Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ИНЕРЦИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

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 a_2т (фиг.3);

- ускорений сложного характера, действующих по направлению 3-х осей прибора Н_х,(фиг.4), N_у (фиг.5), N_z (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 Х_n) 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 a_1n, создаваемое главным ротором и направленное к его оси вращения OZ;

- тангенциальное (касательное) ускорение a_1τ, создаваемое главным ротором при ускоренном/замедленном вращении и направленное перпендикулярно к нормальному ускорению a_1τ, либо в направлении вращения главного ротора (при его ускоренном вращении), либо в противоположную сторону (при его замедлении);

- центростремительное ускорение а_2n, создаваемое поворотным столом и направленное к его оси вращения O₁Z₂;

- тангенциальное ускорение а_2τ, создаваемое поворотным столом при ускоренном/замедленном вращении и направленное перпендикулярно к нормальному ускорению a_2n, либо в направлении вращения поворотного стола (при его ускоренном вращении), либо в противоположную сторону (при его замедлении);

- дополнительное ускорение а_2n, 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.