Библиографическое описание:

Шибецкий В. Ю. Влияние гауссовой кривизны подвеса поплавкового гироскопа на упругую податливость в акустическом поле // Молодой ученый. — 2012. — №12. — С. 116-120.

Летательные аппараты, такие как Тактическая Палубная Авиация (ТПА), Стратегическая бомбардировочная авиация (СБА), ракеты класса "воздух-воздух", зенитные управляемые ракеты, ракеты класса "вода-воздух", движущихся по пониженным траекториям со сверхзвуковой скоростью, и другие реактивные аппараты образуют аэродинамический поток, который порождает звуковой удар [1].

Доказано, что при пространственном волновом воздействии на подвес, например, проникающего акустического излучения высокой интенсивности, механические системы переходят в разряд импедансных и возникающее упруго-напряженное состояние подвеса гироскопа воспринимается им как полезный сигнал, на самом деле являясь ложным. Объяснения природы этого явления базируется на необходимости учета одновременного действия не менее двух факторов - например, проникающего акустического излучения и кинематической возмущения, действующего на прибор со стороны фюзеляжа [2]. Отсюда и расчетные модели получают особенности, обусловленные имеющимся соотношением длины полуволны пространственного возмущения и габаритных размеров элемента. Очевидной становится необходимость учета также таких явлений как парусность и остаточная плавучесть, зон каустик и т. п.

Нулевая гауссова кривизна является причиной возникновения значительных колебательных процессов на поверхности подвеса по трем направлениям. Очевидно, что имеет место взаимное влияние колебаний [3].

Уменьшение амплитуд генерируемых колебаний приведет к изменению напряженного состояния подвеса и, следовательно, к уменьшению ложной угловой скорости, которая является следствием этого состояния.

Целью данного исследования является анализ влияния гауссовой кривизны подвеса поплавкового гироскопа на уровень генерируемых в подвесе колебательных процессов. Для конкретности форма поплавкового подвеса выполнена в виде катеноида.

Количественный анализ динамики поверхности поплавкового подвеса в акустическом поле проведено для случая плоской монохроматической волны избыточного давления. Результаты взаимодействия с плоской волной могут быть легко обобщены на случай диффузного акустического поля операцией усреднения по Пэрису.

Для численного анализа используется расчетная модель, аналогом которой служит датчик угловых скоростей класса ДУС с жидкостатическим подвесом, который изготавливается серийно авиационной промышленностью [4]. Для конкретности принято:

Радиус будет функцией координаты , т.е.

,

где – прогиб образующей цилиндра в среднем шпангоуте; – безразмерная координата протяженности подвеса.

Для конкретности принято: , .

Вариативные составляющие:

от до с шагом ;

от до с шагом ;

то до с шагом .

Расчеты проводились с использованием пакета Mathcad. В соответствии с расчетной моделью была разработана программа обработки данных.

Значение максимальных упругих перемещений , , приведены в табл. 1, табл. 2, табл. 3 соответственно.


Таблица 1

Максимальные упругие перемещения

,

,

600

0,473·10-8

0,946·10-8

1,419·10-8

1,892·10-8

1200

0,4344·10-8

0,8688·10-8

1,3032·10-8

1,7376·10-8

1800

0,3734·10-8

0,7468·10-8

1,1202·10-8

1,4936·10-8

2400

0,295·10-8

0,59·10-8

0,885·10-8

1,18·10-8

3000

0,2052·10-8

0,4104·10-8

0,6156·10-8

0,8208·10-8

3600

0,1106·10-8

0,2212·10-8

0,3318·10-8

0,4424·10-8

4200

-0,02501·10-8

-0,05002·10-8

-0,07503·10-8

-0,10004·10-8

4800

-0,06607·10-8

-0,13214·10-8

-0,19821·10-8

-0,26428·10-8

5400

-0,137·10-8

-0,274·10-8

-0,411·10-8

-0,548·10-8

6000

-0,191·10-8

-0,382·10-8

-0,573·10-8

-0,764·10-8


Таблица 2

Максимальные упругие перемещения

,

,

600

1,252·10-8

2,504·10-8

3,756·10-8

5,008·10-8

1200

1,246·10-8

2,492·10-8

3,738·10-8

4,984·10-8

1800

1,237·10-8

2,474·10-8

3,711·10-8

4,948·10-8

2400

1,225·10-8

2,45·10-8

3,675·10-8

4,9·10-8

3000

1,212·10-8

2,424·10-8

3,636·10-8

4,848·10-8

3600

1,198·10-8

2,396·10-8

3,594·10-8

4,792·10-8

4200

1,185·10-8

2,37·10-8

3,555·10-8

4,74·10-8

4800

1,173·10-8

2,346·10-8

3,519·10-8

4,692·10-8

5400

1,163·10-8

2,326·10-8

3,489·10-8

4,652·10-8

6000

1,154·10-8

2,308·10-8

3,462·10-8

4,616·10-8


Таблица 3

Максимальные упругие перемещения

,

,

600

0,7837·10-8

1,5674·10-8

2,3511·10-8

3,1348·10-8

1200

0,7817·10-8

1,5634·10-8

2,3451·10-8

3,1268·10-8

1800

0,7785·10-8

1,557·10-8

2,3355·10-8

3,114·10-8

2400

0,7743·10-8

1,5486·10-8

2,3229·10-8

3,0972·10-8

3000

0,7694·10-8

1,5388·10-8

2,3082·10-8

3,0776·10-8

3600

0,7639·10-8

1,5278·10-8

2,2917·10-8

3,0556·10-8

4200

0,7582·10-8

1,5164·10-8

2,2746·10-8

3,0328·10-8

4800

0,7526·10-8

1,5052·10-8

2,2578·10-8

3,0104·10-8

5400

0,7471·10-8

1,4942·10-8

2,2413·10-8

2,9884·10-8

6000

0,7412·10-8

1,4824·10-8

2,2236·10-8

2,9648·10-8


Как видно из приведенного, для гауссовой кривизны максимальные значения упругих перемещений поверхности вдоль параллели и вдоль протяжности подвеса под действием плоской акустической волны практически такие же, как и для классического кругового цилиндра. В то же время, значение прогибов в плоскости шпангоута уменьшились практически в два раза и составили при , при , при и при .

Максимальные значения упругих перемещений вдоль протяженности равны на частоте звуковой волны соответственно при , при , при и при .

Максимальные перемещения на частоте достигают значений – при , при , при и при .

Внешний вид упруго-деформируемой поверхности подвеса для стационарной задачи , , изображенный на рис. 1.


Рис. 1. Поверхность поплавкового подвеса в форме катеноида в аксонометрии
и фронтальной плоскости при а) , б) , в)


Внешний вид подвеса катеноидной формы для значений акустического давления в изображен на рис. 2.

Рис. 2. Поверхность подвеса под действием различных уровней акустического давления при : а) б) в)


Очевидно, что повышение уровня избыточного давления приводит к увеличению упругих перемещений поверхности подвеса поплавкового гироскопа и, как следствие, к росту напряженного состояния поверхности поплавка, воспринимаемого гироскопом как полезный сигнал

Литература:
  1. Ишлинский, А. Ю. Ориентация, гироскопы и инерциальная навигация [Текст] / Ин-т проблем механики Российской акад. наук. – М. : Наука, 1976. – 671 с. – Библиогр. : с. 661-666.

  2. Карачун, В.В. Дифракция звуковых волн на подвесе гироскопа / В.В.Карачун, В. Г. Лозовик, В. Н. Мельник ; Нац. техн. ун-т Укр. «КПИ». – К. : «Корнейчук», 2000. – 176с. – Библиогр. : с.153-155.

  3. Шендеров, Е. Л. Прохождение звуковой волны через упругую цилиндрическую оболочку [Текст] // Акустический журнал. – 1963. – 9. – Вып. 2. – С. 47-49.

  4. Карачун, В.В. Задачі супроводу та маскування рухомих об’єктів [Текст] / В. В. Карачун, В. Н. Мельник ; Нац. техн. ун-т Укр. «КПИ». – К. : «Корнейчук», 2011. – 263 с. – Библиогр. : с. 261-263.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle