Пневматические вибростенды - используют энергию сжатого воздуха от промышленных пневмосистем с давлением . В зависимости от реализованной в конструкции стенда принципиальной схемы вибровозбудителя возможно получение частот в диапазоне от 15 до 800 при широком диапазоне изменения амплитуд и сил.

Резонансные (камертонные) вибростенды - используются для получения высоких значений ускорений. Резонансные возбудители колебаний представляют собой балки или камертоны, колебания которых с резонансной частотой поддерживаются специальным электромагнитным устройством. Каждый из камертонов имеет собственные частоты. Одинаковые испытываемые объекты симметрично крепятся на концах ветвей камертона, которые помещаются в магнитное поле торцевой системы возбуждения.

Электродинамические вибростенды - применяются в тех случаях, когда при вибрационных испытаниях необходимо обеспечить следующие условия:

• большие амплитуды вынуждающей силы;

• широкий частотный диапазон;

• воспроизведение вибрации различного типа (гармонической, случайной, по заданной программе);

• строгую направленность создаваемой вибрации;

• возможность изменения направления вибрации;

• слабые магнитные поля в зоне испытаний;

• малый коэффициент нелинейных искажений.

Типовая схема электродинамического вибрационного стенда представлена на рис. 2.

Рис.2

Принцип работы электродинамического возбудителя колебаний прост и заключается в следующем: В корпусе электромагнита 3 помещается бескаркасная катушка подмагничивания 2. Корпус электромагнита 3 и кольцо 7 составляют магнитопровод вибратора. Через катушку подмагничивания пропускается постоянный ток. Соосно с неподвижно расположенным электромагнитом, запитываемым постоянным током, располагается подвижная катушка 8, запитываемая переменным током от задающего генератора. Подвижная катушка связана со штоком 6, проходящим через центральную полую часть неподвижного электромагнита. На противоположном по отношению к подвижной катушке конце штока размещается стол 5 с испытуемым объектом 4. В результате взаимодействия постоянного и переменного магнитных полей возникает переменная сила, заставляющая всю подвижную систему (подвижная катушка, шток, стол, объект) совершать колебания в соответствии с направлением этой силы. Если по обмотке подвижной катушки пропускать синусоидальный ток, то колебания стола вибратора будут иметь синусоидальную форму. Частота колебаний стола определяется частотой тока в подвижной катушке.

Лекция N 5

Тема лекции: Испытания на воздействие инерционных и ударных нагрузок

Инерционные нагрузки на элементы конструкции и систем КА возникают при движении КА с ускорением. Величины инерционных нагрузок зависят от величины и направления перегрузок. Перегрузки возникают при выведении КА на траекторию полета, при маневрировании, торможении и при посадке на Землю или другие небесные тела. Перегрузки, возникающие на участке выведения, невелики и не превышают . Однако при баллистическом торможении КА в плотных слоях атмосферы, особенно в тех случаях, когда угол входа КА в атмосферу больше , перегрузки резко возрастают и могут достигать .

---

При испытаниях КА и их систем инерционные нагрузки моделируют таким образом, чтобы они достаточно точно соответствовали нагрузкам в условиях штатной эксплуатации КА. Однако полностью воссоздать условия эксплуатации КА на стендовом оборудовании практически невозможно, хотя бы из-за воздействия на испытуемый объект гравитационных сил, направление действия которых чаще всего не соответствует направлению действия создаваемой в стендовых условиях перегрузки.

Поэтому речь может идти только о большей или меньшей степени приближения к реальным условиям.

В качестве основных средств испытаний используются центробежные стенды. Для достижения условий нагружения, максимально приближающихся к эксплуатационным, на центробежных стендах используются следующие способы: 1) изменение частоты вращения динамической установки с исследуемым объектом; 2) поворот исследуемого объекта на динамической установке; 3) линейное перемещение объекта вдоль одной или нескольких пространственных осей на динамической установке.

На приведенном ниже рисунке 1 изображена схема центробежного стенда.

Рис.1Основными конструктивными элементами центробежного стенда являются электродвигатель, редуктор 1, ротор 2, планшайба 3, каретка 4, платформа 5, испытуемый объект 6. Вращение вала двигателя через редуктор передается на ротор, на котором установлена планшайба. Планшайба вращается вокруг вертикальной оси. Каретка может перемещаться вдоль планшайбы. Платформа, имеет сферическую опору с кареткой, позволяющую ей вращаться относительно произвольной оси, проходящей через центр опоры. Благодаря этому испытуемый объект, установленный на платформе, может вращаться и вокруг своей продольной оси.

Для имитации инерционных нагрузок на центробежном стенде необходимо знать закон изменения во времени перегрузки, воздействующей на КА при эксплуатации.

При воспроизведении линейных ускорений на центробежном стенде определяющее значение имеет величина перегрузки , градиент перегрузки , предельный импульс перегрузки и мера интегрального воздействия .

В процессе испытаний КА и их элементов на центробежных стендах воспроизводятся три основных вида перегрузок:

- импульсные;

- сложные непрерывные периодические;

- непериодические ортогональные.

Испытания на воздействие ударных нагрузок

Основные характеристики ударного процесса и возможные последствия воздействия удара на конструкцию и состояние КА.

Ударом называют механическое воздействие материальных тел, приводящее к конечному изменению скоростей их точек за бесконечно малый промежуток времени. Ударное движение - движение, возникающее в результате однократного взаимодействия тела (среды) с рассматриваемой системой при условии, что наименьший период собственных колебаний системы или ее постоянная времени соизмеримы или больше времени взаимодействия.

---

При ударном взаимодействии в рассматриваемых точках определяют ударные ускорения, скорость или перемещение. В совокупности такие воздействия и реакции называют ударными процессами. Механические удары могут быть одиночными, многократными и комплексными. Одиночные и многократные ударные процессы могут воздействовать на аппарат в продольном, поперечном и любом промежуточном направлениях. Комплексные ударные нагрузки оказывают воздействие на объект в двух или трех взаимно перпендикулярных плоскостях одновременно. Ударные нагрузки на КА могут быть как непериодическими, так и периодическими. Возникновение ударных нагрузок связано с резким изменением ускорения, скорости или направления перемещения КА. Наиболее часто в реальных условиях встречается сложный одиночный ударный процесс, представляющий собой сочетание простого ударного импульса с наложенными колебаниями.

К основным характеристикам ударного процесса относятся:

- законы изменения во времени ударного ускорения , скорости и перемещения ;

- длительность действия ударного ускорения - величина интервала времени ( ) от момента появления до момента исчезновения ударного ускорения;

- длительность фронта ударного ускорения - интервала времени от момента появления ударного ускорения до момента, соответствующего его пиковому значению;

- коэффициент наложенных колебаний ударного ускорения - отношение полной суммы абсолютных значений приращений между смежными и экстремальными значениями ударного ускорения к его удвоенному пиковому значению;

- импульс ударного ускорения - интеграл от ударного ускорения за время, равное длительности его действия.

По форме кривой функциональной зависимости параметров движения ударные процессы разделяются на простые и сложные. Простые процессы не содержат высокочастотных составляющих и их характеристики аппроксимируются простыми аналитическим функциями. Класс функции определяется формой кривой, аппроксимирующей зависимость ускорения от времени - полусинусоидальная, косинусоидальная, прямоугольная, треугольная, пмлообразная, трапецеидальная и т. п.

Механический удар сопровождается быстрым выделением энергии, в результате чего возникают местные упругие или пластические деформации, возбуждение волн напряжения и другие эффекты, приводящие иногда к нарушению функционирования и к разрушению конструкции КА. Ударная нагрузка, приложенная к КА, возбуждает в нем быстрозатухающие собственные колебания. Значение перегрузки при ударе, характер и скорость распределения напряжений по конструкции определяются силой и продолжительностью удара и характером изменения ускорения. Удар, воздействуя на КА, может вызвать его механическое разрушение. В зависимости от длительности, сложности ударного процесса и его максимального ускорения при испытаниях определяют степень жесткости элементов конструкции КА. Простой удар может вызвать разрушение вследствие возникновения сильных, хотя и кратковременных перенапряжений в материале. Сложный удар может привести к накоплению микродеформаций усталостного характера. Так как конструкция КА обладает резонансными свойствами, то даже простой удар может вызвать колебательную реакцию в ее элементах, также сопровождающуюся усталостными явлениями.

---

Механические перегрузки вызывают деформацию и поломку деталей, ослабление соединений (сварных, резьбовых, заклепочных), перемещение механизмов и органов управления, в результате чего изменяется регулировка и настройка приборов и появляются другие неисправности.

Испытания конструкций и систем КА на воздействие ударных нагрузок

Общая задача испытаний КА на воздействие ударных нагрузок состоит в проверке способности КА и всех его элементов выполнять свои функции в процессе ударного воздействия и после него. При этом ставится целью максимально приблизить результаты испытательного удара к эффекту реального удара в натурных условиях эксплуатации КА.

При воспроизведении в условиях наземного эксперимента режимов ударного нагружения накладывают ограничения на форму импульса мгновенного ускорения как функции времени, а также на допустимые пределы отклонений формы импульса. Дело в том, что практически каждый ударный импульс на лабораторном стенде сопровождается пульсацией, являющейся следствием резонансных явлений в ударных установках и вспомогательном оборудовании. Так как спектр ударного импульса в основном является характеристикой разрушающего действия удара, то наложение даже небольшой пульсации может сделать результаты лабораторных измерений недостоверными.

Ударные стенды обычно состоят из следующих элементов: испытуемого объекта, закрепленного на платформе или в контейнере вместе с датчиком ударной перегрузки; средства разгона для сообщения объекту необходимой скорости; тормозного устройства; системы управления; регистрирующей аппаратуры для записей исследуемых параметров объекта и закона изменения ударной перегрузки; первичных преобразователей; вспомогательных приборов для регулировки режимов функционирования испытываемого объекта; источников питания, необходимых для работы испытуемого объекта и регистрирующей аппаратуры.

Простейшим стендом для ударных испытаний является стенд, работающий по принципу сбрасывания закрепленного на каретке испытуемого объекта с некоторой высоты, т.е. использующий для разгона силы земного тяготения. При этом форма ударного импульса определяется материалом и формой соударяющихся поверхностей. На таких стендах можно обеспечить ускорение до . Стенд, работающий по принципу сбрасывания объекта с определенной высоты, имеется в научно - исследовательской лаборатории кафедры 601 МАИ и называется научно - исследовательским стендом бросковых испытаний. Ударные перегрузки на таких стендах зависят от высоты падения , жесткости тормозящих элементов , суммарной массы стола и объекта испытаний и характеризуются следующей зависимостью: . Подбирая соответствующим образом отмеченные величины, можно получать требуемые перегрузки.

---

Имеются испытательные стенды, использующие гидравлический или пневматический привод для разгона каретки с испытуемым объектом. В качестве разгонного устройства могут быть использованы резиновые амортизаторы, пружины, а также линейные асинхронные двигатели.

Возможности практически всех ударных стендов определяются конструкцией тормозных устройств. Перечислим и кратко охарактеризуем виды этих устройств, используя заимствованный из [1] рис.2.

Рис.2

1) Для получения больших перегрузок с малым фронтом их нарастания ( ) используется удар испытуемого объекта с жесткой плитой (рис. 2 ). Торможение происходит за счет возникновения упругих сил в зоне контакта при ударе.

2) Для получения перегрузок в широком диапазоне, от десятков до десятков тысяч единиц, с временем нарастания их от десятков микросекунд до нескольких миллисекунд используют деформированные элементы в виде пластины или прокладки, лежащей на жестком основании. Материалами этих прокладок могут быть сталь, латунь, медь, свинец, резина и т.п. (рис. 2 )

3) Для обеспечения какого - либо заданного закона изменения перегрузки и длительности времени ударного ускорения ( ) в небольшом диапазоне используют деформируемые элементы в виде наконечника, который устанавливается между плитой ударного стенда и испытуемым объектом (рис.2 ).

4) Для воспроизведения удара с относительно большим путем торможения применяют тормозное устройство, состоящее из свинцовой, пластически деформированной плиты, расположенной на жестком основании стенда, и внедряющегося в нее жесткого наконечника соответствующего профиля (рис.2 ), закрепленного на объекте или на платформе стенда. Такие тормозные устройства позволяют получать перегрузки в широком диапазоне с небольшим временем их нарастания, доходящим до десятков миллисекунд.

5) В качестве тормозного устройства может быть использован упругий элемент в виде рессоры (рис.2. ), установленной на подвижной части ударного стенда. Такой вид торможения обеспечивает получение относительно малых перегрузок полусинусоидальной формы с продолжительностью, измеряемой миллисекундами.

6) Пробиваемая металлическая пластина, закрепленная по контуру в основании установки в сочетании с жестким наконечником платформы или контейнера, обеспечивает получение относительно малых перегрузок (рис. 2).

7) Деформируемые элементы, установленные на подвижной платформе стенда (рис. 2 ), в сочетании с жестким коническим уловителем обеспечивают получение длительно действующих перегрузок с временем нарастания до десятков миллисекунд.

8) Тормозное устройство с деформированной шайбой (рис.2 ) позволяет получать большие пути торможения объекта (до 200 - 300 мм) при малых деформациях шайбы.

9) Пневматическое тормозное устройство рис.2и позволяет воспроизвести интенсивные ударные импульсы различной формы. Кроме того, это устройство является устройством многоразового действия.

---

Смотрите также файлы

• Метод простой итерации.doc

• Московский Авиационный Институт (Государственный Технический Уни.doc

• Московский авиационный институт государственный технический унив.doc

• Московский Государственный Институт (Университет) Международных .doc

• Организационные структуры систем обучения.doc