospects is carried out. Examples of electron beam additive technology using in modern fabrication of accelerator technics, aircraft and machine building are demonstrated
Энергетические и газодинамические характеристики установок ионного азотирования промышленного типа
Get PDFThe work provides the analysis of power characteristics of the industrial equipment – ionic nitriding applications – with different types of vacuum chambers – with hot and cold walls. The calculations results and experimental researches of thermal balance of the system “melt-wall chamber” at the process of plasma nitration for industrial applications are given. The work examines the influence of heat-shielding screens quantity in the applications with cold walls on the internal screen temperature and power of thermal losses at warming up parts melt and at its isothermal endurance. It has been displayed the significant influence of the discharge chamber geometry on the discharge power value which is necessary for the melt warming up and its exposition at the certain temperature – the less are geometrical sizes of the chamber (diameter and height), the smaller is the power of the smoldering discharge which is required for ensuring necessary melt temperature. It is shown that at sufficient melt parts distance from the chamber walls, the voltage drop on the skeleton of the smoldering discharge can be tens volts that causes the decrease of cathodic falling potential and, respectively, the increase of the electric power which is required to maintain necessary melt temperature in comparison to melt which is as close as possible to chamber walls. It leads to the fact that at more dense loading, smaller specific consumption of the electric power to ensure the necessary depth of the nitrated layer is required; at the same time the specific energy consumptions by the melt temperature of 525–530 °C are 0.6–1.6 kW∙h/kg, depending on the loading extent of the chamber. It has been displayed that at ionic nitration, the value of working gas pressure must provide the deviance of the smoldering discharge i. e. the whole area the cathode –melt must be captured by the discharge luminescence.Приводится анализ энергетических характеристик промышленного оборудования – установок ионного азотирования, с различным исполнением вакуумных камер – с горячими и холодными стенками. Приведены результаты расчетов и экспериментальных исследований теплового баланса системы «садка – стенка камеры» при проведении процесса плазменного азотирования на установках промышленного типа. Рассмотрено влияние количества теплозащитных экранов в установках с холодными стенками на температуру внутреннего экрана и мощность тепловых потерь при разогреве садки деталей и ее изотермической выдержке. Показано существенное влияние геометрии разрядной камеры на величину мощности разряда, необходимой для разогрева садки и ее выдержки при определенной температуре – чем меньше геометрические размеры камеры (диаметр и высота), тем меньшая мощность тлеющего разряда нужна для обеспечения необходимой температуры садки. Показано, что при достаточном удалении садки деталей от стенок камеры, падение напряжения на остове тлеющего разряда может составлять десятки вольт, что приводит к снижению катодного падения потенциала и, соответственно, к увеличению электрической мощности, необходимой для поддержания требуемой температуры садки по сравнению с садкой, максимально приближенной к стенкам камеры. Это приводит к тому, что при более плотной загрузке требуется меньший удельный расход электроэнергии для обеспечения необходимой глубины азотированного слоя; при этом удельные энергозатраты при температуре садки 525–530 °С составляют величину 0,6–1,6 кВт·ч/кг в зависимости от степени загрузки камеры. Показано, что при ионном азотировании давление рабочего газа должно быть таким, чтобы обес печивалась аномальность тлеющего разряда, то есть свечением разряда должна быть охвачена вся площадь катода- садки
УДАРНО-ВОЛНОВОЕ КОМПАКТИРОВАНИЕ ПОРОШКОВ
Get PDFMaterials based on MAX phases have a unique combination of properties. They combine the best properties of metals and ceramics. Such a set of useful operational parameters allows for wide technical application in various industries. However, despite the large number of research works carried out in this area, obtaining a dense, uniform MAX material remains an unresolved issue. The possibilities of the pulsed compacting method with blasting explosives for obtaining products from MAX phase powders were investigated. As a model material for the research, powders of MAX phases based on Ti2AlC and Ti3AlC2 synthesized by free sintering in vacuum were used. It was shown that double pulse compacting powders based Ti2AlC Ti3AlC2 and reducing compacts porosity from 22 % to 9 %, is practically unchanged while the phase composition of the material. Test samples obtained by pulsed compaction in oxidation resistance showed that the method of the shock-wave loading applicable for competitive materials realizing potential properties of MAX phases. It is noted that to increase the heat resistance it is necessary to minimize the porosity of the material. Significant reduction in porosity can be achieved due to repeated shock-wave loading of the material.
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДЕТОНАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Get PDFAn attempt has been made to analyze qualitatively and quantitatively the thermodynamic cycle of detonative combustion and to compare it with the Otto and Brayton cycles in order to establish the degree of its thermodynamic perfection. A comparison of the thermodynamic cycles of Otto, Brayton, and detonation was carried out for equivalent Carnot cycles, which has the same degree of thermodynamic perfection as the investigated cycles. To determine the parameters of the detonation cycle, the classical detonation theory based on the laws of thermodynamics and gasdynamics was used. It is shown that the detonation cycle in comparison with the cycles of Brayton and Otto has larger entropy at the end of the heat supply and smaller one at the end of the heat removal. That means it has a higher mean-integral temperature of heat input and a lower mean-integral temperature of heat removal. Thus, in the range of characteristic values of the adiabatic index k, the temperature at the end of the heat input process in the detonation cycle exceeds the Otto cycle temperature by about 7–15 %. Consequently, the detonation cycle is thermally more efficient, since the thermal efficiency of the cycle increases with the expansion of the temperature boundaries of the equivalent Carnot cycle