CC BY
10
Восточно-Европейский журнал передовым технологий
МЕХАНИКА I-
УДК 629.7.054
ПРОНИКАЮЧЕ АКУСТИЧНЕ ВИПРОМ1НЮВАННЯ - ПРИЧИНА ПОХИБОК ПОБУДОВИ СИСТЕМИ КООРДИНАТ
В.М. Мельник
Доктор техшчних наук, доцент, професор* Контактний тел.: (044) 454-94-51
В.В. Карачун
Доктор техшчних наук, професор, завщувач
кафедри*
Контактний тел.: (044) 454-94-51 E-mail: karachun 1@gala.net Кафедра бютехшки i шженерп Нацюнальний техшчний унiверситет УкраТни «КиТвський полiтехнiчний шститут» пр. Перемоги, 37, м. КиТв, УкраТна, 03056
h-----------1 П 1КИКМНДННН
-□ □-
Проводиться aHaMi3 похибок побудови систе-ми координат на лтальному anapami за допо-могою тривюног гipосmaбiлiзовaнноi платформи з гipоскоniчними сенсорами. Розкриваеться природа ix виникнення в реверберацшному npосmоpi навиацшного обладнання внаслидок дифракцй-них ефекmiв
Ключовi слова: трив^на гipосmaбiлiзовaнa
платформа, акустичне випромтювання
□-□
Проводится анализ ошибок построения системы координат на летательном аппарате с помощью трехосной гиростабилизирован-ной платформы с гироскопическими сенсорами. Раскрывается природа их возникновения в ревер-берационном пространстве навигационного оборудования вследствие дифракционных эффектов
Ключевые слова: трехосная гиростабилизиро-
ванная платформа, акустическое излучение □-□
The analysis of errors building the coordinate system in an aircraft with a three-axis gyro-stabilized platform with a gyroscopic sensor is carried out. The nature of their occurrence in the reverb space navigation equipment as a result of diffraction effects is developed
Keywords: three-exes gyrostabilization of the platform, acoustic radiation -□ □-
1. Вступ
Дослщження вщносяться до обласп прикладно! мехашки i присвячеш вивченню i опису природи виникнення додаткових похибок побудови системи координат за допомогою трившно! простабШзовано! платформи з проскотчними сенсорами. Звертаеться увага на причини появи пружно-напруженого стану мехашчних систем пщвшу проскотв в акустичному середовищд i сприйняття проскопами цих змш за вхщ-ний сигнал [1, 2].
Аналiз побудовано! розрахунково! моделi явища дозволяе окреслити характер нелшшних коливань в тдвга проскопа i створити умови для подальшого опису мехашзма !х прояву на проскотчш сенсори [3,4].
2. Аналiз стану проблеми и постановка задачi дослщжень
В державах з розвиненою ракетно-космiчною ш-дустрieю все бiльша увага прид^яеться створенню перспективних засобiв виведення космiчних апаратiв на заданi траекторп, зокрема, розробцi двостушнча-стих авiацiйно-космiчних систем. Функцiю першо1 ступенi в системах повиряного базування виконуе дозвуковий лиак-носш, який створюе необхiднi ди-
намiчнi засади для старту друго! ступенi з космiчним апаратом (КА) щльового призначення. Друга ступiнь реалiзуеться або ракетою-носiем (РН), або орбггаль-ним лiтаком. У деяких випадках використовуються вантажнi блоки виведення [5].
Моменту активного вщокремлення друго! ступеш вiд першо!, тобто здiйснення маневрiв вiдокремлення i розведення, передуе вихщ на номiнальний режим роботи рушшних установок та навтцшно-тлотаж-ного обладнання. Поряд з шшими функцiональними операщями, у цей же перiод часу на борту РН будуеть-ся система заданих орiентирних напрямiв, або базова система координат.
Залишаючи поза увагою деяю другоряднi чинни-ки, слiд зазначити виключну дiю на гiроскопiчнi на-вiгацiйнi системи акустичного випромiнювання, яке сягае 140 - 150 децибел. 1нжектуема в навколишне середовище енерпя ракетних двигунiв тiею своею частиною, яка реалiзуеться у виглядi проникаючого пiд головний аеродинамiчний обтiкач ракети-но«я акустичного випромiнювання, генеруе у тдвкп безлiч хвильових процесiв, i за наявносп кутово! хитавицi, що зумовлена суттевою несиметричнiстю корпусу ракети, призводить до значних похибок шерщальних навтцшних систем (рис. 1) [6].
Характер руху космiчних апаратiв на висотах, що перевищують умовну межу атмосфери Земл^ залежить вiд багатьох факторiв, серед котрих го-
ловними постають похибки виведення космiчних апараив та похибки систем iнерцiальноi нав^ацп. У своiй сукупностi вони призводять до попршення тактико-технiчних характеристик РН з подальшою необхiднiстю доукомплектування КА коректуючи-ми двигунами (чи додатковим паливом) для забез-печення заданих параметрiв орбiти. Навiгацiйнiй iнформацii, безсумтвно, повиннi бути притаманнi неперервнiсть, точшсть, повнота даних, перешкодо-захищенiсть, iнварiантнiсть до клiматичних умов, добових змш тощо.
Рис. 1. Ракета-носiй "Зенiт-3SL", розробник ДКБ "Швденне" iм. М.К. Янгеля
На точшсть шерщальних нав^ацшних систем здiйснюють вплив зовнiшнi чинники - кутова хи-тавиця фюзеляжа, вiбрацiя, проникаюче акустичне випромiнювання, тепловий факел та ш. Похибки виведення ракет-носпв, як вiдомо, можуть при-звести до суттевого скорочення часу шнування космiчного апарату та виникнення позаштатних ситуацiй, похибки курсовказування на морi - до виникнення небезпеки судноплавства. Взагал^ похибки систем iнерцiальноi навiгацii призводять до поНршення тактико-технiчних характеристик об'ектiв в щлому.
Гiростабiлiзованi платформи знайшли широке застосування на рухомих об'ектах рiзного класу. Це ракети-носп (РН), штучнi супутники, тактична палубна авiацiя (ТПА), стратепчна бомбардуваль-на авiацiя (СБА) тощо. Головна задача, яку виршуе ГСП, - побудова на лиальному апарат^ зокрема високоманевреному, триортогональноi системи координат зазначеноi точностi. Особливо нагальною ця задача постае коли йдеться про розмщення на плат-формi оптико-електронних приладiв, гiрокомпасiв, гiротеодолiтiв, приладiв нiчного бачення, оптичних
головок шфрачервоного самонаведення i багатьох iнших систем навтцшного забезпечення.
Точнiсть побудови на лиальному апаратi системи координат заданоi просторовоi орiентацii цiлковито залежить вщ точностi визначення кутового положен-ня платформи. Найб^ьш надiйними на тепершнш час сенсорами гiростабiлiзованоi платформи постають двостепеневi поплавковi гiроскопи з рщинно-статичним пiдвiсом. Зрозумiло, що '¿х похибки транс-формуються не пльки в похибки побудови системи координат, але i наявний дрейф платформи вщносно осей стабiлiзацii. Таким чином, забезпечуючи високу точнiсть сенсорiв платформи, автоматично виршуе-мо головну задачу нав^аци - будуемо задану систему координат.
До реч^ двостепеневi Нроскопи - диференцiючi та iнтегруючi - знайшли багатощльове застосування, зокрема, як тлотажно-навтцшш прилади.
Поплавцевi гiроскопи, конструктивно вшьт вiд недолiкiв "сухих" приладiв - значних моментiв сил сухого тертя на вихiднiй о«, а також чутливостi до вiбрацii та ударiв. Свого часу це техшчне рiшення увiйшло до перечня найновших, можна сказати ре-волюцшних. Поплавцевi прилади дозволили змен-шити похибки вимiрювань i, разом з тим, вдоскона-лити динамiчнi характеристики [7].
З часом, з'ясувалося, що шд час старту ракет-нось '¿в з поверхнi Землi, або ракет мобшьного базування, мае мiсце шжекщя акустичного випромiнювання з боку рушшних установок - до 0,8% потужноси двигунiв. Проникне акустичне випромiнювання мае можлившть безперешкодно пройти всередину при-ладiв через рiдинний пiдвiс ^ таким чином звести нанiвець переваги поплавцевого шдвшу [8].
Особливiстю акустичного навантаження постае його просторовий характер порiвняльно з кшематич-ним та силовим ^брацп), якi проникають усередину крiзь опори.
Цей факт зумовлюе i принцип побудови розра-хункових моделей. В першому випадку слщ розгля-дати пiдвiс гiроскопа як систему з розпод^еними параметрами, в шшому - як систему iз зосередженими параметрами.
Перехiд до розрахункових моделей як систем iз розпод^еними параметрами надав можливiсть узгодити вщносний рух пружно' поверхнi пiдвiсу (вщносний рух) з кутовим рухом основи (перенос-ний рух) шляхом визначення моменту сил шерцп Корiолiса i ступеня його внеску в появу "хибноГ' кутово' швидкостi на вхщнш осi приладу. Це, до реч^ вiдразу дозволило, вже в першому наближенш, виявити сталу складову похибки двостепеневого гiроскопа за асинхронно' хитавищ корпусу, чого не забезпечували iснуючi моделi.
З iншого боку, вважаючи пiдвiс гiроскопа як абсолютно тверде ило, природно визначити вплив антисиметрично' складово' акустичного тиску зу-мовленого паруснiстю. Аналiтичнi спiввiдношення дозволили обчислити похибки двостепеневих про-скотв пiд дiею цього чинника, а також тристепенево-го вiльного проскопа та гiровертикалi i Нроштегра-тора ^з штучним статизмом).
Метою дослщжень постае з'ясування природи впливу пружно-напруженого стану мехашчних си-
стем проскошчних сенсор1в на похибки побудови системи координат в експлуатацшних умовах.
3. Постановка задачi дослiджень
Анал1з похибок побудови системи координат на л1тальному апарат1 про1люструемо на в1домш тех-шчнш реал1зацп трившно' простаб^зовано' плат-форми (рис. 2). Проводити вивчення явища будемо здшснювати з позицш одночасно' дп на простабЬ л1затор двох збурюючих чинниюв - кутового руху фюзеляжа та проникаючого шд Головний Аеродина-м1чний Обтжач (ГАО) акустичного випромшювання високого р1вня 140 - 150 дБ [ вище. Такий шдх1д дощльний, бо в1дпов1дае реал1ям старту РН та по-дальшого його рух у щдльних шарах атмосфери на знижених траектор1ях.
Рис. 2. Кiнематична схема тривюноТ гiростабiлiзованоí платформи
Надалi конкретизуемо 3MicT i природу прояву першого, потому i другого, зовнiшнього збурення. Зазначимо, що TaKi зовнiшнi чинники типовi для рiзних клaсiв л^альних aпaрaтiв - керовaнi лiтaльнi апарати, дистанцшно керовaнi, тактична палубна aвiaцiя (ТПА), стрaтегiчнa палубна aвiaцiя (СБА), ракети-носп (РН) рiзноl модифжацп та 3a^6iB базу-вання тощо.
Лiнеaрiзовaнi диференцiaльнi рiвняння ГСП ма-ють вигляд [9]:
Aö> x + A(ö 2, - HJ3 , - k,F, (ß, ) = Mx;
IÄ+f,ß 1 + н,шх + H,ffl2i = Mzl - Hjßjffly - H1ß1ra22;
Bb y + Bb 22 + H2ß 2 + k2F2 (ß2 ) = My;
I2ß2 + f2ß 2 - H2ray - H2ra22 = Mz2 - H2ß2ra x - H2ß2ra21;
Cb z + Ob 2з + H3ß i + k3F3 (ß3 ) = Mz;
Isßs + f3ß3 - H3®z - Н3Ю23 = Mx3 - H3ß3b - H3ß3^22,
(1)
де А, В, С - моменти шерцп ГСП сшльно з шдв1-сом вщносно осей X , Y , Z в1дпов1дно; fy, fz -коеф1щенти момент1в в'язкого опору платформи; Юх, Юу, - проекцп кутово' швидкост1 платформи на ос1Хп, Yп, Zп; Мх, Му, М2 - проекцп зовшш-них момент1в на ос стабШзацп; 11, 12, 13 - моменти шерцп рухомо' частини сенсор1в - поплавкових двостепеневих проскошв - в1досно осей прецесп; Р1, Р2, Р3 - кути прецесп проскошв; Н1, Н2, Н3 - ю-нетичш моменти ротор1в проскошв; f1, f3 - коеф1-щенти момент1в в'язкого тертя поплавкових сенсор1в ГСП; М21, М22, МХ3 - проекцп зовшшшх момент1в на ос прецесп; F1 (Р1), F2(Р2), F3(Р3) - функцп стаб1-л1зуючих двигушв; ^ (1 = 1, 2, 3) - "хибна" кутова швидюсть, як наслщок пружно-напруженого стану поплавкового шдвку шд д1ею проникаючого акустичного випромшювання, що сприймаеться проско-пом за вхщний сигнал [10].
Природа появи величин буде розкрита даль Саме щ величини постають причиною виникнення додаткових похибок побудови системи координат [ об-умовлеш дифракцшними ефектами звукових хвиль на шдвках поплавкових проскошчних сенсор1в ГСП. Пояснення цього явища в тому, що за високих р1вшв акустичного навантаження, вище за 140 дБ, мехашч-ш системи шдвку прсокошв переходять 1з розряду абсолютно твердих т1л в розряд Iмпедансних кон-струкцш [ 'х пружно-напружений стан сприймаеться проскопом як корисний.
Найб1льша небезпека цього явища полягае не ст1льки у сталих вщхиленнях платформи, скшьки у наявному дрейф1 в1дносно осей стабШзацп (рис. 3).
Рис. 3. Кути стаб^зацп платформи: а) асинхронна хитавиця; б) синхронна хитавиця
4. Кутовий рух ракети-ноия
Немае cyMHiBiB, що найбiльш типовим кшема-тичним збуренням лiтальних апарапв pi3Horo класу слугуе кутовий рух об'екту.
Залишая осторонь питання особливостей цього руху для рiзних типiв апаратiв, зупинимося на най-бтьш складному i3 зазаначених - на кутовому руи ракети-ноciя.
Зв'яжемо з корпусом систему координат Ox4y4z4 . Ось Ox4 зорiентyемо вздовж поздовжно! оci РН, а оci Oy4 та Oz4 розташуемо в площиш шпангоута (рис. 4).
Рис. 4. Схема кулв Ейлера
За опорну систему оберемо тршку осей, як зв'яза-нi iз Землею, тобто: ось О^ направимо вертикально вниз, ось О£, розташуемо в горизонтально плошинi, наприклад, сполучимо з лжею заданого курсу, третю ось, ось Оп, направимо перпендикулярно до перших двох.
Припустимо, що в момент старту ракета-носш зай-мае довшьне положення. Проведемо через !! центр мас площину, перпендикулярну поздовжнш осi (площа шпангоута) до претину з горизонтальною площиною О£,п. По лшп перетину цих площин, позначимо !! ON , направимо ось Оп1 i побудуемо в горизонтально пло-шинi ось О^1 перпендикулярно до Оп1.
Углами Ейлера позначимо кути повороту навко-ло вертикалi горизонтально! координатно! площини О£,п до спiвпадання !! з осями О^1п1. Цей кут будемо iменувати кутом рискання ф.
Кут повороту навколо лшп вузлiв координатно! площини до ствпадання осi О^1 з поздовжною
оссю ракети-но«я Ох назвемо кутом тангажа i позначимо лiтерою у . В цьому випадку ось О^ займе положення О^1 в площиш шпангоута.
Нарештi, кут повороту площини П1О^ 1 навколо поздовжно! осi ракети Ох назвемо кутом крена i позначимо лиерою 8.
Вiдповiдно до обрано! послiдовностi поворотiв, ку-товi швидкост будуть напрямленi до вертикалi (ф), по лiнi'! вузлiв (у) та вздовж осi РН (8) (рис. 4).
Якщо апарат стартуе з нерухомо! основи, тобто о« О^пС нерухомi, проекцп кутово! швидкостi на осi Ох^д , якi зв'язанi з корпусом ракети, склада-ють:
юх = 0 -<р sin у;
юу = <( sin 0 cos у + у cos 0;
raz = <( cos 0 cos у-у sin 0.
юх = юx cos ß + юу sin ß;
ю = -ю sin ß + ю cos ß;
y xi 1 yi 1
Ю = Ю + ß,
z z1 i^'
кутову швидюсть спочатку розкласти по осям О£,пС . Так само це вщноситься до кутово! швидкостi добово-го обертання Земль
Надалi вважаемо кут 8^), а також похщш у часi 8 (t) та ф(^ малими величинами. Кутову швидюсть у/ наведемо у виглядi-
у = ю0 + юу,
де ю0 - стала величина, яка вимiрюеться проско-пiчним сенсором, наприклад, при виконанш РН перед-баченого маневрування у вертикальнш плошинi, тобто по куту тангажа у (^ , а юу « ю0 - невелике збурення цiе! кутово! швидкость Такий режим мае мшце, зокре-ма, коли апарат рухаеться програмною траекторiею в пошуках щль
1з схеми, що зображена на рис. 5, походить, що складовi (юх) та (юу) не коять впливу на похибку вимiрiв, бо ствпадають з напрямком вектора кшетич-ного моменту Н . В той же час, кшематичш збурення призводять до появи проскотчного
(ЮХ1 )y Та л (ЮУ1 ) моменту M 1 (]
рис. 5):
(2)
Проекцп кутово! швидкост на oci Oxyz , якi зв'яза-m з поплавковим тдвшом сенсорiв ГСП, мають вигляд (рис. 5):
(3)
тут 0 = 0(t), y = y(t), < = <(t). В тому pa3i, коли старт виконуеться з орбiтальноï ступенi, або з платформи мобшьного базування, слiд ïï
Рис. 5. Кинематичне i акустичне збурення тдвку ripocKony
M 1 = H(-юxsin ß + юycos ß) =
= H (0 - <рsin у) sin ß + (<рsin 0cos у + у cos 0) cos ßjj. (4)
Очевидно, що цей чинник породжуе похибки вимп рiв, якi обумовленi дiею тшьки одного збурення - ку-тового руху ракети. Дослвдженню цього класу, похибок, рiвно як i методiв ïx усунення, присвяченi роботи багатьох спещалшпв i в даному контексп не слугують об'ектом пильно! уваги.
5. Проникаюче акустичне випромшювання
Звернемося до вивчення природи впливу проника-ючого акустичного випомiнювання високого рiвня на гiроскопiчнi сенсори ГСП та з'ясуемо стан динамжи тдвшу поплавкових гiроскопiв.
Натурнi випробування надають можливiсть ствер-джувати, що саме тд час старту ракет-носiïв розгшш блоки iнжектують найбiльш високий рiвень акустичного випромiнювання в навколишне середовище [11].
Частина його потрапляе всередину фюзеляжу та тд головний аеродинамiчний обтжач i становить 140-150 децибел. Таким чином, прилади i системи шерщаль-но' навiгацii, якi разом з корисним вантажем розмщу-ються саме тут, тдвладш його впливу [12].
Але це джерело не едине. Зовшшш прошарки при-кордонних сло'в рухаються вiдносно корпусу ракети iз надзвуковою швидюстю, внаслiдок чого з'являеться турбулентшсть, що слугуе причиною виникнення го-стронапрямлених та сферичних хвиль Маха, яю, взае-модiючи з корпусом, породжують нове джерело шуму. Щ хвилi найбiльш небезпечнi, бо можуть бути досить штенсивними. Нарештi зазначимо, що при стари ракет мобшьного базування звукове поле мае дуже складну структуру внаслщок генерування не ильки прямого випромшювання, але i вщбитого акустичного поля, зумовленого реверберацшними ефектами.
Аналiз питання шумоутворення був би непо-вним, якщо не згадати найменш прозорi аспекти явища. До них вщноситься вплив потужних ударних хвиль в зош перемшування струменя, температурна неоднорiднiсть внаслщок неповного згоряння, демп-фiрування турбулентносп звуковими хвилями та деякi шш^ менш значушi чинники.
Пiдсумовуючи, зазначимо, що на тепершнш час мае мшце досить переконливе натурне обг-рунтування головно' причини шуму ра-кет-носiiв у виглядi випромiнювання з боку квадруполiв, якi перемiшуються iз надзвуковою швидкiстю. Встановлено, що близько 0,5% потужносп сучасних носiiв випромшюеться у виглядi звуково' енер-гп.
Проникаюче акустичне випромшюван-ня найб^ьш небезпечне для чутливих еле-менив систем корекцii приладiв шерщ-ально' навiгацii. За сво'м призначенням вони повинш чутливо реагувати на змшу тих чи iнших параметрiв, тому пройдешня звукова хвиля привнесе суттеве викрив-лення дшсно' ситуацii i слiдуючоi за нею цiлоi низки непередбачуваних поНршень.
Радикальним рiшенням проблеми постае звукоь золяцiя обладнання. Причому, привабливими, з точки зору простоти конструкцп i технiчноi реалiзацii, постають пасивнi методи звукоiзоляцii.
Природно, що не ильки щ засоби виршують задачу. Можливi компенсацшш, автокомпенсацiйнi, активнi методи та багато шших. Перевага того чи шшого окреслена технiчним завданням на вирiб.
Звуковий тиск в падаючiй звуковш хвилi при-ймемо у виглядi плоско' монохроматично' хвилi (рис. 6)
ввдбиття та проходження хвиль, значення звукового тиску можна навести у виглядк
Pi = Pioexpi [rat - k0R0 (z, ф)],
P
1 -ш
ko = n-c
де Р10 - тиск в падаючш хвилi; льовий вектор; с - швидюсть звуку; п - одиничний вектор напрямку розповсюдження хвилГ; Я0 - радiус-вектор поверхнi поплавкового пiдвiсу проскотчного сенсора ГСП.
Вiдповiдно до прийнятих на схемi позначень, вва-жаючи також для спрощення рiвними кути падiння,
Рис. 6. Мехашзм дм проникаючого акустичного випромшювання на поплавковi сенсори ГСП
P1 = P10 exp i [rat - k0 (x cos e1 - y sin e1 cos e2 - z sin e1 sin e2 )] = = P10 exp i [rat - k0 (R cos ф cos e1 - R sin ф sin e1 cos e2 - zsin e1 sin e2 )] ; (6) P2 = P20 exp i [rat - k0 (-x cos e1 - y sin e1 cos e2 - z sin e1 sin e2 )] = = P20 exp i [rat - k0 (-R cos ф cos e1 - R cos фsin e1 cos e2 - zsin e1 sin e2 )] ; (7) P3 = P30 exp i [rat - k0 (xcos e1 - y sin e1 cos e2 - z sin e1 sin e2 )] = = P30 exp i [rat - k0 (Rcos ф cos e1 - R cos ф sin e1 cos e2 - z sin e1 sin e2 )]. (8)
6. Похибки побудови системи координат в акустичному середовишд
До тих nip, поки поверхня поплавкового тдвку являе собою абсолютно тверде ило, всi властивостi рухомо' частини сенсора окреслеш лише одним параметром - моментом шерцп вщносно вихщно' осi. Звiдкiля походить i мехашзм опису похибок вимipю-вань.
Якщо ж поверхня стае гмпедансною i здшснюе вимушеш коливання пiд дiею проникаючого акустичного випромшювання, тодi вщповщно до шерщ-альних властивостей проскопа, пружно-напружений стан буде сприйматися приладом за вхщну величину i породжувати додаткову похибку вимipiв у виглядi pеакцiï на "хибну" кутову швидюсть корпуса РН. Внаслщок того, що поверхня поплавка достатньо велика, тому i штегральна похибка буде сягати значних величин. Слщ зробити наголос на тому, що тут небез-печш не ильки ïï перюдичш складовi, скiльки наявнi систематичш компоненти.
Вiдпpавною точкою при побудовi розрахункових моделей явища слiд вважати сумipнiсть пpотяжностi
(5)
тдвшу з натвхвилею проникаючого акустичного ви-промiнювання.
Розкриемо природу явища для деяких типових ю-нематичних збурень корпусу ракети-ноая.
Циркуляцiя
Припустимо, що лiтальний апарат здiйснюе цир-кулящю з кутовою швидкiстю ш0 = const. Прони-каюче акустичне випромшювання породжуе хви-льовi процеси в поверхш поплавкового пiдвiсу гiроскопiчних сенсорiв ГСП i при обертаннi корпусу РН виникають моменти сил шерцп Корiолiса MU (Uz),MU (иф),ми (W) (рис. 7):
ремiщення поверхнi поплавкового пiдвiсу сенсорiв W (t,z, ф) в площинi шпангоута. Пружно-напружений стан тдвшу взаемодiе з уйма складовими кутового руху РН i слугуе появi збурюючих чинниюв (рис. 9):
Рис. 7. Мехажзм виникнення моментiв сил iнерцiТ Корюлка на циркуляцiТ ракети-
носiя
Рис. 9. Збурюючi чинники як результат дифракцшних ефектiв на iмпеданснiй поверхн пiдвiсу сенсорiв ГСП
<x - сприяе виникненню кутового прискорення (соW) ру-хомо! частини навколо вихiдноi осi;
с
породжуе появу кутового
MU (Uz ) = 8R°iraUz;
MC (и ) = ^icU;
c\ ф/ R ф'
1
Mcu (W) = - 4I<0 W cos ф= 0, R
(9) (10) (11)
прискорення (со:
W
(M
с
призводить до появи момента-перешкоди
де Uz,Uф ,W - пружш перемiщення поверхнi тдвь су в напрямку його протяжности в коловому напрямку та в площиш шпангоута ввдповщно.
Цi моменти призведуть до додатково! прецесii ру-хомо! частини, яка еквiвалентна похибцi вимiрювань (рис. 8)
Тривiсна хитавиця корпусу РН
г) , що дiе на вихiднiй осi пiдвiсу:
/. ч 8rnxIzrn2c11)z4(1 -z)4expirn1tcosz (<И W )1 = 3HR '
2
(ШW )2 =:
-8cyIzc2c(1)z4 (1 - z)4 exp irn1t cos z
4n
3HR
c(1)z4 (< ^
(Mz) = — mzIzirn1cJ1)z4 (1 - z) exp irn1t cos z.
z 3 R z z 1 1 1
(12)
(13)
(14)
Uz (t,z,ф), иф(^,ф) - пружт перемщення поверхт поплавка по його протяжностг i вздовж паралелг
Вони взаемоджть тьчьки з дво-ма складовими хитавищ - ш та ш
xy
i породжують моменти-перешкоди (Mz) , (Mz) та кутовi прискорення
рухомо! частини - (со;
ф)Г (<0ф)2 :
Uz (t,z, ф)
4п
(Mz )1 = R <xIzi<1ai1)z:
a((1)z2 х
х (1 - z)2 exp i<1t cos z
а)
б)
в)
4п
Рис. 8. Збурюючi моменти, породженi пружно-напруженим станом поплавкового шдвюу гiроскопiв
W (t,z, ф) - пружт перемщення тдвку в площит шпангоута
Найбшьш чутливими до кутового руху корпусу ракети-но«я, як показуе аналiз, постають пружнi пе-
(Mz)2 = RЮуЦшХ2^2 х х (1 - z)2 exp i<1t sin z Uф(t,z, ф)
(15)
(16)
, \ -8ш I c?b(1)z2 (1 - z)2expic,tcosz
(сю ф)1 =-xz 1 ---—-•
3HR
, ч -8ю I m,2b(2)z2 (l - z)2expirn1tsinz
(со ') =-ULJLA—Ь->--. (18)
l W2 3HR
Слщ зупинитися на з'ясуванш питання виникнен-ня систематичних складових момент1в-перешкод, як представляючих найб1льший практичний штерес.
Моменти-перешкоди (Mz)1, (Mz)2 та (Mz)3 за умови ствввдношення частоти хитавищ i акустично'! в1бра-цН, слугують виникненню пружно-напруженого стану тдв1су, який сприймаеться проскопом як стала вхщна величина ю^о [13]:
2п
2(Л X2,
"10Izhi®1ai1)z2 (1 - z) cosz9o®c;
с
HR
=Тгб" Izhic1a12)z2 (1 - z)2sinz v o®c;
HR
=HR Izhira1ci1)z4 (1 - z)4 cos z Фоюс.
(19)
(20) (21)
Повторюючи лопку дослвджень, можна встановити умови появи систематичного кутового прискорення тдв1су сенсор1в навколо вихщних осей -
, , 4Ihrn2c(1)z4 (1 - z)4cosz (с« W )10 = z 11ОТ|п '-9o»c;
3HR
, N -4I hrn?cf)z4 (1 - z)4 cos z (с W )20 = —z 1 ^ ;-V0®c;
3HR
(22) (23)
, ч -4Ihrn?b(1)z2 (1 - z)2 cos z (с;)10 = z 1 j— е0юс; (24)
9/10 3HR
2 (2) 2 2
, N -4I hrn?b(2)z2 (1 -z)2 sinz (®;)20 = z 1 j—v0®c.
3HR
(25)
Наведен результати пояснюють природу виник-нення додаткових похибок побудови системи коорди-
нат на лиальному апараН внаслiдок дифракцiйних ефектiв з боку проникаючого акустичного випромь нювання [14]. 1ншими словами, в диференщальних рiвняннях гiроскопа-сенсора треба враховувати мо-менти Ейлеревих сил iнерцii не обмежуючись пльки моментами переносних сил шерцп. Саме моменти сил шерцп Корiолiса дозволяють окреслити ступiнь впли-ву виникаючих в пiдвiсi нелшшних коливань в аку-стичних полях i через координатнi функцп поплавка дозволяють '¿х врахувати.
Висновки
Проведет науковi дослiдження створюють теоре-тичне шдгрунтя для наступних висновкiв:
1. Проникаюче акустичне випромшювання вище за 140 дБ може бути причиною появи побудови по-хибок систем координат на лиальних апаратах в ек-сплуатацшних умовах. Найбiльшу небезпеку являе антисиметрична складова звукових хвиль.
2. Пружно-напружений стан сенсорiв трившно' гiростабiлiзованоi платформи породжуе систематич-нi i перiодичнi складовi похибок побудови системи координат, яю слугують порушенню паспортних характеристик апаратури.
3. Найб^ьш простим шляхом боротьби iз нега-тивним впливом проникаючого пiд Головний Аеро-динамiчний Обтiкач акустичного випромшювання постае сукупшсть пасивних методiв звукоiзоляцii.
4. В умовах дослiдного i серiйного виробництва пiлотажно-навiгацiйного обладнання лиальних апа-ратiв слiд проводити стендовi випробування бортово' апаратури на дж акустичного випромiнювання зву-ково' частоти. Зокрема, коли йдеться про циклiчне навантаження в умовах ввдкритих стартових позицш.
Л1тература
1. Карачун, В.В. О влиянии избыточного давления на двухслойную преграду [Текст] / В.В. Карачун, В.С. Дидковский, О.Н. Юдин, А.В. Кузьменко // Вестн. Киев.политехн. ин-та. Приборостроение.- 1985. Вып.. 15 С.18-20.
2. Карачун, В.В. О влиянии звуковых возмущений на колебания многослойной пластины [Текст] / В.В. Карачун, В.С. Дидковский, А.В. Кузьменко // Пробл. прочности. - 1984. №9. С. 94-96.
3. Карачун, В.В. Колебания пористых пластин под действием акустических возмущений [Текст] / В.В. Карачун Прикл. механика -1986. -Т.22, №3. -С.43-46.
4. Карачун, В.В. О рассеянии энергии при колебаниях двухслойных пластин. [Текст]: Сб. науч. тр. / Нац. акад. наук Укр. - -Киев: ИПП АН Украины, 1985. - С.161-164.
5. Гусынин, В.П. Авиационно-космическая система "Пегас". Обзор по материалам открытой зарубежной печати за 1988-1996 г.г. Модификации, летные испытания и эксплуатация [Текст]./ В.П. Гусынин // Космiчнa наука i технолопя. - 1998. - 4, № 5/6.
- С. 148-155.
6. Анфимов, Н. А. Основные результаты предварительного рассмотрения проекта "Долгосрочной программы совместных российско-украинских научных исследований и технологических экспериментов на PC МКС" [Текст]// Н. А. Анфимов, В. И. Лукьященко, М. В. Синельщиков и др . //Космiчнa наука i технолопя, 2002. - 8, № 5/6. - С. 9 - 14.
7. Ягодкин, В. В. [Текст]: В. В Ягодкин, Г. А Хлебников: уч. пособие / Гироприборы баллистических ракет: - М.: Воениздат МО СССР, 1967. - 215с. - Библиогр.: с.212-213.
8. Черногор, Л.Ф. Физические процессы в околоземной среде [Текст] / Л.Ф. Черногор //Космiчнa наука i технолопя. - 2003.
- Т. 9. - № 2/3. - С. 13-33.
9. Назаров, Б.И. О погрешностях гиростабилизаторов [Текст]/ Б.И. Назаров// АН СССР, ОТН/ Техническая кибернетика, 1963. № 2. - С. 71-75.
10. Карачун, В.В. Задач1 супроводу i маскування рухомих об'еклв [Текст]: / В.В. Карачун, В.М. Мельник; НТУУ "КП1". - Кшв: "Корншчук", 2011. - 264 с. - Кблюгр.: с. 261-263. - ISBN 978-966-7599-61-4.
11. Пономарев, Е. А. Инфразвуковые волны в атмосфере Земли (обзор) [Текст] / Е. А. Пономарев, А. И. Ерущенков // Изв. вузов. Радиофизика. - 1977. - 20, №12. - С. 1773-1789.
12. Гудков, А. И. Внешние нагрузки и прочность летательных аппаратов. [Текст] / А. И. Гудков, П.С. Лешаков; ЦАГИ. - М.: Машиностроение, 1968. - 327 с. - Библиогр. 325-327.
13. Карачун, В.В. Проникающее акустическое излучение как фактор перехода инерциальных чувствительных элементов ГСП в импедансные. Смешанная краевая задача [Текст] /В.В. Карачун, В.Н. Мельник // Космiчна наука i технолопя, 2011. - Т. 17. № 2. - С. 22-31.
14. Мельник, В.Н. Особенности циклического нагружения оболочек [Текст] / В.Н. Мельник// Авиационно-космическая техника и технология. - 2007. № 8(44). - С. 56-59.
-□ □-
Розглянутороботу пристрою для полiру-вання криволтшних поверхонь безкотрним способом, що базуеться на гiроскопiчних властивостях тш, що швидко обертають-ся
Ключовi слова: гiроскоп, кошр, полiру-вання
□-□
Рассмотрена работа устройства для полирования криволинейных поверхностей бескопирным способом, который базируется на гироскопических свойствах быстров-ращающихся тел
Ключевые слова: гироскоп, копир, полирование
□-□
The work of the device for curved surfaces burnishing by means of carbonless method, which is based on the gyroscopic properties of rapidly rotated solids is considered
Keywords: gyroscope, copier, burnishing -□ □-
УДК 621.945.9.11
РОЗРОБКА ПРИСТРОЮ ДЛЯ ПОЛ1РУВАННЯ ПРОФ1ЛЮ ЛОПАТОК
О.Л. Кондратюк
Кандидат техычних наук, доцент* Контактний тел.: (057) 733-78-26 E-mail: Kondr20071@i.ua
А.О. CKopKi н
Астрант, асистент* *Кафедра металорiжучого обладнання i транспортних
систем**
О.О. Литвинова
Кафедра штегрованих технолопй в машинобудуванш** **УкраТнська шженерно-педагопчна академiя вул. Ушверситетська, 16, м. Хармв, УкраТна, 61003
1. Вступ
Полiрування noTpi6He для досягнення встанов-лених в конструкцп лопаток napaMeTpiB шорсткость Полiрування здшснюеться процесом рiзання абразив-ними зернами або процесом електролиичного розчи-нення. За характером приводу рiзальних шструменпв процеси полiрування тдроздОяються на мехашчне полiрування i абразивно-рщинне. Обидва види по-лiрування отримали поширення в авiацiйнiй промис-ловостi.
Полiрування здiйснюeться завдяки вiбруючому руху лопатки мiж нерухомими абразивними стрiчка-ми, що притискаються до оброблюваних поверхонь робочо! частини з певною механiчною напругою. Абра-
зивш стр1чки перем1щаються протяжним устаткуван-ням подачь
Абразивно-рщинне пол1рування (г1дропол1руван-ня) застосовують для глянцування. Воно проводиться в спещальних камерах. Лопатки закршлюються в пристосуванш, пов'язаному з шпинделем бабки так, щоб поверхш хвостово! частини, що не тддаються обробщ, 1золювалися; шсля цього лопаткам надаеть-ся обертання. Через форсунку на пол1ровану поверх-ню подаеться повиряна сум1ш рщини з абразивними зернами. Час пол1рування визначаеться експеримен-тально; установки е дорогими пристроями.
Пол1рування на мехашзованих установках за-стосовуеться досить широко в практищ, особливо для лопаток середньо! довжини 1 б1льше. Тут для
