научная статья по теме ОПРЕДЕЛЕНИЕ УПРУГИХ И ДЕМПФИРУЮЩИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАВУЧЕГО ПРОВОДА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ Машиностроение

Текст научной статьи на тему «ОПРЕДЕЛЕНИЕ УПРУГИХ И ДЕМПФИРУЮЩИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАВУЧЕГО ПРОВОДА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ»

СУДОСТРОЕНИЕ 5'1WV

МОРСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ

мечен и в ходе проведенных натурных испытаний. Однако схемные решения, разработанные и внедренные в ИИП специалистами «Инари-Техно-логии», позволили минимизировать их до уровней, сопоставимых с характеристиками линейных источников.

Таким образом, можно констатировать, что в рамках проведенных испытаний не выявлено принципи-

альных препятствий для использования ИИП в системах судовой автоматики и вычислительных комплексах. Учитывая большой объем применения источников питания на судах, есть основания предположить, что за счет внедрения ИИП возможен существенный суммарный выигрыш в массогабаритных показателях судовых ЭУ.

Литература

1. Высокочастотные транзисторные преобра-зователи/Э. М. Ромаш, Ю. И. Драбович,

Н. Н. Юрченко, П. Н. Шевченко. М.: Радио и связь, 1988.

2. Power Supply (Product Handbook, 1996— 1997) — Computer products, Power Conversion, 1996.

3. Борисевич А. И., Мелешин В. И. Комплексное шумопонижение в низковольтных транзисторных преобразователях постоянного напряжения/электротехника. 1996. № 12.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УПРУГИХ И ДЕМПФИРУЮЩИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАВУЧЕГО ПРОВОДА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ

В. И. Высоцкий, канд. техн. наук (СПбБГТУ), Н. С. Иваненко

(КБ «Связьморпроект»), Б. К. Коровичев, канд. техн. наук (ООО «Мир»),|"Е. М. Никифоров |, канд. техн. наук (ЦНИИ им. академика А. Н. Крылова) удк 532.511:621.315.27-752

Одна из основных причин помех в диапазоне сверхнизких частот, возникающих при движении плавучего провода (ПП) в жидкости, — пульсации давлений в турбулентном пограничном слое, вызывающие его высокочастотную вибрацию. Опыт эксплуатации систем связи с ПП показывает, что индуцируемые движением провода помехи являются доминирующими. Для точной оценки уровня помех необходимо решение уравнения поперечных колебаний ПП как протяженной цилиндрической конструкции при случайном характере воздействия гидродинамической нагрузки, вызванной пульсациями давления. Однако в уравнение движения ПП входит ряд характеристик, которые могут быть определены только экспериментальным путем. В первую очередь это относится к демпфирующим характеристикам ПП, определению которых, в основном, и посвящена данная статья.

Известно, что существующие полуэмпирические методы позволяют лишь весьма грубо оценить амплитуды высокочастотной поперечной вибрации цилиндрических конструкций (проводов, кабелей) в осевом потоке жидкости, возникающей вследствие пульсации давлений в турбулентном пограничном слое вблизи поверхности цилиндра [1—3]. Поэтому наряду с полуэмпирическими зависимостями, служащими для оценки среднеквадрати-

ческих значений амплитуд поперечной вибрации ПП в потоке, для указанной цели целесообразно использовать приближенный метод, основанный на рассмотрении гибкого цилиндра как стержня, подверженного действию растягивающей силы.

Уравнение движения однородного ПП, описывающее его поперечную вибрацию, можно записать в виде [4]

д4у д ду д2у

Ю —--[ Т(и) — ] + т — =

дг4 ди ди д2

где — жесткость ПП на изгиб; Т(и) — переменная по длине осевая растягивающая сила, вызванная гидродинамическими силами трения; т — полная масса ПП на единицу длины, учитывающая собственную массу и присоединенную массу жидкости; у(иД) — амплитуда поперечного смещения линии центра ПП в зависимости от времени и положения

вдоль провода; ¡(и^) — распределенная по длине гидродинамическая нагрузка от пульсаций давлений в пограничном слое ПП, имеющая случайный характер.

В этом уравнении рассеяние энергии, ограничивающее амплитуды поперечных колебаний, учитывается приближенно путем введения в уравнение комплексного модуля упругости

~= Епр(1 + ! е),

где Епр — модуль нормальной упругости; 8 — коэффициент демпфирования (определяется экспериментально).

С целью определения модуля нормальной упругости Епр, входящего в последнюю формулу, рассмотрим конструкцию ПП, представленную на рис. 1 и имеющую характерные размеры, приведенные в табл. 1.

Предполагая, что в направлении оси Ъ механические свойства отдельных компонентов ПП различные, но деформации растяжения материалов одни и те же, по закону Гука имеем

Епр=f/ k',

где — модуль Юнга и площадь поперечного сечения отдельного (/-го) компонента ПП.

Таблица 1 Размеры и характеристики элементов ПП диаметром 25 мм

Элементы Размеры (толщина или диаметр), мм Модуль Юнга материала ПП, МПа

Токопроводящая сталемедная жила, содержащая одну медную жилу в центре и повив из семи стальных луженых или оцинкованных проволок Изоляция жилы (полиэтилен) Кордель полиэтиленовый Защитный полиэтиленовый шланг 00,67 0ж 0,5 0ст 1,668 1,15 0 4 1,7 Медь — 13-104 Сталь — 20-103 Полиэтилен — 120—260 То же »

МОРСКО! ПРИБОРОСТРОЕНИЕ

СУДОСТРОЕНИЕ 5'1WV

0 25

Рис. 1. Поперечное сечение элемента плавучего провода:

1 — токопроводящая жила; 2 — изоляция токопроводящей жилы; 3 — полиэтиленовый кордель; 4 — лавсановая пленка; 5 — защитный полиэтиленовый шланг

Применительно к рассматриваемой конструкции ПП Е = 11 102 МПа. р

Вследствие рассеяния энергии в материале и конструкции плавучего провода, а также в окружающую среду, амплитуды вынужденных колебаний ПП в потоке жидкости ограничены по величине. Часто для оценки демпфирующей способности кабелей, тросов и проводов используется логарифмический декремент колебаний 8, который связан с коэффициентом демпфирования простой зависимостью 8 = 8/п. Логарифмический декремент часто определяется по формуле

8 = (1/п) 1п (а/а, + п),

где а¡, а, + п — амплитуды колебаний /-го и (/ + п)-го циклов, замеренные по развертке свободных затухающих колебаний провода; п — число циклов.

Это наиболее простой метод определения 8 из применяемых в инженерной практике. К сожалению, он обладает рядом недостатков, к числу которых можно отнести: трудность возбуждения высшего тона колебаний (количество полуволн по длине провода) ПП и записи их затухания; невозможность определения демпфирующих свойств для высоких тонов, имеющих близкие частоты свободных колебаний; невозможность добиться чистой записи затухающих колебаний при больших амплитудах, когда для сложных конструкций ПП имеют значение различного рода нелинейности.

Рис. 2. Амплитудно-частотная характеристика колебаний провода в воздухе при натяжении 441 (I) и 932 Н (2) соответственно: 1 — I тон, 2,4 Гц; 2 — I тон,

3,1 Гц.

По указанным причинам этот метод применяется лишь для оценки логарифмического декремента, соответствующего основному тону колебаний, для которого влияние нели-нейностей сказывается наиболее слабо, а частота второго и последующих тонов существенно отличается от частоты основного тона.

На практике при определении логарифмического декремента чаще применяется резонансный метод, для использования которого при оценке 8 требуется знание резонансной частоты и ширины резонансного пика. Основным преимуществом этого метода является возмо-

Рис. 3. Амплитудно-частотная характеристика колебаний провода в воздухе при его натяжении 441 (7) и 932 Н (2) соответственно: а — для тона II; б — для тона III; в — для тона IV

жность возбуждения любого тона свободных колебаний, что позволяет установить зависимость 8 от частоты колебаний.

Для определения логарифмического декремента 8 по экспериментально построенным амплитудно-частотным характеристикам использовалась формула [5]

8 = (rc/V3) (N2- Nt)/NO,

где Nq — частота колебаний, соответствующая максимальному значению амплитуды; N1, N2 — частоты колебаний, при которых амплитуды уменьшаются до половины значения резонансной амплитуды.

Резонансные колебания ПП возбуждались электромагнитом. Образец испытываемого провода длиной 10 м натягивался с помощью рычажного устройства в специальной ванне, размещенной между полюсами электромагнита таким образом, чтобы в невозмущенном положении он располагался в центре междуполюсного пространства электромагнита. При протекании тока через специальную медную обмотку, установленную на наружной поверхности образца в районе полюсов электромагнита, возникала сила взаимодействия электрического тока с магнитным полем, действующая в проходящей через провод вертикальной плоскости и направленная вверх или вниз в зависимости от направления тока. Задавая различные значения тока в обмотке с помощью специального инвертора, можно было изменять величину и направление силы, действующей на провод в вертикальной плоскости, возбуждая таким образом колебания провода. Для регистрации амплитуды вибрации провода при изменении частоты возбуждения и построения зависимости размаха колебаний А = f(ro) для ПП использовались датчики ускорений с регистрирующей аппаратурой. По измеренным значениям амплитуд (А = 2а) и частот вибрации ю были построены резонансные кривые для четырех тонов — I, II, III и IV (рис. 2—4), по которым определялись значения логарифмического декремента 8. Результаты испытаний провода длиной 10 м и диаметром 25 мм для двух значений натяжения 441 и 932 Н в воздухе и для натяжения 932 Н в воде приведены в табл. 2.

СУДОСТРОЕНИЕ 5'1VW

МОРСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ

Таблица 2

Значения логарифмического декремента 8

Номер тона

Колебания ПП при натяжении, Н

в воздухе в воде

441 932 932

ш, Гц 8 ш, Гц 8 ш, Гц 8

2,4 0,172 3,1 0,1 2,0 -

4,6 0,11 6,1 0,05 4,1 0,22

6,9 0,05 9,0 0,032 6,1 0,23

10,2 0,058 12,0 0,036 8,0 0,16

Рис. 4. Амплитудно-частотные характеристики колебаний плавучего провода в воде при натяжении 932 Н для тона II (1), III (2) и IV (3)

На основании экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Логарифмический декремент колебаний 8 в воде при резонансе не зависит от амплитуды колебаний (если a/d < 1,0, где d — диаметр провода), их формы и длины волны. Значения логарифмического декремента для четырех тонов свободных колебаний в воде при натяжении 932 Н (около 25% от разрывного) составляют 0,16—0,25.

I

II

III

IV

2. Значения логарифмического декремента для испытанного ПП в воздухе вначале с ростом номера тона (увеличением частоты) уменьшаются (~до 7 Гц), а затем остаются практически постоянными (8 = 0,03...0,05) (рис. 5). Такой характер зависимост

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Машиностроение»