Устройство для гашения низкочастотных вибраций Российский патент 2018 года по МПК F16F6/00 F16F9/53 

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».

Изобретение относится к области машиностроения. Устройство содержит корпус из немагнитного материала, внутри которого выполнена цилиндрическая камера. Камера содержит магнитную жидкость в коллоидном состоянии. Корпус из немагнитного материала жестко крепится к внешней конструкции, подвергающейся низкочастотным вибрационным воздействиям. В камеру помещен магнит в форме прямого кругового цилиндра с возможностью его обволакивания содержащейся в камере магнитной жидкостью. 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. Для получения максимального логарифмического декремента колебаний при частоте вибраций выполняется определенное соотношение, связывающее частоту с размерами и свойствами материалов компонентов устройства для гашения низкочастотных вибраций. Достигается расширение арсенала технических средств. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для гашения низкочастотных вибраций, содержащее корпус из немагнитного материала, внутри которого выполнена цилиндрическая камера, содержащая магнитную жидкость в коллоидном состоянии, корпус из немагнитного материала жестко крепится к внешней конструкции, подвергающейся низкочастотным вибрационным воздействиям, 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, отличающееся тем, что для получения максимального логарифмического декремента колебаний при частоте 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), Н - напряженность магнитного поля в торцевой области магнита (А/м), х - 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).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для обеспечения наиболее быстрого демпфирования колебаний космического аппарата после маневра устройства прикреплены в местах максимальных амплитуд (пучности) вибраций фотоэлектрической батареи, т.е. в оконечности фотоэлектрической батареи.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для снижения статического магнитного момента, действующего на космический аппарат со стороны магнитного поля Земли, на космическим аппарате устройства смонтированы в количество нескольких пар, где устройства каждой из пар имеют противоположную полярность постоянного магнита.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для обеспечения постоянства температуры устройства он защищен оболочкой из материала с низкой теплопроводностью.