Ilościowe metody analizy incydentów w ruchu lotniczym

Jacek Skorupski

Myślą przewodnią monografii było przedstawienie współczesnych metod ilościowej analizy zdarzeń w transporcie lotniczym. Zaliczają się do nich zarówno metody klasyczne, które po dostosowaniu do stanu obecnej wiedzy są cały czas z powodzeniem stosowane, jak i metody całkiem nowe, w tym kilka autorskich opracowanych w ramach badań autora.   W części wstępnej: scharakteryzowano system zapewniania bezpieczeństwa w ruchu lotniczym, zaproponowano nowe spojrzenie na problematykę analiz bezpieczeństwa, omówiono znaczenie analiz zdarzeń lotniczych jako narzędzia poprawy bezpieczeństwa transportu oraz rolę przypisaną poważnym incydentom lotniczym, których analiza może mieć kluczowe znaczenie w planowaniu proaktywnych działań zmierzających do poprawy bezpieczeństwa transportu lotniczego.   W drugiej części przedstawiono teoretyczne podstawy nowych metod ilościowej analizy zdarzeń, niezbędne do zrozumienia ich istoty oraz możliwości stosowania; problematykę analizy ryzyka z uwypukleniem stosowanych modeli i metod jego szacowania, a także modele przyczynowe stosowane do analizy przyczyn wypadków lotniczych, których przegląd uzupełniono o kilka nowszych, dopiero zdobywających popularność. Można się spodziewać, że niedługo także one znajdą się w głównym nurcie, ponieważ wykorzystują najnowsze zdobycze teorii bezpieczeństwa złożonych systemów antropotechnicznych.

Wprowadzenie do napędu elektrycznego

Włodzimierz Koczara

Stosownie do programu trójstopniowego kształcenia na uczelniach technicznych materiał opracowania został podzielony na trzy części. Pierwsza dotyczy studiów inżynierskich i zawiera zagadnienia podstawowe. Druga, podawana na studiach magisterskich, obejmuje zaawansowane metody i układy sterowania. Natomiast trzecia grupa, realizowana na studiach doktoranckich, jest związana z rozwojem nowych układów napędowych oraz ich sterowania.   Materiał zamieszczony w niniejszej pracy dotyczy studiów inżynierskich, i jako podstawowy, jest przeznaczony dla osób, które po raz pierwszy stykają się z techniką napędu elektrycznego. Uwzględniono fakt, że znaczna część osób, wybierając inne kierunki dyplomowania, nie będzie miała możliwości zetknięcia się z techniką napędu aż do chwili podjęcia pracy zawodowej. Zagadnienia podstawowe są zamieszczone w rozdziałach 1–3 i dotyczą podstawowych definicji, charakterystyk maszyn roboczych i źródeł zasilania. Rozdziały 4–6 zawierają charakterystykę napędów zbudowanych przy wykorzystaniu najczęściej stosowanych maszyn elektrycznych, a w szczególności komutatorowych maszyn prądu stałego, maszyn indukcyjnych klatkowych i pierścieniowych oraz bezszczotkowych maszyn z magnesami trwałymi. Krótka charakterystyka budowy układu napędowego znajduje się w rozdziale 7. Przykłady praktycznych rozwiązań napędów z akcentem wpływu napędu na rozwój techniki znajdują się w rozdziale 8. W nowoczesnych metodach sterowania maszyn prądu przemiennego wykorzystywane są wektory przestrzenne i ich przekształcenia. Aby ułatwić stosowanie technik przekształcania, w Załączniku podano podstawowe transformacje.

Teoria anten na podłożach dielektrycznych

Yevhen Yashchyshyn

Analiza pola elektromagnetycznego w dielektrycznych strukturach wielowarstwowych jest konieczna w wielu praktycznych zagadnieniach, m.in. w geofizyce, propagacji fal oraz systemach radarowych i penetrujących. W pracy szczególną uwagę zwrócono na doprowadzenie wyrażeń opisujących wektorowe pole elektromagnetyczne do postaci przydatnej do obliczeń komputerowych.   Monografia może być wykorzystywana na uczelniach z III stopniem akredytacji, m.in. na Politechnice Warszawskiej, Wrocławskiej, Gdańskiej, Białostockiej i w Wojskowej Akademii Technicznej.

Projektowanie ergonomiczne środków transportu miejskiego

Iwona Grabarek

Monografia ma na celu przybliżenie zagadnienia ergonomicznego projektowania środków transportu miejskiego, który powinien zapewnić komfort podróżowania i mieć cechy transportu „przyjaznego” użytkownikowi. Powinno to pomóc w rozwiązaniu jednego z najistotniejszych problemów współczesnej polityki miejskiej, jakim jest konieczność zmiany przyzwyczajeń komunikacyjnych mieszkańców, prowadząca do zrównoważonej mobilności ‒ zmniejszenia popytu na podróże realizowane transportem indywidualnym na rzecz podróży odbywanych środkami transportu publicznego, rowerem i pieszo.

Laboratorium kinetyki procesów przenoszenia w inżynierii chemicznej

Eugeniusz Molga

Skrypt przeznaczony jest dla studentów kierunku inżynieria chemiczna i procesowa prowadzonego na Wydziale Inżynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej. Zakres i program ćwiczeń laboratoryjnych dostosowane są do programów wykładów i ćwiczeń audytoryjnych z kinetyki procesowej oraz ćwiczeń projektowych z procesów przenoszenia pędu i masy. Są jednocześnie kontynuacją takich przedmiotów jak: chemia fizyczna, mechanika płynów, termodynamika procesowa i wymiana ciepła.   Przedstawione ćwiczenia laboratoryjne związane są bezpośrednio z materiałem przekazywanym na wykładzie i stanowią praktyczne rozwinięcie tego materiału. Na opis każdego ćwiczenia laboratoryjnego składają się: wprowadzenie teoretyczne, opis aparatury, instrukcja wykonania ćwiczenia oraz instrukcja wykonania sprawozdania. Podstawy teoretyczne zawierają opis stosowanej w ćwiczeniu metody doświadczalnej. Opis aparatury wraz z instrukcją wykonania ćwiczenia umożliwiają wyznaczenie odpowiedniego parametru lub zależności charakteryzujących badany proces. Instrukcja wykonania sprawozdania wskazuje, jakie wielkości i/lub zależności należy wyznaczyć z wykorzystaniem wykonanych pomiarów.

Technologia mikrowycinania elektroerozyjnego materiałów trudnoobrabialnych

Dorota Oniszczuk-Świercz

W pracy przedstawiono zagadnienia oddziaływania energii wyładowania elektrycznego na przebieg procesu erozji i skutki jakościowe mikrowycinania elektroerozyjnego trudnoobrabialnych materiałów, czyli Inconelu 718 oraz stopu tytanu Ti6Al4V. Analiza stanu wiedzy, dotycząca badań nad obróbką elektroerozyjną, wskazuje, że ze względu na złożoność zjawisk fizycznych występujących w trakcie wyładowań elektrycznych i ich stochastyczny charakter występują trudności w identyfikacji wpływu parametrów i warunków obróbki na wskaźniki technologiczne. Badania skoncentrowane były na wyznaczeniu oddziaływania energii wyładowania elektrycznego na geometrię śladów pojedynczych wyładowań elektrycznych, cechy topografii i morfologię obrabianej powierzchni, grubość warstwy przetopionej, dyfuzję pierwiastków z elektrod roboczych i występowanie defektów mikrostruktury. Dokonano oceny wpływu energii wyładowania elektrycznego na zjawiska fizyczne determinujące proces usuwania materiału i kształtowania nowych właściwości warstwy wierzchniej. Istotną częścią badań jest wyznaczenie modeli predykcyjnych opisujących wpływ energii wyładowania elektrycznego oraz parametrów wpływających na stabilność procesu na wybrane parametry chropowatości powierzchni i wydajność powierzchniową usuwania materiału. Opracowane modele regresyjne stanowiły podstawę optymalizacji wielokryterialnej procesu mikrowyciania elektroerozyjnego Inconelu 718 oraz stopu tytanu Ti6Al4V. Przeprowadzona analiza zjawisk fizycznych zdeterminowanych przez energię wyładowania elektrycznego oraz właściwości przedmiotu obrabianego.

Metrologia przepływów

Mateusz Turkowski

W książce zwrócono uwagę na najważniejsze właściwości przepływomierzy, ich zalety, ale też zasadnicze ograniczenia poszczególnych rozwiązań, aby ułatwić optymalny z metrologicznego, energetycznego i ekonomicznego punktu widzenia dobór urządzenia. Nie ograniczano się jednak tylko do praktycznych wskazówek. Autor uważa, że głębsza znajomość podstaw teoretycznych funkcjonowania poszczególnych przepływomierzy może być kluczowa dla prawidłowego zaprojektowania instalacji pomiarowej, przez którą rozumie się nie tylko przepływomierz, ale też przylegające odcinki pomiarowe, zawory odcinające, układy obejściowe, tory pomiarowe wielkości wpływających (najczęściej temperatura i ciśnienie) i w końcu przeliczniki umożliwiające korekcję wpływu tych parametrów. Najważniejsze w ujęciu ogólnym właściwości i parametry przepływomierzy przedstawiono w tablicy zamieszczonej na końcu książki.

Wybrane zagadnienia dynamiki układów niezachowawczych

Roman Bogacz, Kurt Frischmuth

W książce omówiono układy dynamiczne, jakimi w szczególności są konstrukcje mechaniczne, szeroko stosowane w praktyce inżynierskiej. Fundamentalnie ważną cechą takich układów jest ich stabilność, często przez inżynierów nazywana statecznością, ujęta jako odporność na zaburzenia stanów równowagi.   Za pierwowzór układów dynamicznych można uznać modele punktów materialnych w polu sił potencjalnych, na przykład opisujące układy ciał niebieskich. Są to zagadnienia o skończonej liczbie stopni swobody. W tej książce natomiast rozpatrywane są układy ciągłe, reprezentujące ciała odkształcalne. Stąd wynika, że należy rozpatrywać funkcje zmiennej przestrzennej, a mianowicie przemieszczenie i prędkość, które razem definiują stan układu i podlegają ewolucji czasowej.   W celu badania ruchu ośrodka ciągłego formułuje się równania ruchu wraz z warunkami początkowymi i brzegowymi, które razem determinują przyszłą trajektorię każdej cząsteczki rozpatrywanego medium. W tym opracowaniu skupimy się na szczególnej klasie zagadnień, a mianowicie na zginaniu belek sprężystych, opisanych teorią Jacoba Bernoulliego, Leonarda Eulera i Daniela Jacobiego.   Równanie Bernoulliego-Eulera, oparte na hipotezie nieodkształconych włókien prostopadłych do linii środkowej belki, dotyczy również prętów i kolumn, o ile są one smukłe, a przekrój jest stały lub umiarkowanie zmienny. W przypadku osiowo ściskanej kolumny już sam L. Euler opisał zjawisko utraty stateczności rozwiązania zerowego, podając analityczne wzory zarówno na siłę krytyczną, jak i na postać przemieszczeń powodujących ugięcie i ewentualnie zniszczenie kolumny.   Okazuje się, że istotny wpływ na wartość siły krytycznej, jak i na postać utraty stabilności, mają warunki brzegowe oraz obciążenia poprzeczne, zależne od przemieszczenia. Takimi obciążeniami są głównie siły spowodowane odkształceniem podłoża, na przykład Winklerowskiego, lub podpór, w tym sprężystych oraz tłumiących, lepkosprężystych. Warunki brzegowe to zwykle utwierdzenie kolumny na dolnym końcu kolumny, podczas gdy górny koniec może być swobodny.   Ciekawsze według autorów są takie warunki jak warunek Becka czy Reuta, które należą do obciążeń siłą śledzącą. W takich przypadkach, w odróżnieniu od obciążeń siłą nieśledzącą, kierunek, moduł lub cząsteczka, do której przykładana jest siła, są zmienne. Na przykład przy kolumnie Becka na górny koniec kolumny działa oprócz siły osiowej, ściskającej o zadanym module, siła poprzeczna, taka, że siła wypadkowa ma zawsze kierunek styczny do linii środkowej kolumny na jej końcu.   W przypadku układów z siłami śledzącymi analiza statyczna, bez uwzględnienia sił bezwładności, nie umożliwia uzyskania poprawnych wyników. Podejście takie w przypadku konserwatywnego obciążenia, to jest warunków brzegowych Eulera, jest dopuszczalne. Istnieje wtedy, przy krytycznej wartości siły, ścieżka stanów równowagi odchodząca od rozwiązania zerowego do dowolnie dużych wychyleń.   Taki scenariusz utraty stabilności nosi nazwę dywergentnej utraty stateczności. Początkowo mylnie sądzono, że skoro takiej opcji nie ma przy warunkach Becka, to kolumna Becka nie ma skończonej siły krytycznej. Okazuje się jednak, że scenariusz jest inny, a siła krytyczna, chociaż kilkakrotnie wyższa od siły Eulera, ma wartość skończoną. Kolumna Becka przy podkrytycznym poziomie obciążenia, lekko wytrącona ze stanu równowagi zerowego, będzie drgać, przy czym amplitudy każdej formy własnej pozostaną na zawsze takie same jak bezpośrednio po pobudzeniu.   Po przekroczeniu poziomu krytycznego co najmniej jedna z form własnych będzie miała rosnącą w czasie amplitudę. Taki sposób utraty stabilności, prowadzący do zniszczenia konstrukcji, nazywamy flutterem.   W książce wykazano, że nie tylko wyżej opisane objawy związane z utratą stabilności różnią układy z siłami śledzącymi od takich z obciążeniami konserwatywnymi. Ważny jest również fakt, że w opisie matematycznym występują operatory niesamosprzężone, a po dyskretyzacji powstają macierze niesymetryczne, gdy analizujemy siły śledzące.   Kontynuując rozważania omówiono podstawowe cechy układów dynamicznych, przytaczając w celu ilustracji wiele popularnych, a także mniej znanych przykładów. Omówiono wstępnie równania i zjawiska, pokazując wykresy – bez wchodzenia na tym etapie w szczegóły metod analizy i w sposoby uzyskiwania wyników. Następnie zajęto się modelowaniem belek i kolumn, wyprowadzając równanie Bernoulliego-Eulera oraz omawiając pewne uogólnienia. Szczególną uwagę skupiono na takich elementach, jak podłoża i podpory, zarówno sprężyste jak i tłumiące, oraz na warunkach brzegowych, w tym Eulera, Reuta i Leipholtza.   Bardzo ważny rozdział poświęcono omówieniu aparatu analitycznego i numerycznego. Metody rozwiązania równań algebraicznych, różniczkowych zwyczajnych i cząstkowych wprowadzono, by je przedyskutować na wstępnych przykładach, a narzędzia dopasowano do potrzeb tej książki.   W kolejnym rozdziale rozpatrzono krzywe charakterystyczne układów opisujących modele poprzednio wprowadzone. Zastosowano przedstawione metody analityczne i numeryczne, uzyskując w ten sposób ważne wyniki dotyczące obiektów badań. Zwrócono przy tym uwagę na wrażliwość wyników na zmiany danych. Celem ostatecznym jest poprawa właściwości badanych konstrukcji w sensie optymalizacji ich parametrów, takich jak cechy materiałowe czy eometryczne.   Maksymalizacja siły krytycznej poprzez dobór kształtu przy niezmiennych kosztach materiału lub minimalizacja kosztów kolumny przy zachowaniu wymaganego poziomu siły krytycznej, to dwa zadania programowania nieliniowego w tym kontekście. Początkowe badania oparto na analizie modalnej, następnie omówiono zastosowania i weryfikację doświadczalną. Podano także wyniki uzyskane z wykorzystaniem symulacji dynamicznej. Numeryczne rozwiązanie zagadnień początkowych dotyczących zdyskretyzowanych równań ruchu możliwe jest nawet w wielu przypadkach, w których dotychczas prezentowane metody zawodzą. W szczególności wpływy nieliniowości oraz czynników losowych mogą być ujęte ilościowo poprzez zastosowanie technik symulacji dynamicznej.   Autorzy, prowadząc wykłady na studiach doktoranckich Politechnik Warszawskiej, Krakowskiej i Koszalińskiej, mają nadzieję, że niniejsza książka będzie pomocna młodym badaczom kierunków mechanicznych. Liczymy na stabilne warunki oraz dalszy dynamiczny rozwój wyłożonej teorii i jej implementacji w sztuce inżynierskiej.