Способ моделирования комплексных инерционных воздействий
Владельцы патента RU 2244312:
Министерство Российской Федерации по атомной энергии - Минатом РФ (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики-ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ (RU)
Изобретение относится к испытательной технике, а именно к испытаниям приборов на стойкость к воздействию сложных инерционных ускорений, и может быть использовано при проверке работоспособности этих приборов в условиях воздействия сложных перегрузок с заданными характеристиками. Способ моделирования комплексных инерционных воздействий основан на использовании двойной центрифуги, состоящей из вращающихся главного ротора и расположенного на нем поворотного стола, на котором на заданном расстоянии от его оси вращения устанавливают испытуемый прибор таким образом, чтобы ось его чувствительного элемента была параллельна плоскости поворотного стола и направлена к его оси вращения, поворотный стол устанавливают с возможностью наклона его оси вращения к оси вращения главного ротора, угловую скорость которого задают меньше угловой скорости поворотного стола. Технический результат - расширение функциональных возможностей, моделирования комплексных инерционных воздействий, при использовании двойной центрифуги. Воспроизводимый при этом спектр сочетаний ускорений обеспечивает возможность имитировать большинство режимов неравномерно движущихся материальных тел при входе их в среду, у которой сопротивление движению изменяется по нелинейному закону. 6 ил.
Изобретение относится к испытательной технике, а именно к испытаниям приборов на стойкость к воздействию сложных инерционных ускорений, и может быть использовано при проверке работоспособности этих приборов в условиях воздействия сложных перегрузок с заданными характеристиками.
Известно устройство для воспроизведения ускорений (см. авторское свидетельство №398873 от 24.12.71 г., опубликовано 27.09.73 г., бюллетень №38, МПК6 G 01 р 21/00), содержащее привод с ротором, на котором установлен стол для крепления исследуемого акселерометра, снабженный отдельным приводом. Для одновременного воспроизведения низкочастотных линейных и угловых ускорений стол для крепления исследуемого акселерометра установлен в поворотном кронштейне, ось поворота которого проходит через центр инерции сейсмической массы исследуемого акселерометра перпендикулярно осям вращения ротора и стола.
Устройства такого типа позволяют одновременно воспроизводить низкочастотные линейные и угловые ускорения. Однако эти устройства не способны воспроизвести некоторые требуемые сочетания линейно нарастающих осевых ускорений, наложенных на них колебательных составляющих, а также знакопеременных боковых ускорений, амплитуды и частоты которых изменяются по нелинейному закону при неравномерном движении материального тела в среде с переменными характеристиками.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является способ поверки и испытаний навигационных приборов (см. статью Каразин В.И., Красильщиков М.Я., Семенова Н.С. "К вопросу о точности воспроизведения ускорения на двойной центрифуге", опубликованную в журнале Машиноведение, №2, 1983, с.47-49, изд-во "Наука", г.Москва), заключающийся в том, что на стенд, содержащий главный ротор и размещенный на нем поворотный стол, устанавливают испытуемый прибор с эксцентриситетом ε относительно оси вращения поворотного стола. Ось вращения поворотного стола отстоит от оси вращения главного ротора на расстоянии ρ. При вращении главного ротора и поворотного стола как в одну, так и в разные стороны, прибор испытывает одновременное воздействие линейного ускорения, а также некоторого ускорения, изменяющегося по гармоническому закону с амплитудой, частотой и некоторой постоянной составляющей, величины которых определяются угловыми скоростями вращения главного ротора (ω1) и поворотного стола (ω2), а также соотношением между параметрами ε и ρ.
Однако возможности этого способа ограничены и не позволяют воспроизвести указанные выше сложные сочетания осевых и знакопеременных боковых ускорений, которые необходимы для полноценного и максимально приближенного к реальным условиям испытания аппаратуры на устойчивость к воздействию комплексных инерционных нагружений.
Решаемой задачей является создание способа моделирования комплексных инерционных воздействий, позволяющего имитировать инерционные нагружения, которые испытывает материальное тело, движущееся с ускорением в среде с переменным сопротивлением.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей известных способов моделирования комплексных инерционных воздействий с использованием двойной центрифуги.
Технический результат достигается тем, что в способе моделирования комплексных инерционных воздействий, основанном на использовании двойной центрифуги, состоящей из вращающихся главного ротора и расположенного на нем поворотного стола, на заданном расстоянии от оси вращения которого размещен испытуемый прибор, этот прибор устанавливают таким образом, чтобы ось его чувствительного элемента была параллельна плоскости поворотного стола и направлена к его оси вращения, при этом поворотный стол устанавливают с возможностью наклона его оси вращения к оси вращения главного ротора, угловую скорость которого задают меньше угловой скорости поворотного стола.
Предлагаемый способ позволяет воспроизводить значительно более широкий спектр сочетаний ускорений, в том числе и такое сочетание (при ω2>ω1), в котором нарастающие уровни осевых ускорений сопровождаются наложенными на них знакопеременными составляющими ускорений, а также боковыми знакопеременными ускорениями с изменяющейся по нелинейному закону амплитудой и возрастающей при этом частотой, что, как указывалось выше, характерно для большинства режимов неравномерно движущихся материальных тел при входе их в среду, у которой отдельные характеристики могут изменяться по нелинейному закону. Подобное сочетание ускорений невозможно воспроизвести никакими известными способами.
На фиг.1 схематически изображено устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг.2 показано положение, в котором следует устанавливать испытуемый прибор для одновременного обеспечения:
- требуемого уровня центростремительного ускорения a2т (фиг.3);
- ускорений сложного характера, действующих по направлению 3-х осей прибора Нх,(фиг.4), Nу (фиг.5), Nz (фиг.6).
Устройство фиг.1 содержит главный ротор 1, установленный на оси 2 и снабженный приводом 3. На главном роторе 1 размещена регулируемая опора 4, позволяющая осуществлять наклон оси вращения 5 и поворотного стола 6 вместе с приводом 7 в пределах от 0 до 90°. Испытуемый прибор 8 устанавливают на поворотном столе 6 в соответствии с фиг.2.
Устройство работает следующим образом.
Испытуемый прибор 8 устанавливают на заданном расстоянии от оси вращения 5 поворотного стола 6 (согласно фиг.2), которые размещают на главном роторе 1 и также на заданном расстоянии от его оси вращения 2. При этом необходимо обеспечить следующее условие: ось чувствительного элемента (на фиг.2 ось прибора Хn) должна быть установлена параллельно плоскости платформы поворотного стола 6 и направлена к его оси вращения 5 (O1Z2).
Ось вращения 5 поворотного стола 6 (O1Z2) с помощью регулируемой опоры 4 устанавливают на требуемый угол (в пределах от 0 до 90°) относительно оси вращения 2 главного ротора 1 (OZ).
При вращении главного ротора и поворотного стола на исследуемый прибор воздействуют следующие ускорения:
- центростремительное (нормальное) ускорение a1n, создаваемое главным ротором и направленное к его оси вращения OZ;
- тангенциальное (касательное) ускорение a1τ, создаваемое главным ротором при ускоренном/замедленном вращении и направленное перпендикулярно к нормальному ускорению a1τ, либо в направлении вращения главного ротора (при его ускоренном вращении), либо в противоположную сторону (при его замедлении);
- центростремительное ускорение а2n, создаваемое поворотным столом и направленное к его оси вращения O1Z2;
- тангенциальное ускорение а2τ, создаваемое поворотным столом при ускоренном/замедленном вращении и направленное перпендикулярно к нормальному ускорению a2n, либо в направлении вращения поворотного стола (при его ускоренном вращении), либо в противоположную сторону (при его замедлении);
- дополнительное ускорение а2n, возникающее при движении тела относительно вращающейся системы отсчета, оно перпендикулярно вектору угловой скорости ω1 главного ротора (т.е. перпендикулярно оси OZ) и вектору линейной скорости, создаваемой поворотным столом.
Для подтверждения практической возможности реализации требуемого сочетания ускорений (см. фиг.4-6), была проведена научно-исследовательская работа на тему: "Математическая модель стенда сложных движений", в процессе которой разработаны алгоритм и соответствующая программа, позволяющие при задании различных возможных условий движения математически определять характер и величины ускорений, воздействующих на прибор в 3-х направлениях при испытании его на двойной центрифуге (фиг.1-2).
Результаты этих расчетов показывают, что достигаемые при использовании изобретения сочетания ускорений позволяют с достаточно высокой степенью точности имитировать перегрузки, которые должны испытывать материальное тело при его неравномерном движении в среде, некоторые характеристики которой могут изменяться по нелинейному закону.
Способ моделирования комплексных инерционных воздействий, основанный на использовании двойной центрифуги, состоящей из вращающихся главного ротора и расположенного на нем поворотного стола, на котором на заданном расстоянии от его оси вращения устанавливают испытуемый прибор, отличающийся тем, что испытуемый прибор размещают таким образом, чтобы ось его чувствительного элемента была параллельна плоскости поворотного стола и направлена к его оси вращения, при этом поворотный стол устанавливают с возможностью наклона его оси вращения к оси вращения главного ротора, угловую скорость которого задают меньше угловой скорости поворотного стола.
