АКТИВНЫЕ ИЗОЛЯТОРЫ ИСТОЧНИКОВ ВИБРАЦИИ ДЛЯ ОБИТАЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

© В.А.Мелик-Шахназаров, Б.Г.Заха
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2011 г.

Ранее нами было показано, что новая конструкция активных виброзащитных устройств для космических аппаратов (КА), включающая панель (раму) с симметричной группой из восьми ортогонально ориентированных акселерометров и восьми магнитоэлектрических движителей, может быть легко адаптирована к конкретной защищаемой аппаратуре. Новая схема авторегулирования, разделяющая шесть мод колебаний панели (три поступательные и три торсионные), то есть расщепляющая многомодовый регулятор на шесть невзаимодействующих цепей, удовлетворяет требованиям NASA: активный диапазон частот распространяется до ν = 0.01Гц при ν = 0.1Гц, коэффициент подавления колебаний равен 20дБ при ν = 1Гц – 40дБ и при ν = 10Гц – 60дБ (см. Патент РФ №22755672 от 19 апреля 2004 г. «Система активной защиты от микроускорений/вибраций с разделением мод колебаний»; Патент РФ №2337390 от 09 октября 2006 г. «Активная виброзащитная панель (бокс) с компенсацией сигнала наклона акселерометров для стационарных условий и транспортных средств»).

Другим новым важным применением активной панели, снабженной группой акселерометров, сервисных магнитоэлектрических движителей и цепями авторегулирования, является разработанное на её основе устройство для активной изоляции внешней среды от источников вибрации, то есть для задачи обратной по отношению к виброзащитным устройствам, изолирующим чувствительную аппаратуру от внешней среды.

Конструкция активного изолятора источников вибраций состоит из установленной на пружинах активной панели, на которой расположена симметричная группа из восьми акселерометров и восьми магнитоэлектрических движителей. С помощью электронных цепей управления все шесть мод колебаний панели (три продольные и три торсионные) подавляются, в результате чего вибрации изолируемого объекта, установленного поверх панели на упругих элементах, локализуются и не передаются во внешнюю среду. Виброизолирующая панель фактически выполняет функции активной акустической выгородки.

Активный изолятор представляет собой электромеханический аналог активного фильтра низких частот, граничная частота которого может выбираться в интервале 0,2–2 Гц в зависимости от спектра шумов изолируемого объекта. Максимальный коэффициент подавления колебаний виброизолирующей панели — от 40 дБ, до 60 дБ, что несоизмеримо выше эффективности пассивных демпфирующих устройств. Вес и габариты изолируемых источников вибраций могут варьироваться в широких пределах (см. Патент РФ № 2395736 от 18 ноября 2008 г «Активный изолятор источников вибраций»).

На КА функционируют компрессоры, насосы, вентиляторы, тренажёры и другие механизмы. Создаваемые ими вибрации модулей КА могут быть настолько велики, что для измерительной и технологической аппаратуры часто требуется активная защита в диапазоне частот от долей до десятков Гц. Очевидно, что применение разработанных нами активных изоляторов источников вибраций может уменьшить требования к эффективности виброзащитной аппаратуры и, что не менее важно, понизит акустические шумы в отсеках КА.