Мельник В.М.

Національний технічний університет України «КПІ»

РОЗСІЯННЯ ЗВУКОВИХ ХВИЛЬ ПЕРФОРОВАНИМ ЕКРАНОМ

Конструкція належить до точного машинобудування, а саме до поплавкових гіроскопів, і може бути використана у складі інерціальних навігаційних систем гіперзвукових високоточних ракет, надзвукової авіації, літаючих роботів та інших гіперзвукових літальних апаратів, які при льотній експлуатації підвладні дії потужних ударних звукових хвиль.

Відомий поплавковий гіроскоп (ПГ), який містить сферичний корпус із сферичною, частково заповненою робочою рідиною, порожниною і розміщений в корпусі гіровузол (поплавок) з опорами і датчиками кута і моментів [А.с. СССР № 1779129, G01С19/20, 1996].

Недолік цього ПГ полягає в складності виготовлення та балансировки внаслідок наявності в його конструкції деталей з поверхнями сферичної форми.

Відомий також ПГ, який містить розміщений в тепловому кожусі циліндричний корпус з внутрішньою циліндричною, частково заповненою робочою рідиною, порожниною і розміщений в порожнині корпусу герметичний гіровузол з опорами і датчиками кута і моментів для визначення курсу [У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард. Теория, проектирование и испытание гироскопов. – М.: Мир, 1972].

Відомий ПГ простіший у виготовленні та балансуванні, але він недостатньо ефективно захищає гіровузол від збурення проникаючими потужними ударними звуковими хвилями, що знижує точність вимірювань і є основним його недоліком.

Зазначений недолік обумовлений тим, що робоча рідина рідинностатичної складової підвісу вже початково слугує добрим транслятором звукових хвиль. Нагріваючись ізсередини від гіромотора, рідина зменшує швидкість проникаючих іззовні звукових хвиль, і, тим самим, знижує збурення поверхні гіровузла і породжене цим небажане явище дифракції звукових хвиль із значним підвищенням амплітуди вимушених пружних коливань його поверхні, які сприймаються гіровузлом за вхідний сигнал, в дійсності будучи “хибним” [В.Н. Мельник, В.В. Карачун. Нелинейные колебания в полиагрегатном подвесе гироскопа. – К.: «Корнейчук», 2008]. Підвищення температури рідини слугує сигналом для дії системи терморегуляції, що знаходиться в тепловому кожуху, і рідина буде охолоджуватися до необхідної температури, внаслідок чого буде зростати швидкість пройдешніх звукових хвиль і відповідно будуть рости амплітуди вимушених коливань поверхні підвісу і, відповідно, знижуватися точність вимірювань.

Іншою причиною зниження точності вимірювань ПГ є те, що тепловий кожух віддаючи назовні, в оточуюче середовище, надлишкове тепло підігріває повітря поза корпусом і, тим самим, підвищує швидкість проникаючих іззовні акустичних хвиль, що збільшує амплітуду збурених коливань поверхні корпусу ПГ і, відповідно, гіровузла, що також знижує точність вимірювань.

В основу пропонує мого технічного рішенняпоставлена задача зменшення амплітуд генеруємих звуковими хвилями в стінках корпусу та в робочій рідині коливань шляхом зміни конструкції теплового кожуха і надання його бічній поверхні наскрізних поздовжних прорізів однакової ширини і довжини, а внутрішній поверхні теплового кожуха, окрім торців де встановлений корпус ПГ, надання більшого ніж у корпуса діаметра для створення між ними циліндричної повітряної порожнини, що зменшить збурення корпуса ПГ і, відповідно, гіровузла енергією звукових хвиль, і призведе до росту точності вимірювань курсу.

Поставлена задача вирішується тим, що в ПГ, який містить розміщений в тепловому кожуху циліндричний корпус з внутрішньою циліндричною, частково заповненою робочою рідиною, порожниною і розміщеним в порожнині корпусу герметичним гіровузлом з опорами і датчиками кута і моментів для визначення курсу, новим є те, що бічна поверхня теплового кожуха виконана дискретно-неперервно перфорованою наскрізними поздовжніми прорізями однакової ширини і довжини, а внутрішня поверхня теплового кожуха, окрім торців де встановлюється корпус ПГ, має більший ніж корпус діаметр і утворює циліндричну повітряну порожнину між корпусом і тепловим кожухом.

Зазначені відмітні ознаки забезпечують зміну циліндричної форми бічної поверхні теплового кожуха з гладкої на дискретно-неперервно перфоровану наскрізними поздовжніми прорізями однакової ширини і довжини, а більший за корпус діаметр внутрішньої поверхні теплового кожуха, окрім торців для встановлення корпусу ПГ, утворює циліндричну повітряну порожнину між корпусом і тепловим кожухом (резонансний екран), створює додаткове розсіяння енергії проникаючих іззовні потужних ударних звукових хвиль при льотній експлуатації гіперзвукових літальних апаратів, ними гіровузла і призводить до зростання точності визначення курса об’єкта.

На кресленні схематично зображений заявляемий ПГ в поздовжньому (рис. 1) та поперечному А-А перерізі (рис. 2).

Корпус 1 з циліндричною, діаметром D, порожниною 2, яка частково заповнена робочою рідиною 3. В порожнині 2 корпусу 1, розташований гіровузол 4 з гіромотором 5, який встановлюється на опорах 6 і має датчик кута 7 і датчик моментів 8 для визначення курсу. На зовнішній поверхні 9 корпуса 1 розміщений тепловий кожух 10, зовнішня поверхня 11 якого дискретно-неперервно перфорована наскрізними поздовжніми прорізями 12 однакової ширини і довжини, а внутрішня поверхня теплового кожуха, окрім торців, де встановлюється корпус ПГ, має діаметр D₁, більший за діаметр корпуса D, внаслідок чого утворюється циліндрична повітряна порожнина 14.

При дії на корпус 1 звукових хвиль 13, його стінки набувають пружно-напруженого стану і приходять в коливальний рух. Оскільки, на зовнішній поверхні 9 корпуса 1 встановлений тепловий кожух 10 з перфорацією наскрізними поздовжніми прорізями 12 однакової ширини і довжини, а внутрішня поверхня теплового кожуха, окрім торців де встановлюється корпус ПГ, має більший ніж у корпуса діаметр і утворює циліндричну повітряну порожнину 14 (резонансний екран) між корпусом 1 і тепловим кожухом 10, яка з’єднана із наскрізними прорізями 12, відбувається ефективне розсіювання енергії звукових хвиль 13 спричиняємим коливальним рухом маси повітря в прорізях перфорації 12 на пружній поверхні циліндричної повітряної порожнини, а, отже, і зменшується амплітуда генеруємих в корпусі 1 пружних коливань, що в свою чергу, послабляє пружно-напружений стан поверхні гіровузла 4 пройдешньою, значно ослабленою, акустичною [А.Е. Колесников. Шум и вибрация. – Л.: Судостроение, 1988]. За рахунок перфорації поверхні теплового кожуха і створення резонансного екрана, забезпечується більш інтенсивне розсіювання енергії звукових хвиль спричиняемим ними коливальним рухом маси повітря в прорізях перфорації на пружній поверхні циліндричної повітряної порожнини між корпусом і тепловим кожухом і послаблення рівня проникаючого всередину поплавкового гіроскопа випромінювання, що знижує збурення гіровузла і призводить до росту точності вимірювань.

Рис. 1 Рис. 2