Устройство для моделирования параметрических колебаний

 

Использование: для экспериментальной проверки динамической устойчивости рычажных систем. Сущность изобретения: параметрические колебания рычажной системы возбуждаются с помощью газодинамического источника возмущающей силы, имеющей периодическую составляющую. Источник состоит из выхлопной трубы с решетками для выравнивания потока газа и подключенных к ней газоподводящих каналов с соплами на входе трубы. Пульсация потока газа может быть обеспечена выбором соответствующих геометрических параметров трубы или за счет оснащения одного из каналов средствами для обеспечения импульсного режима работы сопла. Параметры рычажной системы могут регулироваться с помощью передвижных по длине ее звеньев масс, фиксируемых в любой требуемой точке звена. На свободном конце близлежащего к источнику звена рычажной системы установлена сферическая преграда. Звенья соединены между собой упругими шарнирами. Первое звено уравновешено относительно его шарнирной опоры двумя упругими связями, одна из которых выполнена в виде пружины, а в качестве второй использован датчик силы. При использовании изобретения возможно определение зон динамической устойчивости системы в зависимости от параметров возмущающей силы и геометрических и физических параметров рычажной системы. 1 ил.

Изобретение относится к экспериментальной технике и может быть использовано для демонстрации явления параметрического резонанса на примере рычажных механических систем и также для экспериментальной проверки аналитических оценок динамической устойчивости многостепенных механических систем, нагруженных внешней возмущающей силой, имеющей периодическую составляющую.

В соответствии с теорией параметрических колебаний в рычажных механических системах, нагруженных внешней силой, имеющей периодическую составляющую, возможно возникновение резонансных колебаний, амплитуда которых неограниченно возрастает по времени, что может привести к выходу из строя рычажной системы. В частности, к таким системам, подверженным параметрическому резонансу, можно отнести силоизмерительные стенды, предназначенные для испытаний реактивных двигателей, для которых возникновение параметрического резонанса может привести к аварии стенда.

Динамическая устойчивость рычажных систем зависит от ее физических и геометрических характеристик, от параметров внешней возмущающей силы. Из-за математических сложностей критерии устойчивости таких систем получают, исходя из многочисленных допущений, что приводит к большим неточностям оценки границ областей параметрического резонанса. Для уточнения положения границ зон параметрического резонанса необходимы экспериментальные исследования по выявлению закономерностей параметрического резонанса, необходимы устройства для моделирования параметрических колебаний.

Известно устройство для моделирования параметрических колебаний в рычажной колебательной системе, содержащее основание, источник возмущающей силы, имеющей периодическую составляющую, служащий для сжимающего воздействия на рычажную систему, и упругие связи рычажной системы с основанием [1] Известное устройство не обеспечивает варьирование параметров возмущающей силы и параметров рычажной колебательной системы, определяющих характер колебательных процессов в системе.

Изобретение решает задачу создания устройства для моделирования параметрических колебаний в рычажной колебательной системе, которое обеспечивало бы варьирование как параметров возмущающей силы, так и параметров возбуждаемой системы. При решении этой задачи возможно определение зон динамической устойчивости системы в зависимости от параметров возмущающей силы и геометрических и физических параметров рычажной системы.

Согласно изобретению это достигается благодаря тому, что в устройстве для моделирования параметрических колебаний в рычажной колебательной системе, содержащем основание, источник возмущающей силы, имеющий периодическую составляющую, служащий для сжимающего воздействия на рычажную систему, и упругие связи рычажной системы с основанием, источник возмущающей силы выполнен газодинамическим и состоит из выхлопной трубы с размещенными в ней решетками для выравнивания потока газа, и подключенных к ней газоподводящих каналов с соплами на входе трубы, при этом или геометрические параметры трубы выбраны из условия создания в ней пульсации потока газа, или один из каналов содержит средства для обеспечения импульсного режима работы сопла, звенья рычажной системы соединены между собой упругими шарнирами и каждое из них снабжено перемещаемой по его длине массой, фиксируемой в любой точке звена, на свободном конце звена, близлежащего к источнику возмущающей силы, установлена сферическая преграда, за которой по ходу потока размещен конусный отражатель, а первое звено выполнено двуплечим и уравновешено относительно его шарнирной опоры двумя упругими связями, одна из которых выполнена в виде пружины, а в качестве другой связи использован датчик силы.

На чертеже изображено описываемое устройство в продольном разрезе.

Устройство для моделирования параметрических колебаний содержит основание 1, на котором в шарнирной опоре (подшипниковом узле) установлено первое звено рычажной колебательной системы двуплечий рычаг 2, плечи которого посредством датчика 3 силы и компенсирующей пружины 4 связаны с основанием 1. На одном из концов рычага 2 посредством подшипникового узла 5 с помощью упругих элементов 6, образующих упругий шарнир, свободно вывешен рычаг 7. На свободном конце рычага 7 жестко закреплена сферическая преграда 8. На обоих рычагах (внутри их) с возможностью перемещения устанавливаются массы в виде ползунов 9, 10 с фиксаторами 11, 12 их положения на рычагах 2, 7. Внешняя возмущающая сила, имеющая периодическую составляющую, воздействующая на преграду 8, создается струей газа, истекающей из выхлопной трубы 13 через расходную шайбу 14 с профилированным контуром. На выход выхлопной трубы 13 газ подается через несколько газоподводящих каналов с соплами. В частности, один из каналов содержит кольцевой внешний коллектор 15 с кольцевым щелевым соплом 16, а другой внутренний коллектор 17 с центральным соплом 18. Для выравнивания потока газа в выхлопной трубе 13 устанавливаются выравнивающие решетки 19. Геометрические параметры выхлопной трубы 13 выбраны обеспечивающими пульсацию потока газа, в частности третью моду пульсаций. Создание и вариация параметров одной из мод пульсаций газа может быть обеспечена также оснащением одного из каналов средствами для обеспечения импульсного режима работы сопла 18. В качестве таких средств может быть использован клапан 20 с электромагнитным приводом. Для уменьшения воздействия струи газа на остальные элементы колебательной системы за преградой 9 установлен конусный отражатель 21. Сферическая форма преграды 8 обеспечивает независимость параметров силового воздействия струи на рычажную систему от колебаний последней.

Устройство для моделирования параметрических колебаний работает следующим образом. Относительно основания 1 горизонтируются рычаги 2, 7 и выхлопная труба 13 до совпадения их продольных осей, причем равновесие рычага 2 в этом положении осуществляется датчиком 3 силы и компенсирующей пружиной 4, а равновесие рычага 7 с помощью упругих элементов 6. Далее газ подается в коллекторы 15 и 17 и через сопла 16 и 18 истекает в полость выхлопной трубы 13. С помощью выравнивающих решеток 19 в выходном сечении трубы создается равномерный по сечению поток газа, который воздействует на преграду 8. Одна из мод периодической составляющей силового воздействия на преграду 8 обеспечивается путем создания импульсного режима работы сопла 18, причем частота периодической составляющей задается электромагнитным приводом 20, а амплитуда периодической составляющей определяется давлением газа в коллекторе 17. После взаимодействия с преградой 2 газ концевым отражателем 21 отводится из зоны его возможного воздействия на элементы колебательной системы. Возникающие под действием внешней возмущающей силы, имеющей периодическую составляющую, колебания рычага 2 регистрируют с помощью датчика 3 силы. На стадии, предшествующей испытаниям, задаются параметры колебательной системы, в частности, вариацией точки закрепления датчика 3 и компенсирующей пружины 4 на рычаге 2, а также вариацией положений грузов 9, 10 на рычагах 2, 7. Непосредственно в ходе испытаний могут варьироваться параметры внешней возмущающей силы.

Формула изобретения

Устройство для моделирования параметрических колебаний в рычажной колебательной системе, содержащее основание, источник возмущающей силы, имеющей периодическую составляющую, служащий для сжимающего воздействия на рычажную систему, и упругие связи рычажной системы с основанием, отличающееся тем, что источник возмущающей силы выполнен газодинамическим и состоит из выхлопной трубы с размещенными в ней решетками для выравнивания потока газа и подключенных к ней газоподводящих каналов с соплами на входе трубы, при этом или геометрические параметры трубы выбраны из условия создания в ней пульсаций потока газа, или один из каналов содержит средства для обеспечения импульсного режима работы сопла, звенья рычажной системы соединены между собой упругими шарнирами и каждое из них снабжено перемещаемой по его длине массой, фиксируемой в любой требуемой точке звена, на свободном конце звена, близлежащего к источнику возмущающей силы, установлена сферическая преграда, за которой, по ходу потока, размещен конусный отражатель, а первое звено выполнено двуплечим и уравновешено относительно его шарнирной опоры двумя упругими связями, одна из которых выполнена в виде пружины, а в качестве второй упругой связи использован датчик силы.

РИСУНКИ

Рисунок 1