Ж.І. Остапенко, Л.С. Руденко, В.М. Мельник

Національний технічний університет України «КПІ»

АКУСТИЧНИЙ КОМФОРТ ДЛЯ ПОПЛАВКОВОГО ГІРОСКОПУ ПРИ ЛЬОТНІЙ ЕКСПЛУАТАЦІЇ

Технічне рішення належить до точного машинобудування, а саме до поплавкових гіроскопів, і може бути використаним у складі інерціальних навігаційних систем гіперзвукових високоточних протикорабельних крилатих ракет, надзвукової авіації, літаючих роботів та інших гіперзвукових літальних апаратів, які при льотній експлуатації підвладні дії потужного ультразвукового випромінювання.

В основу конструкції поставлена задача зменшення амплітуд генеруємих звуковими хвилями в стінках корпусу поплавкового гіроскопу та в рідинностатичній частині підвісу коливань шляхом обладнання корпуса поплавкового гіроскопа ззовні циліндричною рубашкою на його оболонковій частині з дискретно-неперервними, визначеної повторності, трикутної форми в перерізі, ребрами вздовж утворюючої циліндра, виготовленими з акустично м’якого матеріалу, і розміщеної усередині теплового кожуху, що зменшить збурення корпуса поплавкового гіроскопу, а також рідинностатичної складової підвісу і, відповідно, гіровузла, енергією звукових хвиль, що призведе до зменшення похибок вимірювання кутової швидкості.

Поставлена задача вирішується тим, що пропонуєма конструкція усуває недоліки відомого рішення, прийнятого за найближчий аналог, і пропонує нове ефективне технічне рішення з новим технічним результатом.

Поплавковий гіроскоп містить циліндричний корпус з внутрішньою циліндричною, частково заповненою робочою рідиною, порожниною і розташованими в порожнині корпуса герметичним поплавковим підвісом з гіромотором та датчиками кута і моментів для визначення кутової швидкості літального апарату, встановленим на опорах в торцях корпусу, на зовнішній частині корпуса розміщено тепловий кожух, згідно заявленого винаходу новим є те, що корпус поплавкового гіроскопа ззовні обладнаний циліндричною рубашкою на оболонковій частині з дискретно-неперервними, визначеної повторності, трикутної форми в перерізі, ребрами вздовж утворюючої циліндра, виготовленими з акустично м’якого матеріалу, і розміщеною усередині теплового кожуху [2, 3].

Аналіз причинно-наслідкових зв’язків дає підстави дійти висновку, що наведені ознаки заявленого поплавкового гіроскопа належать до суттєвих, бо забезпечують досягнення нового технічного результату, вигідно відрізняючи заявлений винахід від відомих аналогів і найближчого аналогу.

Технічний результат від використання пропонуємої конструкції поплавкового гіроскопу забезпечується шляхом обладнання корпуса поплавкового гіроскопа ззовні циліндричною рубашкою на його оболонковій частині з дискретно-переревнимим, визначеної повторності, трикутної форми в перерізі, ребрами вздовж утворюючої циліндра, виготовленими з акустично м’якого матеріалу, і розміщеного усередині теплового кожуху, що за інших, рівних з найближчим аналогом умов, створює додаткове розсіяння енергії проникаючого ззовні ультразвукового променя, ліквідує загрозу виникнення хвильового співпадання сліду генеруємої колової швидкості коливань корпуса і хвилі ультразвукового променя і породженої цим явищем «акустичної прозорості», яка проявляється тільки за фіксованого значення кута падіння звукової хвилі, а це знижує збурення рідинностатичної складової підвісу і гіровузла, що призводить до зменшення похибок визначення кутової швидкості літального апарату.

Сукупність наведених ознак поплавкового гіроскопа забезпечує досягнення нового технічного результату.

Поплавковий гіроскоп (рис. 1) використовується у складі інерціальних навігаційних систем літальних апаратів, які при льотній експлуатації підвладні дії потужного ультразвукового випромінювання, і містить 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 кутової швидкості літального апарату. На зовнішній поверхні 9 корпуса 1 розміщена циліндрична рубашка 10 з дискретно-неперервними ребрами 11 трикутної форми в перерізі, на яку надітий тепловий кожух 12 з діаметром D₁ внутрішньої поверхні.

Робота поплавкового гіроскопа здійснюється наступним чином.

При дії на поплавковий гіроскоп ультразвукового променя 13, частина його 12 відбивається від поверхні теплового кожуха, а інша частка проходить крізь тепловий кожух 12 і падає на трикутні ребра жорсткості 11, де втрачає ще частину звукової енергії в повітряному проміжку та внаслідок відбиття, зміни напряму руху та поглинання коливань акустично м’якою поверхнею ребер 11. Резонанс генеруємих ультразвуковим променем колових коливань в корпусі 1 поплавкового гіроскопу (хвильове співпадання, або геометричний резонанс) з падаючою звуковою хвилею може статися лише за певного для конструкції кута падіння і породити явище «акустичної прозорості», коли ультразвуковий промінь буде проходити без перешкод всередину поплавкового гіроскопа, тому треба виключити можливість виникнення такої ситуації, саме це і дозволяє зробити рубашка поплавкового гіроскопа з пружними ребрами [4, 5]. За рахунок рубашки з ребрами трикутної форми з акустично м’якого матеріалу, забезпечується ефективна дисипація звукової енергії в проміжку між тепловим кожухом і рубашкою, а обрана геометрія і розташування ребер виключать навіть можливість пройдешньої частки ультразвукового випромінювання надійти по поверхні корпуса 1 під кутом співпадання і викликати співпадання сліду генеруємих в корпусі колових коливань і падаючої хвилі 13 (рис. 2).

Таким чином, використання заявленого поплавкового гіроскопа дозволить, за допомогою нових властивостей, збільшити інтенсивність розсіяння енергії ультразвукового випромінювання і забезпечити ефективний захист гіровузла від збурення звуковими хвилями, що суттєво зменшить

похибки вимірювань кутової швидкості гіперзвукових літальних апаратів.

Рис. 1 Рис. 2

Джерела інформації:

1. А.с. СССР № 1779129, Поплавковий гіроскоп [Текст]/ G01С19/20, 1996.

2. Данилин, В.П.. Гироскопические приборы [Текст]: уч. пособие/ В.П. Данилин. – М.: Высш. шк., 1965. - 539 с.

3. Ригли, У. Теория, проектирование и испытание гироскопов [Текст]: пер. с анг./ У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард.. – М.: Мир, 1972. - 416 с.

4. Шендеров, Е.Л. Волновые задачи гидроакустики [Текст]: моногр./ Е.Л. Шендеров – Л.: Судостроение, 1972. - 352 с.

5. Мельник, В.Н. Гипезвуковые технологии и некоторые проблемы навигации [Текст]: моногр./ В.Н. Мельник, В.В. Карачун: - К. «Корнейчук», 2013. –135 с.