КОРЕКЦіЯ ПОХИБКИ ГіРОСКОПА В ЕКСПЛУАТАЦіЙНИХ УМОВАХ ОБ’єМНОЮ НЕЛіНіЙНіСТЮ ПОПЛАВКОВОГО ПіДВіСУ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Литература

1. Данилин, В. П. Гироскопические приборы [Текст]: учеб. по-соб. / В. П. Данилин; Минвуз СССР. — М.: Высш. школа, 1965. — 539 с.

2. Ривкин, С. С. Теория гироскопических устройств [Текст]: моногр. / С С. Ривкин. — Л.: Судостроение, 1964. — Ч. 2. — 547 с.

3. Бойко, Г. Линейно упругий подвес поплавкового гироскопа в акустическом поле [Текст] / Г. В. Бойко // Технологический аудит и резервы производства. — 2013. — № 6/1(14). — С. 7-10.

4. Karachun, V. V. Influence of diffraction effects on the inertial sensors of a gyroscopically stabilized platform: three-dimensional problem [Text] / V. V. Karachun, V. N. Mel'nik // International Applied Mechanics. — 2012. — Vol. 48, № 4. — P. 458-464. doi:10.1007/s10778-012-0533-y

5. Karachun, V. V. Elastic stress state of a floating-type suspension in the acoustic field. Deviation of the spin axis [Text] / V. V. Karachun, V. N. Mel'nik // Strength of Materials. — 2012. — Vol. 44, № 6. — P. 668-677. doi:10.1007/s11223-012-9421-2

6. Шибецький, В. Ю. Збурючий вплив на чутливi датчики ГСП при льотнш експлуатацп гшерзвукових л^альних апарапв [Текст] / В. Ю. Шибецький // VIII Miжнарод-на науково-практична конференщя «Достижения высшей школы-2013», 17-25 листопада 2013 р., Болгарiя, — Сфя: Бял ГРАД-БГ, 2013. — С. 12-16.

7. Косова, В. П. Вплив ударно! хвил на газовi бульбашки сенсора [Текст] / В. П. Косова // Materialy VIII Miedzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «WYKSZTALCENIE I NAUKA BEZ GRANIC-2012», 07-15 grudnia 2012 roku. — Przemysl: Nauka i studia, 2012. — Vol. 35. Techniczne nauki. — С. 79-81.

8. Бойко, Г. В. Реакция поплавкового подвеса на действие Л-волны [Текст] / Г. В. Бойко // Materialy X Miedzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Strategiczve pitania swiatowev

nauki-2014», 07-15 Lutego, 2014 rok. — Przemysl: Nauka i studia, 2014. — Vol. 35. Techniczne nauki. — С. 78-80. 9. Лозовик, Т. M. Стащонарна взаeмодiя акустичного випромь нювання з коловою пластиною [Текст] / Т. М. Лозовик // Схщно-бвропейський журнал передових технологш. — 2011. — № 5/7(53). — С. 20-23.

10. Заброда, А. А. Дифракционные эффекты в инерциальных системах [Текст] / А. А. Заброда, А. А. Кривец // XIII Miжнародна науково-практ. конф. «Людина i космос», 13-15 жовтня 2011 р. — Дншропетровськ: НЦАОМУ, 2011. — С. 24.

возможность создания звуковой волной низкочдстотного резонанса в поплавковом гироскопе

Строится расчетная схема упругого взаимодействия акустического излучения с поплавковым гироскопом при эксплуатационном использовании в условиях гиперзвукового движения. Доказано, что на низких частотах, значительно меньших граничной частоты, окружная волна в корпусе гироскопа порождает волновое совпадение резонансного типа, когда корпус прибора становится акустически прозрачным.

Ключевые слова: поплавковый гироскоп, акустическое излучение, волновое совпадение, низкочастотный резонанс.

Бойко Галина Володимирiвна, астрант, кафедра бютехтки та тженерп, Нацюналъний техтчний утверситет Украти «Кшвсъкий полтехтчний тститут», Украта, e-mail: karachun11@i.ua.

Бойко Галина Владимировна, аспирант, кафедра биотехники и инженерии, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Украина.

Boyko Galina, National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute», Ukraine, e-mail: karachun11@i.ua.

УДК 629.7.054 001: 10.15587/2312-8372.2014.29906

шибецький в. ю. КОРЕКЦ1Я П0ХИБКИ Г1Р0СК0ПА

В ЕКСПЛУАТАЦ1йНИХ УМ0ВАХ 0Б ЕМН0Ю НЕЛ1Н1ЙН1СТЮ ПОПЛАВКОВОГО П1ДВ1СУ

Наводиться кшьтсний аналгз додатковог систематичног похибки поплавкового ггроскопа, що використовуеться в навиацшних системах авгацшног та космгчног технгки, при взаемодп з потужними акустичними полями. Запропоновано перехгд вгд тдвгсу у виглядг класичного коло-вого цилтдра до опуклого тдвгсу. Визначено вплив гаусовог кривизни тдвгсу поплавка на похибку вимгрювань.

Клпчов1 слова: поплавковий ггроскоп, ненульова гаусова кривизна, опуклий тдвгс, Ы-хвиля.

1. Вступ

Дослвдження вщносяться до технологи машинобу-дування. З метою забезпечення надшно! навкацп ri-перзвукових лггальних апарапв, незаперечною постае необхвдшсть побудови триортогонально1 системи координат, жорстко зв'язаною з фюзеляжем легального апарата (ЛА). Зазвичай таку функщю виконуе проста-бтзована платформа, в якш двостепеневi поплавковi проскопи виконують функцп чутливих елеменпв. Однак варто вщмиити, що при подоланш звукового бар'еру, на

шерщальш сенсори дie потужна Ы-хвиля, яка переводить поверхню тдвшу поплавкового проскопа з абсолютно твердого стану в гмпедансний. Це призводить до появи додатково! похибки вимiрювань у виглядi реакцп на «хибну» кутову швидюсть.

Аналiз похибок шерщальних сенсорiв ГСП на ба-зi сершно виготовляемого двостепеневого проскопа класу ДУСУ з рвдинностатичним тдвком необхщно здшснювати з позицш одночасного впливу на проскоп двох збурюючих чинниюв — кшематичного (кутовий рух ЛА) i Ы-хвил1.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 6/4(20], 2014, © Шибецький В. Ю.

ISSN 222Б-3780

ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

J

Пщсумовуючи, можна вщштиги, що проблема створен-ня певного 1 надшного навкацшного обладнання (навка-тор1в) перетворюеться на одну з важливших складових бойового забезпечення, зокрема, для автономного 1 зовтш-нього позицюнування цт на бойовому чергувант, а 11 виршення, таким чином, постае надзвичайно актуальним.

2. Анал1з л1тературних даних I постановка проблеми

Анал1зуючи вплив дифракцшних явищ на шдв1с йро-копа, обмежимося вивченням лише змшано'! крайово'1 задачу тобто вивченням дифракцшних явищ на 1мпе-данснш поверхш, як тако'1, що представляе найбшьший практичний штерес. Результати натвнатурних стендових випробувань тдтверджують слушшсть такого вибору. Поплавковий шдв1с не е абсолютно м'яким (задача Д1-р1хле), але 1 не мае абсолютно жорстко'1 поверхш (задача Неймана) [1, 2]. При акустичному навантаженш у 150 дБ 1 вище, поверхня тдв1су переходить з абсолютно твердо'1 до категорп гмпедансног, тобто тако'1, коли на поверхш тд д1ею силового впливу з боку проника-ючого випромшювання виникають пружш перемщен-ня в трьох напрямках — вздовж протяжносй поплавка (координата z), в коловому напрямку (координата ф) 1 в поперечному напрямку (в площиш шпангоута, координата [3, 4].

До тих тр, поки поверхня тдв1су може вважатися абсолютно твердою, вс1 властивосй поплавка окреслеш одним параметром — моментом шерцп. Зввдси походить 1 мехашзм опису похибки сенсор1в [5, 6].

Якщо ж поверхня стае 1мпедансною, 1 здшснюе ви-мушет пружт перемщення, тод1, в силу шерщальних властивостей йроскопа, пружно-напружений стан тд-в1су буде сприйматися приладом за вхщну величину 1 породжувати додаткову похибку вим1рювань у вигляд1 реакцп на «хибну» кутову швидюсть [7, 8]. Внаслщок того, що поверхня поплавкового шдвку досить велика, тому штегральна похибка буде сягати значних величин. Причому, найбшьш небезпечними е не сйльки перюдичт 11 складов1, скшьки наявт систематичт компоненти [9, 10].

Метою наукових дослвджень е анал1з природи ди потужно1 ударно! акустично! хвил1 (Ы-хвил1) на шер-щальш сенсори ГСП, чисельна оцшка виникаючих при цьому додаткових похибок чутливих елеменйв, як неми-нуче привносять неприпустим1 вщхилення просторово! ор1ентацп, оцшка впливу гаусово! кривизни тдв1су на додаткову похибку вшшрювань.

Для досягнення поставлено! мети необхщно було виршити наступш основш задача

1. Побудувати розрахунков1 модел1 явища взаемодп потужно1 ~М-хвил1 1з засобами шерщально! нав1гацп.

2. Розробити програмне забезпечення для розра-хунку похибки позицюнування.

3. Проанал1зувати вплив гаусово! кривизни тдв1су на виникнення додатково1 похибки.

3. П1дв1с шерщального сенсора ГСП з нульовою гаусовою кривизною. Тривим1рна задача. Синхронна хитавиця фюзеляжа. Асинхронна хитавиця

Виконуючи кшьюсний анал1з похибки, окреслимо, для конкретносй, наступш числов1 значення парамет-

р1в, як м1стяться в робочш формулк с = 0,12 Н ■ м В = 1,01 ■ 10-4 Н ■ м ■ с2; Н = 0,2093 Н ■ м ■ с; Е = 7 ■ 1010 Н ■ м-2 V = 0,32; h = 1 ■ 10-4 м; L = 0,06 м; Я0 = 0,02 м; р = 2,7 ■ 103 Р10 = 0,7 ■ 102 Н ■ м-2; £! = е2 = п/6 рад; А = 0,7; В = 0,3 /2 = 1,5 ■ 10-4 Н ■ м ■ с2; VI = 0,5 с-1; рф = ре = р¥ = п/36 рад п = 34,5.

Числовий анал1з доводить, що при частой хитави-щ ЛА 300 Гц систематична похибка приладу складае 0,24 град ■ с-1, а на частой 500 Гц — 0,35 град ■ с-1 (рис. 1, а). На частой 600 Гц — (-0,38 град ■ с-1), на частой 800 Гц — (-0,48 град ■ с-1), на 960 Гц — (-0,39 град ■ с-1).

Результати стендових випробувань промислових зраз-юв ДУСУ виявили, що на частой 300 Гц систематична похибка становить 0,24 град ■ с-1, на частой 500 Гц — 0,31 град ■ с-1, на частой 800 Гц — (-0,6 град ■ с-1), а на частой 960 Гц — (-0,13 град ■ с-1) (рис. 1, б).

Таким чином, за результатами стендових випробувань максимальт значення похибки поплавкового йроскопа мають м1сце на частотах проникаючого акустичного випромшювання 300 Гц, 500 Гц, 700 Гц, 800 Гц, 960 Гц. Юльюсний анал1з виявив максимальт значення похи-бок приладу, для умов експерименту, також на частотах 300 Гц, 500 Гц, 800 Гц. Причому, вони практично збклися не лише за величиною, а також 1 за знаком.

0,3 0,2 0,1 0-0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5

А (о,

град с1

100

50С

ш

Г,Гц

1000

0,3 0,2 0,1 о -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5

Лоз,

град с1

I

' I "1' Т||||

100 500 1 Г

1000

б

Рис. 1. Похибка ДУСУ в акустичному пол^ а — розрахункова, при синхроншй хитавищ; б — стендова, в акустичнш камерг Пунктирна лшя окреслюЕ пор^ чутливосп приладу

а

TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 6/4(20], 2014

4. Опуклий тдв1с поплавка

Приймаючи до уваги, що р1вень кривизни оболон-ково1 частини тдв1су поплавкового йроскопа суттево впливае на розрахункову систематичну похибку, 1 опти-мальне значення прогину тв1рно! не ввдповщае максимальному, були проведет розрахунки для опуклого тдв1су. Так само, як 1 для катеногду, значення прогину 8 тв1рно! вар1ювалося вщ 0,1 ■ 10-3 до 2,0 ■ 10-3 м, з кроком 0,1 ■ 10-3 м [6].

На вщмшу вщ катеногда, для опуклого тдв1су в ус1х випадках максимальне значення розрахунково1 похиб-ки вим1рювання перевищувало максимальне значення похибки для тдв1су з нульовою гаусовою кривизною.

Для значень величини прогину 0,3 ■ 10-3, 0,7 ■ 10-3, 0,8 ■ 10-3, 1,7 ■ 10-3, 1,9 ■ 10-3, 2,0 ■ 10-3 майже на вах частотах спостеркаеться зниження похибки, а 11 максимальна величина не набагато перевищуе максимальне значення в 0,6 град ■ с-1, визначене для тдв1су з нульовою гау-совою кривизною.

Для шших випадюв похибка сягае значень бшьших за 2 град ■ с-1. Найбшьше значення похибки -6,85 град ■ с-1, що майже в 10 раз1в перевищуе максимальне значення для тдв1су з нульовою гаусовою кривизною, спо-стеркаеться на частой 570 Гц, при величиш прогину 8 = 0,4 ■ 10-3 м (рис. 2, а).

-2 -4 -6

А са,

град с1

' ■ ja ■.

100

500

1,1 ■ I .1 ■ I

¿Гц

1000

J со,

4 град с~]

2

1 1 Г. 1 г t ,1.

100 5001 1000

-2

-4

-6

6

Рис. 2. Розрахункова систематична похибка ДУСУ з ненульовою гаусовою кривизною пiдвiсу гад дiEю ^хвил^ а — 5 = 0,4 • 10-3 м; б — 5 = 1,7 • 10-3 м

Найменше максимальне значення розрахунково! систематично! похибки для опуклого тдвку зафiксовано

за величини 5 = 1,740-3 м (рис. 2, б). На частой 550 Гц похибка досягла — 0,8 град^с-1, для вах шших частот похибка не перевищувала 0,2 град-с-1. Так, на частой 305 Гц похибка дорiвнюe — 0,16 град-с-1, на 670 Гц i 840 Гц — 0,18 град-с-1.

5. Висновки

1. Тривимiрна модель дозволила переконливо довести необхщшсть врахування, о^м шшого, також пружних перемщень уздовж протяжносй пiдвiсу, на йй пiдставi, що вони вносять свою частку у формування «хибног» кутово! швидкостi i, як наслщок, слугують появi додат-ково! похибки двостепеневого йроскопа в акустичних полях. Тому, незважаючи на значно меншу !х величину, у порiвняннi з двома iншими координатами, треба все ж прийняти цей факт до уваги, не обмежуючись дво-вимiрною моделлю.

2. Хоча опуклий шдвк i не зменшив величини розра-хунково! систематично! похибки, проте його використання може бути обгрунтованим за необхiдностi збiльшення жорсткосй конструкцп.

Литература

1. Шибецкий, В. Ю. Поплавковый подвес гироскопа при летной эксплуатации [Текст] / В. Ю. Шибецкий, В. В. Карачун // Известия ГУАП. Аэрокосмическое приборостроение. — 2013. — Вып. 4. — С. 41-44.

2. Гиперзвук: третий участник гонки [Электронный ресурс]. — Режим доступа: \www/ URL: http://rus.ruvr.ru/2014_01_17/ Giperzvuk-tretij-uchastnik-gonki-8178/ — 17.01.2014 г.

3. Совместный выход на «гиперзвук» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: \www/ URL: http://vpk-news.ru/articles/ 3901. — 15.04.2009 г.

4. Karachun, V. V. Influence of diffraction effects on the inertial sensors of a gyroscopically stabilized platform: three-dimensional problem [Text] / V. V. Karachun, V. N. Mel'nik // International Applied Mechanics. — 2012. — Vol. 48, № 4. — P. 458-464. doi:10.1007/s10778-012-0533-y

5. Карачун, В. В. Погрешности гироскопа, обусловленные развивающейся качкой фюзеляжа при летной эксплуатации [Текст] / В. В. Карачун, В. Н. Мельник, В. Ю. Шибецкий // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. — 2013. — № 5/7(65). — С. 45-47.

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

7. Кузьмичев, Ю. М. Возбуждение цилиндрической оболочки ультразвуком [Текст] / Ю. М. Кузьмичев, В. М. Макаров // Акуст. журнал. — 1958. — Т. IV, Вып. 3. — С. 282-283.

8. Макаров, В. И. Об излучении волн оболочками в звуковом поле [Текст] / В. И. Макаров, Н. А. Фадеев // Акуст. журнал. — 1960. — Т. IV, Вып. 2. — С. 261-263.

9. Пат. 66311 на корисну модель, Укра!на, МПК (2011) G01C19/20. Поплавковий проскоп [Електронний ресурс] / Карачун В. В., Тривайло М. С., Мельник В. М., Руденко Л. С. — № u201108294, заявл. 01.07.2011; опубл. 26.12.2011, Бюл. № 24. — Режим доступу: \www/URL: http:// uapatents.com/2-66311-poplavkovijj-giroskop.html

10. Шендеров, Е. Л. Волновые задачи гидроакустики [Текст]: моногр. / Е. Л. Шендеров; ЛЭТИ. — Л.: Судостроение, 1972. — 352 с.

С

14

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 6/4(20], 2014

а

ISSN 222Б-3780

ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

КОРРЕКЦИЯ ПОГРЕШНОСТИ ГИРОСКОПА В ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ ОБЪЕМНОЙ НЕЛИНЕЙНОСТЬЮ ПОПЛАВКОВОГО ПОДВЕСА

Приводится количественный анализ дополнительной систематической погрешности поплавкового гироскопа, используемого в навигационных системах авиационной и космической техники, при взаимодействии с мощными акустическими полями. Предложен переход от подвеса в виде классического кругового цилиндра к выпуклому подвесу. Определено влияние гауссовой кривизны подвеса поплавка на погрешность измерений.

Ключевые слова: поплавковый гироскоп, ненулевая гауссова кривизна, выпуклый подвес, ^волна.

Шибецький Владислав Юршович, асистент, кафедра бютехтки та тженерп, Нащотальний технгчний унверситет Украгни «Кигв-ський полтехтчний тститут», Украгна, e-mail: sjavva@mail.ru.

Шибецкий Владислав Юрьевич, ассистент, кафедра биотехники и инженерии, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Украина.

Shybetskij Vladislav, National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute», Ukraine, e-mail: sjavva@mail.ru

УДК 622.240.53 DOI: 10.15587/2312-8372.2014.31838

АНАЛ1З ПРИЧИН РУйНУВАННН ЕЛЕМЕНТ1В БУРИДЬНО! КОЛОНИ

В данш статтi зроблено аналiз опублжованих матерiалiв, що стосуються eidMee елементiв бурильных колон. Встановлено, що найбшьший вiдсоток аварш припадае на рiзьбовi з'еднання та бурильш замки. На мехатзм гх виникнення в першу чергу впливають властывостi матерiа-лу, корозштсть бурового розчину, профыь стовбура свердловини, частота обертання ротора, навантаження на долото.

Клпчов1 слова: елементи бурильног колони, втома, руйнування, аналiз аварiйностi.

1ваыв В. М., Гриджук Я. С., Юрич Л. Р.

1. Вступ

Ввд розвитку нафтогазово! промисловост в значнш мiрi залежить соцiально-економiчний розвиток Укра!-ни. На даний час проблеми пов'язаш зi збшьшен-ням обсяпв видобування нафти i газу залишаються актуальными. Для збшьшення видобутку вуглеводне-вих ресурав необхщно збшьшити буршня глибоких та надглибоких свердловин, як в свою чергу вимагають використання надшного обладнання. В ускладнених умовах буршня збшьшуеться кшьюсть аварш з буриль-ною колоною (БК) та !! елементами. Для розроблення рекомендацш для тдвищення довговiчностi БК та !! елеменпв необхiдно проаналiзувати основнi причини, якi спричиняють ввдмову.

2. Анал1з л1тературних джерел та промислових даних

Практика бурiння нафтових та газових свердловин [1-3] показуе, що аварп, якi вщбуваються з бу-рильними трубами, як правило, мають втомний характер, а руйнування конструктивних елеменпв бурильно! колони виникають внаслiдок втомних характеристик металу [4, 5]. Здебшьшого втома металу виникае через змiннi навантаження, а саме: згин, коливання, крутиль-нi удари. Як показують результати дослiджень [6, 7], втома металу залежить ввд таких факторiв як: дефек-ти матерiалу труб, малi радiуси заокруглення рiзьб, застосування безопорного з'еднання труби з замком

чи муфтою, несприятливi прничо-геолопчш i техш-ко-технологiчнi умови.

Перелiченi фактори впливають на поломку труб, конусно! частини нiпелiв та муфт рiзьбових з'еднань. За даними дослщжень [8-12] 85-90 % аварiй при роторному буршш вiдбуваеться з рiзьбовими з'еднаннями, бу-рильними замками та шшими елементами БК (табл. 1).

Таблиця 1

Данi по аваршносп бурильних труб при роторному 6ypiHHi

Тип авари Вщсоток руйнування, %

Злам бурильних труб по тiлу 9,5

Злам бурильних труб в потовщених кшцях 46,8

Зрив бурильних труб по 8-нитково! нaрiзцi 11,2

Злам бурильного замка 4,2

Зрив рiзьбового зЕднання бурильного замка 9,6

Злам i зрив рiзьбового з'Еднання важкого низу 10,5

Злам труб, паравщнитв i зрив по рiзьбi 8,2

Руйнування елементiв бурильно! колони можуть вщбуватися як пiд час процесу буршня, так i тд час лiквiдацii аварiй, якi е наслiдком порушення технологii бурiння. За даними джерела [13] саме 23 % аварш, як поступових ввдмов, припадае на злам та вщгвинчування бурильного шструменту i елементiв КНБК внаслщок прихоплення.

TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 6/4(20], 2014, © 1ваав В. М., Гриджук Я. С., Юрич Л. Р.

15

э