Кладун Е.А.

Национальный технический университет Украины “КПИ”

Испытательные стенды наземных комплексов с использованием роторной динамической сирены

Прикладные исследования последних лет убедительно доказали негативное влияние звуковых полей высокой интенсивности (выше 140 дБ) на бортовую аппаратуру летательных аппаратов. В первую очередь, это относится к ракетам-носителям (РН), стартующим с поверхности Земли.

С удалением от площадки, степень этого влияния снижается, это объясняется уменьшением плотности воздуха на значительных высотах. Вместе с тем, для РН, летящих по пониженным траекториям, устранение этого фактора наблюдаться все же не будет.

Проникающее внутрь летательного аппарата акустическое излучение будет вызывать в механических системах приборов управления и навигационном оборудовании вибрацию поверхности комплектующих. В своей совокупности, это явление приведет к ухудшению динамических свойств пилотажно-навигационных комплексов с проявлением локальных особенностей резонансного типа. Последнее особенно нежелательно для приборов, имеющих носители кинетического момента. В случае некорректируемых приборов здесь наблюдается систематический уход главной оси, для корректируемых – установившаяся погрешность измерений (дрейф нуля для интегрирующего гироскопа). Если же инерционный прибор сам выполняет роль чувствительного элемента, как, например, в гиростабилизированной платформе, то его погрешности проявляются в погрешностях построения триортогональной системы координат.

Эффективным средством борьбы с этим явлением может быть лишь синтез изоляционных устройств или схем, например, со структурной избыточностью, созданных на базе научно обоснованных рекомендаций, в основе своей содержащих полный анализ состояния поверхности элементов и прибора в целом под действием акустического излучения.

По вполне понятным причинам, такие исследования не могут проводиться на борту. Таким образом, возникает задача воспроизведения на наземном модуле натурных условий. Стенды для этих исследований, прежде всего, должны быть оборудованы генератором акустического излучения, который и является основным элементом. Главное требование к нему – возможность генерировать звуковое поле заданного уровня и желаемой (варьируемой) структуры.

Наиболее дешевым и простым в эксплуатации, наряду с самым высоким коэффициентом полезного действия, в настоящее время может считаться генератор звука на основе роторной динамической сирены. К первым, основополагающим, исследованиям сирен можно отнести работы М.И.Карновского [1, 2].

В настоящее время создано довольно много стендов для испытания изделий на акустическую прочность. По частотным характеристикам они могут быть разделены на два больших класса – дискретные и широкополосные. Последние наилучшим образом воспроизводят натурные условия.

Работу роторной динамической сирены можно проанализировать на примере известной ее технической реализации в виде двух соосных дисков с радиальными окнами – статор и ротор. Первый неподвижен и через его окна подается под давлением воздух, второй – подвижен и, пересекая проходящие струи воздуха, создает звуковые колебания среды. Амплитуды спектра, согласно равенству Парсеваля, определяются соотношением:

,

где - число мест на роторе сирены; - номер гармоники; - количество окон;- угол между базовой линией и окном; - угловая скорость вращения ротора; - число единичных импульсов в течение периода , причем ; - длительность единичного импульса (рис.1).

Рис. 1. Функция модуляции однороторной сирены

Наибольший интерес представляет широкополосный спектр сирены, как наиболее полно соответствующий натурным условиям. Не искажая реальной картины, можно qusi-трапециедальную функцию модуляции заменить прямоугольной (рис.1). К слову сказать, для определения мощности излучения важна не столько форма функции, сколько значение максимального расхода.

Таким образом, задача сводиться к виду:

Здесь - число равных участков диска ротора; - номер участка;

обозначает суммирование не подряд по параметру , а только для участков с импульсами; - числа единичных импульсов в течении периода .

Использование при нанесении окон остаточного циклического квадратичного цепного кода, позволит обеспечить случайный характер пересечения окон статора и, тем самым, приблизить к имеющимся реалиям натурных условий.

В том случае, когда возникает необходимость подчеркнуть те или иные частоты спектра, особенно при совпадении их значений с собственными частотами элементной базы, можно использовать многороторные сирены. При этом следует помнить, что простое увеличение уровня генерируемого звука здесь не наблюдается. Опять таки, эксплуатация и монтаж многороторных сирен значительно усложняется по сравнению с однороторной.

Практика показывает, что при работе многороторных сирен имеет место взаимное влияние роторов друг на друга, что также усложняет их эксплуатацию.

Литература:

1. Карновский М.И. К расчету сирен // Изв. ВУЗов. Радиотехника.-1958.-№1.-С.64-68.

2. Карновский М.И. Теория и расчет сирен // Журн. техн. физики.-Л.:Изд-во АН СССР,1945.-т.15.-Вып.6.-С.348-364.