Розробка геометричної моделі нового способу доставки вогнегасних речовин в зону віддаленої пожежі

Автор(и)

  • Leonid Kutsenko Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0003-1554-8848
  • Volodymyr Vanin Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0001-7008-7269
  • Andrii Naidysh Мелітопольський державний педагогічний університет імені Богдана Хмельницького вул. Гетьманська, 20, м. Мелітополь, Україна, 72300, Україна https://orcid.org/0000-0003-4057-7085
  • Sergii Nazarenko Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0003-0891-0335
  • Andrii Kalynovskyi Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0002-1021-5799
  • Andrii Cherniavskyi Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070, Україна https://orcid.org/0000-0003-3520-9755
  • Olga Shoman Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-3660-0441
  • Victoria Semenova-Kulish Український державний університет залізничного транспорту пл. Фейєрбаха, 7, м. Харків, Україна, 61050, Україна https://orcid.org/0000-0003-4807-0625
  • Oleksandr Polivanov Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023, Україна https://orcid.org/0000-0002-6396-1680
  • Elizaveta Sivak Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-5526-8544

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.209382

Ключові слова:

геометричне моделювання, гантелеподібна форма контейнеру, рівняння Лагранжа другого роду, обертово-поступальний рух контейнера

Анотація

Запропонована геометрична модель нового способу доставки вогнегасної речовини в зону пожежі, розташованої на значній відстані. Ідея доставки основана на механічній операції метання. Для цього речовину (наприклад, вогнегасний порошок) поміщають у тверду оболонку – спеціальний контейнер. Після доставки за допомогою стартового пристрою до місця пожежі контейнер повинен вивільнити речовину, що сприятиме гасінню пожежі.

У відомому способі віддаленої доставки вогнегасної речовини використовується пневматична гармата з контейнером циліндричної форми. В процесі доставки циліндр повинен обертатися навколо своєї осі для забезпечення стійкості руху. Розкручування циліндра при його проходженні дулом гармати виконує спеціальна турбіна. При функціонуванні турбіни виникають складнощі регулювання розподілу потоків стисненого повітря. Крім того, потрібно слідкувати за герметичністю пневматичної частини гармати.

У новому способі доставки використовується контейнер у вигляді двох рознесених вантажів, подібний спортивній гантелі. Ініціювання руху гантелі здійснюється завдяки одночасній дії вибухових імпульсів, спрямованих на кожний її вантаж заздалегідь розрахованим чином. В результаті утворюється обертово-поступальний рух контейнера. Для опису динаміки руху гантелі визначено лагранжіан, а також складено та розв’язано систему диференціальних рівнянь Лагранжа другого роду. Наведено приклади моделювання траєкторій руху центрів мас вантажів гантелі з урахуванням опору повітря.

Запропонований спосіб планується покласти в основу нової технології пожежогасіння. Про це свідчить нова схема запуску гантелі за допомогою вибухових імпульсів зарядів двох піропатронів. Одержані результати дозволяють оцінити необхідні для метання величини вибухових імпульсів, а також оцінити відповідні значення відстаней доставки гантелі

Біографії авторів

Leonid Kutsenko, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Доктор технічних наук, професор

Кафедра інженерної та аварійно-рятувальної техніки

Volodymyr Vanin, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Доктор технічних наук, професор

Кафедра нарисної геометрії, інженерної та комп’ютерної графіки

Andrii Naidysh, Мелітопольський державний педагогічний університет імені Богдана Хмельницького вул. Гетьманська, 20, м. Мелітополь, Україна, 72300

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра прикладної математики та інформаційних технологій

Sergii Nazarenko, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат технічних наук

Кафедра інженерної та аварійно-рятувальної техніки

Andrii Kalynovskyi, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра інженерної та аварій-рятувальної техніки

Andrii Cherniavskyi, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070

Кандидат технічних наук, доцент, завідувач кафедри

Кафедра нарисної геометрії і комп’ютерного моделювання

Olga Shoman, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра геометричного моделювання та комп’ютерної графіки

Victoria Semenova-Kulish, Український державний університет залізничного транспорту пл. Фейєрбаха, 7, м. Харків, Україна, 61050

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра нарисної геометрії та комп'ютерної графіки

Oleksandr Polivanov, Національний університет цивільного захисту України вул. Чернишевська, 94, м. Харків, Україна, 61023

Ад’юнкт

Кафедра інженерної та аварій-рятувальної техніки

Elizaveta Sivak, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра геометричного моделювання та комп'ютерної графіки

Посилання

  1. Zahmatov, V. D. (2011). Perspective modern development of fire-fighting technique and novelties for forest fire-fighting. Pozharovzryvobezopasnost', 20 (2), 47–59.
  2. Artsibashev, E. S., Gusev, V. G. (2002). Aviatsionnye sposoby bor'by s lesnymi pozharami v usloviyah radiatsionnogo zagryazneniya radionuklidami. Gomel': AN Belarusi, 190.
  3. Roponen, J. (2015). Simulating artillery fire in forest environment. Aalto University, 58.
  4. Dullum, O. S., Fulmer, K., Jenzen-Jones, N. R., Lincoln-Jones, C., Palacio, D. G.; Jenzen-Jones, N. R. (Ed.) (2017). Indirect Fire: A technical analysis of the employment, accuracy, and effects of indirect-fire artillery weapons. Perth: Armament Research Services (ARES), 93.
  5. Balanyuk, V. M. (2016). Firefighting series of shock waves. Problemy pozharnoy bezopasnosti, 40, 26–34.
  6. Govalenkov, S. V., Dubinin, D. P. (2009). Primenenie vzryvnogo sposoba dlya bor'by s lesnymi pozharami. Systemy obrobky informatsiyi, 2 (76), 135–139.
  7. Modernizovana pozhezhna mashyna HPM-54-01. Available at: https://www.tank.lviv.ua/ua/productions/details/gpm5401
  8. Kovalev, O. O., Kalinovsky, A. Y., Polivanov, O. G. (2019). Development of individual aspects of container method of fire extinguishing. Fire Safety, 34, 35–42. doi: https://doi.org/10.32447/10.32447/20786662.34.2019.06
  9. Larin, A., Krivоshei, B., Polivanov, A. (2018). Analysis of the available substances use and methods of their delivery for fire expansion. Municipal Economy of Cities, 7 (146), 146–150. doi: https://doi.org/10.33042/2522-1809-2018-7-146-146-150
  10. Kovalenko, R., Kalynovskyi, A., Nazarenko, S., Kryvoshei, B., Grinchenko, E., Demydov, Z. et. al. (2019). Development of a method of completing emergency rescue units with emergency vehicles. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (3 (100)), 54–62. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.175110
  11. Larin, O., Morozov, O., Nazarenko, S., Chernobay, G., Kalynovskyi, A., Kovalenko, R. et. al. (2019). Determining mechanical properties of a pressure fire hose the type of «T». Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (7 (102)), 63–70. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.184645
  12. Kalynovsky, A. Ya., Kovalenko, R. I. (2017). Statistical Study of the Nature of Hazardous Events Which are in the Kharkov City. Komunalne hospodarstvo mist, 135, 159–166.
  13. Khilko, Yu., Meleschenko, R. (2017). Determination of parameters of fire extinguishing efficiency of the troop landing of powder-like mixtures from containers. Problemy pozharnoy bezopasnosti, 41, 196–200.
  14. Sakun, O. V. (2018). Dynamic loads in the gas-detonation device for shooting of containers with extinguishing substances. Problemy nadzvychainykh sytuatsiy, 27, 93–103.
  15. TSarev, A. M., ZHuykov, D. A. (2007). Mekhanika deystviya perspektivnyh ognetushaschih sostavov v ustanovkah pozharotusheniya stvolovogo tipa konteynernoy dostavki metodom metaniya. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN, 2, 458–464.
  16. Tsarev, A. M., Zhujkov, D. A. (2007). Questions of external ballistics of flight of the container for delivery of fire-extinguishing stuffs in containers by method of the throwing with application of installations of gun-tube type. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN, 9 (3), 786–795.
  17. Karishin, A. V., Tsarev, A. M., Zhuykov, D. A., Yakovlev, G. G. (2007). Reshenie problemy effektivnosti tusheniya pozharov s primeneniem stvolovyh ustanovok konteynernoy dostavki ognetushaschih veschestv. Pozharovzryvobezopasnost', 16 (3), 72–82.
  18. Kutsenko, L., Kalynovskyi, A., Polivanov, O. (2020). Geometric modeling method throwing fire fighting. Applied geometry and engineering graphics, 98, 94–103. doi: https://doi.org/10.32347/0131-579x.2020.98.94-103
  19. Babaiev, O. A., Kryshtal, V. F. (2015). Teoretychna mekhanika-3. Zahalni teoremy dynamiky ta elementy analitychnoi mekhaniky. K.: NTUU “KPI”, 82.
  20. Egorov, A. D., Potapova, I. A. (2020). Teorema Keniga: Prostoy primer. doi: http://doi.org/10.13140/RG.2.2.36728.39684
  21. Siano, D. B. (2013). Trebuchet Mechanics. Available at: http://www.algobeautytreb.com/trebmath356.pdf
  22. Mosher, A. (2009). A Mathematical Model for a Trebuchet. Available at: https://classes.engineering.wustl.edu/2009/fall/ese251/presentations/(AAM_13)Trebuchet.pdf
  23. Rutan, S., Wieczorec, B. (2005). Modern Siege Weapons: Mechanics of the Trebuchet. Available at: https://mse.redwoods.edu/darnold/math55/DEProj/sp05/bshawn/presentation.pdf
  24. Balazs, G. (2016). Mobile launching trebuchet for UAVS. 30-th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences. Daejeon, 1–7.
  25. Balazs, G. (2015). UAV innovativ inditasa – korszeru megoldas a kozepkorbol. Repulastudomanyi kozlemenyek, 3, 37–50. Available at: http://www.repulestudomany.hu/folyoirat/2015_3/2015-3-03-0229_Gati_Balazs.pdf
  26. Kutsenko, L., Semkiv, O., Kalynovskyi, A., Piksasov, M., Suharkova, E. (2017). Geometric model of mobile device to launch unmanned aerial vehicles. ScienceRise, 12 (1), 57–62. doi: https://doi.org/10.15587/2313-8416.2017.117920
  27. Bell, G. (2015). What is the ‘best’trebuchet? Available at: http://grahambell.com.au/wpcontent/uploads/2017/11/GBellTrebuchetPaper2.pdf
  28. Higginbotham, S. (2014). Trebuchet Analysis. Available at: https://dokumen.tips/download/link/analysis-of-trebuchet
  29. Constans, E. (2017). A Lagrangian Simulation of the Floating-Arm Trebuchet. The College Mathematics Journal, 48 (3), 179–187. doi: https://doi.org/10.4169/college.math.j.48.3.179
  30. How to Simulate a Trebuchet Part 3: The Floating-Arm Trebuchet. Available at: http://www.benchtophybrid.com/How_to_Simulate_a_Trebuchet_Part3.pdf
  31. Kutsenko, L., Semkiv, O., Zapolskiy, L. (2020). Model disclosures of a four-link rod structure with a moving reference point. Modern problems of modeling, 17, 47–53. doi: https://doi.org/10.33842/2313-125x/2019/17/47/53
  32. Kutsenko, L. M., Zapolskyi, L. L. (2018). Heometrychne modeliuvannia peremishchennia v nevahomosti chotyrylankovoho maiatnyka z rukhomoiu tochkoiu kriplennia. Visnyk Khersonskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu, 3 (66), 153–158.
  33. Mass matrix. Rotating dumbbell. Available at: https://en.wikipedia.org/wiki/Mass_matrix
  34. Rostamian, R. (2018). A Guided Tour of Analytical Mechanics with animations in MAPLE. Department of Mathematics and Statistics UMBC, 111.
  35. Rostamian, R. (2018). MATH 490: Special Topics in Mathematics Analytical Mechanics. Fall 2018 Course information. Available at: https://userpages.umbc.edu/~rostamia/2018-09-math490/
  36. Dvizhenie tela, broshennogo pod uglom k gorizontu. Zakony podobiya. Available at: https://lawbooks.news/informatika_961/dvijenie-tela-broshennogo-pod-uglom-gorizontu-69582.html
  37. Dvizhenie tela v pole tyazhesti s uchetom soprotivleniya vozduha. Available at: https://glebgrenkin.blogspot.com/2014/03/blog-post.html
  38. Buyanova, L. V., Zhuravlev, E. I. (2015). Metodika proektirovaniya pirotekhnicheskih ustroystv sistem otdeleniya. Inzhenerniy vestnik, 7, 56–62.
  39. Pirotekhnicheskoe ustroystvo dlya sozdaniya udarnyh vozdeystviy. Available at: https://findpatent.ru/patent/239/2394217.html
  40. Kutsenko, L. M., Kalynovskyi, A. Ya., Polivanov, O. H. (2020). Animatsiyni iliustratsii do statti "Kompiuterne modeliuvannia novoi tekhnolohiyi viddalenoi dostavky zasobiv hasinnia pozhezh". Available at: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/10860

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-08-31

Як цитувати

Kutsenko, L., Vanin, V., Naidysh, A., Nazarenko, S., Kalynovskyi, A., Cherniavskyi, A., Shoman, O., Semenova-Kulish, V., Polivanov, O., & Sivak, E. (2020). Розробка геометричної моделі нового способу доставки вогнегасних речовин в зону віддаленої пожежі. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(7 (106), 88–102. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.209382

Номер

Том 4 № 7 (106) (2020): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Leonid Kutsenko, Volodymyr Vanin, Andrii Naidysh, Sergii Nazarenko, Andrii Kalynovskyi, Andrii Cherniavskyi, Olga Shoman, Victoria Semenova-Kulish, Oleksandr Polivanov, Elizaveta Sivak

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.