Карачун В.В., Мельник В.М.

Національний технічний університет України «КПІ»

резонансне шумогасіння шляхом конструкційної нелінійності

Модель може бути використана у складі інерціальних навігаційних систем гіперзвукових високоточних ракет..

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.

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

Найбільш близьким до корисної моделі за технічною сутністю і досягаємим ефектом є прийнятий за найближчий аналог ПГ, який містить розміщений в тепловому кожуху 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.

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 поплавкового підвісу 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”. 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, поплавкового підвісу, що також знижує точність вимірювань.

В основу корисної моделі поставлена задача зменшення амплітуд генеруємих звуковими хвилями в стінках корпусу та в робочій рідині коливань шляхом резонансного звукопоглинання потужних ударних звукових хвиль установкою на зовнішній оболонковій частині теплового кожуха додаткового співвісного циліндричного перфорованого наскрізними поздовжніми пазами однакової довжини і ширини екрану, відокремленого від поверхні теплового кожуха повітряною порожниною, а поверхням торцевих кришок кожуха надання також перфорованої форми у вигляді радіальних наскрізних пазів однакової довжини і ширини, що зменшить збурення гіровузла енергією звукових хвиль і призведе до зростання 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, згідно корисної моделі новим є те, що на зовнішний оболонковій частині теплового кожуха додатково співвісно установлений циліндричний перфорований наскрізними поздовжніми пазами однакової довжини і ширини екран, відокремлений від поверхні теплового кожуха повітряною порожниною, а поверхням торцевих кришок кожуха надано перфорованої форми у вигляді радіальних наскрізних пазів однакової довжини і ширини.

Зазначені відмітні ознаки забезпечують зміну зовнішньої поверхні оболонкової частини теплового кожуха з гладкої, що має місце в найближчому аналогу, на перфоровану установкою на зовнішній оболонковій частині теплового кожуха додаткового співвісного циліндричного перфорованого наскрізними поздовжніми пазами однакової довжини і ширини екрану, відокремленого від поверхні теплового кожуха повітряною порожниною, а торцевим кришкам кожуха надання перфорованої форми у вигляді радіальних наскрізних пазів однакової довжини і ширини, що, за інших рівних з найближчим аналогом умов, створює додаткове розсіяння енергії проникаючих іззовні потужних ударних хвиль при льотній експлуатації гіперзвукових літальних апаратів, а це знижує збурення ними гіровузла і призводить до зростання точності вимірювань курсу.

На кресленні схематично зображений заявляємий ПГ в поздовжньому (рис. 1) та поперечних А-А (рис.2) і В-В (рис. 3) перерізах.

ПГ містить корпус 1 з циліндричною, діаметром D, порожниною 2, яка частково заповнена робочою рідиною 3. В порожнині 2 корпусу 1, розташований поплавковий підвіс 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 з кришками 11, які перфоровані радіальними наскрізними пазами 12 однакової довжини і ширини і з’єднують навколишнє середовище із повітряним проміжком 15 між корпусом і внутрішньою поверхнею 13 кришок теплового кожуха. На зовнішній оболонковій частині теплового кожуха 10, установлений додатково співвісно циліндричний, перфорований наскрізними поздовжніми пазами 14 однакової довжини і ширини, екран 16, відокремлений від зовнішньої поверхні 17 теплового кожуха повітряною порожниною 18.

Працює ПГ наступним чином.

При дії на корпус 1 звукових хвиль 19, його стінки набувають пружно-напруженого стану і приходять в коливальний рух, випромінюючи в заповнену робочою рідиною порожнину 2 звукові хвилі. Оскільки, на зовнішній поверхні 17 оболонкової частини теплового кожуха 10 установлений співвісно циліндричний перфорований наскрізними поздовжніми пазами 14 однакової довжини і ширини екран 16, а торцеві кришки 11 перфоровані радіальними наскрізними пазами 12 однакової довжини і ширини, замість гладкої поверхні теплового кожуха 10 в найближчому аналогу, відбувається ефективне поглинання енергії звукових хвиль 19 спричиняємим ними коливальним рухом маси повітря в наскрізних пазах 14 на пружній поверхні повітряної порожнини 18 між зовнішньою поверхнею 17 теплового кожуха 10 і екраном 16, а також коливальним рухом маси повітря в наскрізних радіальних пазах 12 на пружних поверхнях повітряних порожнин 15 між внутрішньою поверхнею 13 торцевих кришок 11 і торцями корпуса 1, відповідно. Опір перфорації 12 і 14 звуковим хвилям 19, внаслідок тертя маси повітря о стінки наскрізних пазів, а, отже, і ефективність звукопоглинання, можна регулювати кількістю і розмірами пазів 12 і 14, а також зміною об’єму повітряних порожнин 15 і 18, таким чином зменшуючи амплітуду генеруємих в корпусі 1 пружних коливань, що, в свою чергу, послабляє пружно-напружений стан поверхні поплавкового підвісу 4 значно ослабленою акустичною хвилею 19 і призводить до росту точності вимірювань.