Мельник В.М., Карачун В.В.

Національний технічний університет України «КПІ»

ЗОНИ КАУСТИК В ПРИЛАДАХ ІНЕРЦІАЛЬНОЇ

НАВІГАЦІЇ І БОРОТЬБА З НИМИ

Для конкретності аналіз явища побудуємо на прикладі серійно виготовляємого промисловістю гіроскопічного датчика кутових швидкостей поплавкової модифікації. Технічна реалізація являє собою систему двох коаксіальних циліндрів розділених важкою рідиною. У внутрішньому знаходиться гіроагрегат

У тому випадку, коли геометричні розміри зовнішнього циліндра значно перевищують довжину звукової хвилі, в рідині, що забезпечує зважений стан рухомої частини, може спостерігатися явище виникнення зон каустик, тобто концентрації енергії звукового випромінювання, що породжує підвищення рівня акустичного тиску.

Припустимо, що на корпус приладу значного хвильового розміру, тобто ( - хвильове число), падає плоска хвиля . Вона генерує в матеріалі корпусу коливання, які розповсюджуються по бічній поверхні. В загальному випадку має місце суперпозиція поздовжних та згинних коливань.

Зупинимось спочатку на поздовжних коливаннях. Для оболонки великих хвильових розмірів, а саме це обумовлене спочатку, можна вважати, що окремо взята частина її поверхні веде себе в акустичному полі як плоска пластина. Швидкість розповсюдження поздовжних хвиль в оболонці співпадає із швидкістю таких же хвиль в пластині.

Якщо спостерігається нерівність , тоді бігуча поздовжна хвиля буде випромінювати в рідину звукову хвилю, напрям якої буде складати кут з дотичною до бокової поверхні корпусу. При цьому має місце співвідношення

.

Наслідком цього є значна концентрація енергії акустичного випромінювання поблизу кола, дотичного до променів, визначаючих розповсюдження хвилі. Радіус цього кола складає

.

З цієї самої причини, згинна хвиля, що генерується в корпусі, також призведе до концентрації енергії випромінювання також поблизу кола, але іншого радіуса :

,

де швидкість згинних коливань, але з урахуванням впливу розділяючої циліндри рідини.

Поверхні, які служать обвідними сім’ями променів, іменують каустичними поверхнями, або просто каустиками. Зрозуміло, що вони виникають тільки в разі перевищення швидкості згинних хвиль швидкості звука в рідині, тобто

.

Задачі звукоізоляції приладів слід вирішувати вже на етапі проектування бортової апаратури та конструкції ЛА в цілому.

Розглянемо один з варіантів пасивної звукоізоляції.

Пропонуєма конструкція може бути використана для звукопоглинання шуму в різноманітних галузях виробництва.

Відомий шумозахисний екран (ШЕ), який включає стойку і каркас з взаємно перетинаючими пружними полосами, в проймах між якими розташовані звукопоглинаючі мати, а також елементи кріплення матів.

Недолік цього ШЕ полягає в складності конструкції.

Відомий також ШЕ, який включає стойку з рамою і закріплені на рамі перфорований та герметичний листи, а також розміщений в зазорі між листами звукопоглинаючий матеріал.

Недолік цього ШЕ полягає в тому, що він під час експлуатації не дає змоги змінювати частотну характеристику поглинання звукової енергії шаром звукопоглинаючого матеріалу, що знижує ефективність захисту від шумів різноманітних частотних спектрів.

Зазначене пояснюється тим, що перфорований лист відомого ШЕ має нерегулюємий коефіцієнт перфорації, який визначається співвідношеннями площі отворів до загальної площі листа. Внаслідок цього, звукопоглинання особливо на високих частотах, зменьшується. Внаслідок того, що виробничі шуми мають різні частотні характеристики, а відомий ШЕ не забезпечує регулювання коефіцієнта перфорації, який би був оптимальним для конкретних умов, тому і ефективність захисту від шуму зменшується.

В основу пропонуємої конструкції покладена задача удосконалення ШЕ шляхом забезпечення можливості його настроювання на режим максимального звукопоглинання, що підвищує ефективність захисту від шуму з різноманітними спектрами частот.

Поставлена задача вирішується тим, що в ШЕ, який включає стойку з рамою і закріплені на рамі перфорований і герметичний листи, а також розміщений в зазорі між листами звукопоглинаючий матеріал, перфорований лист обладнаний заслінкою, яка розташована на його лицьовій стороні, з можливістю фіксованого переміщення по листу і має однакову з ним перфорацію.

Обладнання перфорованого листа заслінкою, яка розташована на його лицьовій стороні з можливістю фіксованого переміщення по листу і має однакову з ним перфорацію, забезпечує можливість регулювання площі, крізь яку звукова хвиля проникає в поглинаючий матеріал, тобто дозволяє настроювати ШЕ на режим максимального звукопоглинання і підвищує ефективність захисту від шуму.

Пропонуємий ШЕ схематично зображений на рис. 1, загальний вигляд; на рис. 2 - переріз А-А на рис. 1; на рис. З - місце В на рис.1, розташування отворів заслонки і перфорованого листа при регулюванні.

ШЕ складається із стійки 1, до якої приєднана рама 2. На рамі 2 закріплено перфорований 3 і герметичний 4 листи, в зазорі Н між якими розташований звукопоглинаючий матеріал 5, наприклад, скловата. Перфорація листа 3 виконана у вигляді колових отворів 6, які розташовані в шахматному порядку та мають діаметр.

Перфорований лист 3 обладнаний заслінкою 7, яка розташована на його лицьовій стороні 8 і має однакову з ним перфорацію 9. Заслінка 7 закріплена на перфорованому листі 3 гвинтами 10 з можливістю фіксованого переміщення в горизонтальному напрямку від встановленого на рамі 2 гвинта. 11, який взаємодіє з приєднаною до заслонки гайкою 12.

Працює ШЕ наступним чином.

Розповсюджуючись від джерела 13, звукові хвили проникають крізь збіжні частини "а б в г а " перфораційних отворів заслінки 7 і листа 3 в звукопоглинаючий матеріал 5, після чого одна їх частина за рахунок внутрішнього тертя поглинається матеріалом, а інша - досягає поверхні герметичного листа 4. Падаючи на поверхню листа 4, звукові хвилі частково відбиваються від неї, а частково, внаслідок виникаючих згинних коливань стінки листа, - проходять крізь лист з ослабленою звуковою енергією і досягають захищаємого об'єкта 14. Внаслідок поглинання енергії звукових хвиль матеріалом 5 і герметичним листом 4, здійснюється захист об'єкта 14 від надмірного шуму, що генерується джерелом 13.

Настроювання ШЕ на режим максимального звукопоглинання здійснюється слідуючим чином.

В зоні розташування захищаємого об'єкта 14 розміщують шумомір і гвинтом 11 перемішують, при ослаблених гвинтах 10, заслінку 7 у напрямку стрілок К. При переміщенні заслінки 7 відбувається зміна міжосьової відстані "є" між осями перфораційних отворів 6 і 9 листа і заслінки, внаслідок чого змінюється площа кожного наскрізного отвору "а б в г а ", крізь який звукова хвиля від джерела 13 проникає в поглинаючий матеріал 5. За рівності , площа кожного окремого наскрізного отвора "а б в г а" дорівнює нулю, а якщо - вона максимальна і дорівнює площі кола діаметром , що і забезпечує зміну коефіцієнта перфорації від нуля до максимальної (проектної) величини.

В положені заслінки 7, коли шум в зоні 14 досягає мінімальної величини, ії переміщення призупиняють, гвинти 10 затягуються і ШЕ готовий до тривалої експлуатації. Настроювання ШЕ можна виконувати і на "слух", забезпечуючи найбільш комфортні умови сприйняттям людини на слух.

Таким чином, наявність в ШЕ заслінки, яка розташована на поверхні перфорованого листа з можливістю фіксованого переміщення і має однакову з ним перфорацію, дозволяє керувати частотною характеристикою поглинання звукової енергії шаром поглинаючого матеріалу в широкому діапазоні частот і настроювати його на максимальне звукопоглинання, що підвищує ефективність захисту від шуму.

Запропонована конструкція ШЕ може бути використана також в різноманітних галузях виробництва для захисту виробничого персоналу від шкідливого впливу шуму.