СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

УДК.621.313

М.М. Шайтор,к. т. н., доцент

СВМІ ім. П.С. Нахімова

(м. Севастополь)

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СТРУКТУР ВОЛНОВЫХ БИОНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Путём генетического моделирования получены электромеханические структуры биомеханической системы, исключающие применение промежуточных передач при имитации волнового движения активного элемента.

Введение. В настоящее время на Украине и за рубежом исследуются возможности создания биомеханических систем, решающих проблему создания более совершенных гидродинамических характеристик по сравнению с традиционными движителями и насосами. Анализ исследований показывает, что получение систем со сложным движением подвижной части связано с усложнением их конструкций [1-3]. Построение конструктивных схем, лишённых указанного недостатка, возможно путём генетического моделирования [2, 4]. Нерешённой частью общей проблемы, которой посвящается статья, является получение преобразователей энергии, исключающих промежуточные передачи для имитации движения живых бионических существ. Задача исследования заключается в разработке генетических моделей построения электромеханических структур волновых бионических систем.

Генерация хромосомных наборов генетической модели. Электромагнитные хромосомы, реальными эквивалентами которых являются электромагнитные модули, создают возможности гибкого генетического проектирования электромеханических преобразователей при упрощении и формализации генетических процедур образования порождающих структур. Реальный эквивалент хромосомы, выполняющий функцию графического примитива, содержит в пазу проводник с током, который является реальным источником поля (рис. 1).

Рис. 1. Генерация хромосомных наборов

Репликации и комбинации пространственного расположения электромагнитных хромосом позволяют получить как тороидные плоские (ТП), так и цилиндрические (ЦЛ) источники – порождающие хромосомы. Хромосомные наборы ТП 0.0у получают из порождающих хромосом путём вращения графического примитива относительно оси симметрии источника поля. Они дают симметричные виды - близнецы, отличающиеся пространственными формами подвижных и неподвижных частей.

Дальнейшее усложнение электромагнитных хромосом, полученное аксиальным или коаксиальным пространственным расположением хромосомных наборов, образует уровень аксиальных 3ТП 0.0у или радиальных (ТП 0.0у) х (ТП 2.0х) электромеханических структур. Радиальные структуры относят к гибридным видам, полученным путём применения генетического оператора скрещивания. Первые ТП 0.0у являются симметричными, не содержащими поверхностей разрыва вращающейся волны поля прямой и обратной последовательностей, имеющих тангенциальное направление (у). Вторые ТП 2.0х относят к асимметричным, содержащим два края поверхности на пути распространения волны поля радиального направления (х).

Конструктивная схема плавникового движителя. Генетический синтез биомеханической структуры гидродвигателя (рис. 2 а), реализующей инверсное волновое движение эластичных плавниковых элементов, установленных вдоль наружной поверхности обтекаемой цилиндрической обечайки, внутри которой расположена синтезируемая структура, основан на анализе процесса формирования бегущей волны (рис. 2 б).

Рис. 2. Волновой плавниковый движитель:

а – общий вид; б – динамика плавникового элемента.

Функционирование исполнительного механизма состоит в деформации эластичных плавниковых элементов, осуществляемой по заданному алгоритму. Деформация достигается возвратно-поступательным вращением дисковых роторов 1, 2 и 3, установленных на главной оси обечайки при их аксиальном расположении. Усилие от дисковых роторов передаётся на вспомогательные оси, жёстко закреплённые на поверхностях указанных роторов, а от вспомогательных осей – к эластичным плавниковым элементам, установленным на упомянутых осях с возможностью вращения. Фазовое смещение гребня волны, бегущей вдоль главной оси, достигается относительным смещением дисковых роторов, находящихся в состоянии возвратно-поступательного вращения. Изменение движения бегущей волны на противоположное направление (инверсия волны) достигается инверсией дисковых роторов, на вспомогательных осях которых установлены эластичные плавниковые элементы.

Электромеханическая структура движителя.Выбор хромосомных наборов, удовлетворяющих целевой функции, производится из базового множества первичных источников поля (рис. 1). В процессе генерации производится выбор только тех хромосомных наборов и структур, которые удовлетворяют функции цели. Обеспечение целевой функции при решении поставленной задачи может быть реализовано на базе источников с тороидными пространственными поверхностями, приводящими к радиальным гибридным структурам (ТП 0.0у) х (ТП 2.0х), которые получены путём скрещивания и обладают расширенной областью функционирования. Окончательное построение структурной композиции 3 (ТП 0.0у) х (ТП 2.0х), достигается совмещением радиальных гибридных структур 1, 2 и 3, установленных на общей оси вращения (рис. 3). Динамику волны (рис. 2 б) обеспечивают поворотом дисковых роторов на соответствующий угол, который определяется разбиением структуры на аксиально - радиальные полюсообразующие фазные зоны (рис. 3), применяемые к хромосомным наборам (фазам) А, В и С совмещённых структур 1, 2 и 3.

Генерацию дальнейших вариантов генетического синтеза электромеханической системы осуществляют с помощью генетических операторов мутации, в основе которых лежат принципы электромагнитной инверсии. Комбинаторные варианты операторов электромагнитной инверсии дают потенциально возможные варианты электромагнитных мутаций результирующей структуры, удовлетворяющих функции цели.

Рис. 3. Совмещённая аксиально - радиальная структура-гибрид

Инверсное вращение подвижных частей в пределах каждой совмещённой структуры обеспечивают генетическим оператором электромагнитной инверсии, применяемым к фазным зонам хромосомных наборов А, В и С структуры и обеспечивающим аксиально-радиальную инверсию поля. Инверсия соответствующих электромагнитных величин структур (порядка чередования фаз АВС - СВА, тока, магнитного потока, направления волны поля фазных пространственно - концентрических обмоток) связана с относительным изменением их радиальной пространственной ориентации на противоположную ориентацию. Для инверсии бегущей волны используют оператор электромагнитной инверсии, последовательно применяемый к совмещённым структурам (фазам) 1, 2 и 3, который обеспечивает аксиальную инверсию поля. Инверсия соответствующих электромагнитных величин фазных пространственно - концентрических обмоток совмещённых структур (порядка чередования фаз 123 – 321) связана с относительным изменением их аксиальной пространственной ориентации на противоположную ориентацию.

Совместное применение генетических операторов инверсии к хромосомным наборам А, В, С совмещённых структур 1, 2, 3 приводит к синтезу источника с аксиально – радиальным трёхмерным распределением поля, удовлетворяющего функции цели и позволяющего получить заданную траекторию пространственного движения подвижных частей. Инверсия электромагнитных величин фазных пространственно - концентрических обмоток результирующей структуры (порядка чередования фаз АВС-СВА, 123 – 321) связана с относительным изменением их аксиально-радиальной пространственной ориентации на противоположную ориентацию.

Выводы. Путём генетического моделирования получены электромеханические структуры бионической системы, исключающие применение промежуточных передач при имитации волнового движения активного элемента. Дальнейшим направлением исследований является получение и исследование математической модели волнового плавникового движителя с электромеханическим преобразователем энергии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Коржев В.К., Чубаров С.Н., Белякова Е.Н. Гидродинамика экологически чистого гидродвигателя, основанного на бионических принципах // Морські біотехнічні системи. - Вип.2. Севастополь: НДЦ ЗСУ "Державний окенаріум". - 2002. С. 77 - 80.

Шайтор Н.М. Генетический синтез сложных электромеханических структур // Зб. наук. праць. - Вип. 1(4). - Севастополь: СВМІ ім П.С. Нахімова. - 2004. - С. 196 - 204.

Шайтор Н.М. Проблемы и перспективы разработки электромеханических преобразователей новых конфигураций // Техническая электродинамика. - 2004. - №.1. - С. 55-59.

Шинкаренко В.Ф. Основи теорії еволюції електромеханічних систем. - К.: Наукова думка, 2002. - 288 с.