ДИНАМИЧЕСКОЕ ПОДАВЛЕНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ КОЛЕБАНИЙ НЕСУЩЕЙ ПЛИТЫ АКТИВНОГО ВИБРОЗАЩИТНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

© В.А.Мелик-Шахназаров, В.И.Стрелов, Д.В.Софиянчук, А.А.Трегубенко
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2014 г.

Для успешного проведения космических экспериментов по росту кристаллов необходима научная аппаратура (НА), отвечающая требованиям минимизации влияния условий микрогравитации. Эта аппаратура должна, в том числе, включать в себя ростовые установки с виброзащитной системой.

Центральным узлом активного виброзащитного устройства (АВЗУ) является несущая плита, установленная на упругие опоры, на которой располагаются группа акселерометров и группа магнитоэлектрических движителей. В петлевой функции передачи АВЗУ несущая плита, установленная на упругие опоры, описывается как резонатор с собственными частотами (тремя торсионными и тремя поступательными) ~10Гц. Поскольку при частотах выше 10Гц фаза этого звена цепи авторегулирования постоянна, устойчивость регулирования обеспечивается достаточно просто.

Существуют, однако, обстоятельства, ограничивающие активный диапазон частот и максимальный коэффициент подавления колебаний АВЗУ, которые связаны с поперечными/изгибными резонансами несущей плиты, вызывающими понижение фазы в цепи авторегулирования. Для плиты размерами 600×600×30 мм активный диапазон ограничивается группой поперечных резонансов в области частот от ~1кГц до ~3,5кГц.

Плита с подавленными поперечными резонансами может быть изготовлена из материала с большими вязкими потерями или из слоистого материала. Однако при увеличении эффективности таких конструкций понижается статическая жёсткость плиты, которая должна быть достаточно высокой. Это усложняет конструирование и изготовление несущих плит с вязкими потерями.

Альтернативным вязкоупругому подавлению поперечных колебаний является давно известный динамический способ, хорошо разработанный теоретически и применяющийся для запирания бегущих волн в стенках воздухопроводов, акустических бассейнов и др. Для осуществления этого способа на защищаемую поверхность устанавливаются акустические резонаторы, настроенные на нужные частоты, которые функционируют в режиме антирезонанса, и, двигаясь противофазно по отношению к защищаемой поверхности, подавляют колебания последней. Этим способом достигались коэффициенты подавления до 100дБ в области частот порядка одной декады.

Поскольку изгибные резонансы плиты представляют собой стоячие волны, форма и частота которых известна, максимальная эффективность конструкции может быть достигнута правильной настройкой собственных частот акустических резонаторов и их расположением в максимумах поперечных волн.

Компьютерное моделирование позволило определить оптимальные геометрию и массу резонаторов, перекрывающих двукратный диапазон частот.

Таким образом, для подавления резонансов в указанном выше интервале достаточно резонаторов, рассчитанных на две частоты. Определено также, что материал плиты с подавленными динамическим способом резонансами, может иметь сколь угодно высокую жесткость. То есть в данном случае отсутствуют трудно определяемые параметры, необходимые при конструировании плиты с вязким подавлением колебаний.