Устройство для гашения низкочастотных вибраций

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в устройствах для гашения низкочастотных вибраций. В частности, устройство может использоваться для демпфирования колебаний фотоэлектрических батарей после завершения маневра космического аппарата (КА) дистанционного зондирования Земли с целью обеспечения наилучших условий съемки Земной поверхности с борта КА.

Известен Магнитожидкостный успокоитель (Патент на изобретение № 2310110, МПК F16F 6/00), состоящий из корпуса, заполненного магнитной жидкостью, размещенного внутри корпуса соосно с ним плоского подвижного элемента, жестко прикрепленного к нему штока, связывающего успокаиваемый объект с плоским подвижным элементом, магнита, отличающийся тем, что магнит выполнен в виде соленоида, установленного неподвижно внутри корпуса и подключенного к регулируемому источнику питания, а плоский подвижный элемент выполнен из неэлектропроводного материала с равномерно распределенными по нему сквозными отверстиями, оси которых близки или совпадают с направлением силовых линий магнитного поля. Недостатком аналога является сложность конструкции и низкая надежность, связанная с наличием регулируемого источника электропитания.

Прототипом настоящего изобретения является Устройство для гашения низкочастотных вибраций (Патент на полезную модель № 144547, МПК F16F 9/53, F16F 6/00), содержащее корпус из немагнитного материала, внутри которого выполнена цилиндрическая камера, содержащая магнитную жидкостью в коллоидном состоянии, отличающееся тем, что корпус из немагнитного материала жестко крепится к внешней конструкции, подвергающейся низкочастотным вибрационным воздействиям, а в камеру помещен магнит в форме прямого кругового цилиндра с возможностью его обволакивания содержащейся в камере магнитной жидкостью, причем в боковой стенке цилиндрической камеры по всей ее длине выполнена сужающаяся в ее внешнюю сторону выемка, а в нижней и верхней стенках цилиндрической камеры в их центральной части выполнены выпуклые элементы. Недостатком прототипа является невыявление зависимости между демпфируемой частотой, а также размерами и свойствами материалов предложенного устройства. На основании этой полезной модели невозможно выбрать оптимальные размеры устройства и применяемые материалы для обеспечения наибольшего логарифмического декремента на заданной частоте.

Целью настоящего изобретения является создание устройства для эффективного гашения низкочастотных вибраций, т.е. демпфера с максимальным логарифмическим декрементом колебаний.

Техническим результатом настоящего изобретения является получение зависимости между демпфируемой частотой колебаний, а также размерами демпфера и применяемыми материалами.

Устройство для гашения низкочастотных вибраций 1 располагается на крыле 2 фотоэлектрической батареи космического аппарата 3 (фигура 1).

Устройство для гашения низкочастотных вибраций (фигура 2) содержит корпус 4 из немагнитного материала, характеризующийся тем, что, внутри корпуса 4 выполнена цилиндрическая камера, в которую помещен постоянный магнит 5 с осевой намагниченностью в форме прямого кругового цилиндра обволакиваемого содержащейся в корпусе 4 магнитной жидкостью 6, находящейся в коллоидном состоянии. Сам корпус 4 из немагнитного материала жестко крепится винтами 7 к кронштейну 8, закрепленному, в свою очередь, на крыле 2 фотоэлектрической батареи.

Для обеспечения постоянства теплового режима и магнитных свойств устройства для гашения низкочастотных вибраций при нахождении его в агрессивных средах (тепловой нагружения), он защищен оболочкой 9 из материала с низкой теплопроводностью и внешним защитным кожухом 10.

При возникновении колебательного движения крыла 2 после маневра космического аппарата 3, магнит 5 в форме прямого кругового цилиндра, обволакиваемый содержащейся в цилиндрической камере магнитной жидкостью 6, перемещается в направлении, обратном движению крыла 2, демпфируя колебания.

Для обеспечения наиболее быстрого демпфирования колебаний космического аппарата 3 после маневра устройства для гашения низкочастотных вибраций 1 прикреплены в местах максимальных амплитуд (пучности) вибраций крыла 2 фотоэлектрической батареи, т.е. в оконечности крыла 2 фотоэлектрической батареи.

Для снижения статического магнитного момента, действующего на космический аппарат 3 со стороны магнитного поля Земли, на космическим аппарате 3 устройства для гашения низкочастотных вибраций 1 смонтированы в количество нескольких пар, где устройства каждой из пар имеют противоположную полярность постоянного магнита.

Эффективность затухания колебаний определяется логарифмическим декрементом колебаний:

где и - амплитуды колебаний сигнала линейных ускорений для n-ого и n+1 периодов колебаний Т.

Для получения максимально эффективного затухания колебании, оцениваемого, например, максимальным логарифмическим декрементом колебаний при частоте низкочастотных вибраций ƒ (Гц) должна выполняться следующая формула, связывающая упомянутую частоту ƒ с размерами и свойствами материалов компонентов устройства для гашения низкочастотных вибраций:

где μ₀=4π⋅10^-7 Гн/м, С - эмпирический коэффициент зависящий от свойств магнитной жидкости в магнитном поле, а также электромагнитных свойств корпуса и постоянного магнита (м^-1), M_S - напряженность в точке насыщения магнитной жидкости (А/м), S_маг - площадь сечения торца магнита (м²), H - напряженность магнитного поля в торцевой области магнита (А/м), x - зазор между магнитом и поверхностью корпуса, над которой левитирует магнит обволакиваемый магнитной жидкостью (м), m_маг - масса магнита (кг), m_мж - масса магнитной жидкости (кг).

Введением вышеприведенной формулы достигается требуемая цель изобретения, заключающаяся в создании устройства для эффективного гашения низкочастотных вибраций.

Устройство для гашения низкочастотных вибраций применено в космических аппаратах космического комплекса «Канопус-В».