Карачун В.В., Тривайло М.С., Мельник В.М.

Національний технічний університет України «КПІ»

КІЛЬЦЕВИЙ РЕЗОНАТОР В ПОПЛАВКОВОМУ ПІДВІСІ ГІРОСКОПА

Модель відноситься до інерціальної техніки, а саме, до поплавкових гіроскопів, і може бути використана у складі інерціальних навігаційних систем літаків, ракет та інших об‛єктів, рушійні установки яких генерують в навколишнє середовище аеродинамічний шум високого рівня.

Відома конструкція поплавкового гіроскопа (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 (А.с. СССР № 1779129, G 01 C 19/20, 1996).

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

Більш вдалим слід вважати ПГ, який містить циліндричний корпус з циліндричною, частково заповненою робочою рідиною порожниною і розміщений в порожнині корпусу гіровузол з опорами і датчиками кута і моментів для визначення курсу (див., наприклад: 1) В.В. Ягодкин, Г.А. Хлебников. Гироприборы баллистических ракет. М., Военное издательство, 1967, с. 126, рис. 53; 2) В.П. Данилин Гироскопические приборы. – М.: Высш. шк., 1965, с. 404, рис. 56.1).

Цей ПГ простіший від попереднього у виготовленні та балансуванні, але він недостатньо ефективно захищає гіровузол від збудження проникаючим аеродинамічним шумом звукової частоти, що знижує точність вимірювань і є основним його недоліком.

Зазначений недолік обумовлений тим, що циліндрична поверхня порожнини корпусу та прилеглий до неї шар робочої рідини мають гладку циліндричну форму, і, отже, сталу (постійну) жорсткість, а тому, під дією звукових хвиль в поверхні поплавкового підвісу генерується безліч пружних переміщень, які призводять до його пружно-напруженого стану, сприймаємого гіроскопом за вхідний сигнал, в дійсності будучи “хибним” (див., наприклад: 1) В.В. Карачун, В.Г. Лозовик, В.Н. Мельник. Дифракция звуковых волн на подвесе гироскопа. – К.: “Корнейчук”, 2000, с. 49, рис. 1.13, 1.14 и с. 11, рис. 1.3; 2) В.В. Карачун, В.Н. Мельник, В.Г. Лозовик, А.А. Одинцов. Погрешности гироскопического интегратора линейных ускорений в натурных условиях. – К.: “Корнейчук”, 2001, с. 117, табл. 3.1.; с. 123, рис. 3.9). Пройдешня звукова хвиля в замкнутому ревербераційному просторі між внутрішньою циліндричною поверхнею корпусу і поплавком з гіроагрегатом призведе до виникнення суміші падаючих та відбитих звукових хвиль, бо в рідині звук транслюється надзвичайно комфортно, і призведе до коливань циліндричної поверхні внутрішньої порожнини корпусу, заповненої рідиною, наслідком чого буде виникнення зон концентрації енергії проникаючих звукових хвиль, так званих зон каустик, які додатково підсилять ефект негативної дії зовнішнього аеродинамічного шуму на точність вимірювань (див., наприклад: В.Н. Мельник, В.В. Карачун. Нелинейные колебания в полиагрегатном подвесе гироскопа. – К.: “Корнейчук”, 2008, с. 65, 66, рис. 6.1).

В основу пропонуємої моделі поставлена задача зменшення амплітуд генеруємих звуковими хвилями в стінках корпусу та робочій рідині коливальних процесів шляхом зміни форми циліндричної поверхні порожнини корпусу, що знижує збурення (збудження) гіровузла енергією звукових хвиль і призводить до зростання точності вимірювань курсу.

Поставлена задача вирішується тим, що ПГ, який містить корпус з циліндричною, частково заповненою робочою рідиною порожниною і розташований в порожнині корпусу гіровузол з опорами і датчиками кута і моментів для визначення курсу, згідно корисної моделі новим є те, що циліндрична поверхня порожнини корпусу обладнана кільцевими циліндричними проточками (впадинами) які дистанційно розташовані на циліндричній поверхні порожнини корпусу і мають з нею спільну вісь.

Зазначені відмітні ознаки забезпечують зміну форми циліндричної поверхні порожнини корпусу та прилеглого до неї шару робочої рідини з гладкої в поздовжньому напрямку, що, має місце в найближчому аналозі, на ступінчасто-змінну (по діаметру), що за інших рівних з найближчим аналогом умов, зменшує амплітуди генеруємих звуковими хвилями коливань в стінках корпусу та робочій рідині, а це знижує збурення ними гіровузла і призводить до зростання точності визначення курса об’єкту.

При дії на корпус звукового тиску високого рівня його стінки набувають пружно-деформованого стану і разом з прилеглим до них шаром робочої рідини приходять в коливальний рух. Оскільки стінки корпусу та прилеглий шар робочої рідини в поздовжньому напрямку мають ступінчасто-змінну товщину замість сталої (постійної) товщини в найближчому аналозі, (а, отже, і змінну жорсткість), тому амплітуди збуджуючих гіровузол генеруємих звуковими хвилями коливань зменшаться. Кільцеві проточки, окрім зазначеного, перешкодять розвитку зон концентрації енергії звукових хвиль, зон каустик, (не показані) (див., наприклад: 1) В.В. Карачун, В.М. Мельник. Рухомі міражі. – К. “Корнійчук”, 2009, с. 54, рис. 2.9, та с. 9 рис. 1.2; 2) В.В. Карачун, Я.Ф. Каюк, В.Н. Мельник. Волновые задачи поплавкового гироскопа. – К.: “Корнейчук”, 2007, с. 79 – 203). Зменшення амплітуд генеруємих звуковими хвилями коливань та зниження концентрації звукової енергії в зонах каустик, що відсутнє в найближчому аналозі із-за сталої товщини (жорсткості) стінок корпусу і шару робочої рідини, поменшить збурення гіровузла аеродинамічним шумом і призведе до зростання точності вимірювань, тобто точності визначення ПГ курсу рухомого об’єкта.