СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ЗАТУХАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ Советский патент 1973 года по МПК G05D19/02 

1

Изобретение предназначено для унравления механических колебательных систем и может найти применение в устройствах арретироваиия и амортизации, например, для подавления виброшумов, при решении ироблем иодвеса тел с помощью магнитного или электрического нолей, а также в технике физи ческого эксперимента.

Известны способы изменения затухания механических колебаний как электрические (маиример, с помощью вихревых токов), механические (контакт с вязкой средой), так и другие (например, исиользование зависимости затухания упругих колебаний тела от температуры).

Однако диапазон регулирования затухания по известным способам ограничен.

Для расширения диапазона регулирован}1я декремеита затухания механических колебаний по иредлагае.мому способу колеблющееся тело иомещают в поле высокочастотной резонансиой электромагнитной системы и возбЗждают ее вблизи резонанса. При достаточном уровне иоступающей электромагнитной мощности п зависимости от величины и знака отклонения частоты возбуждения от резонанса существенно меняется затухание колебаний тела. Способ позволяет как увеличивать декремент механических колебаний, так и уменьшать его (в иринципе уменьшать

до пуля п делать отрицательным, при этом механические колебания в системе начинают раскачиваться и возникает их неустойчивость).

Пример реализации способа показан на чертеже, где / - колеблющееся (например, па ) тело; 2 - металлическая полость, которая вместе с телом 1 образует электромагнитный резонатор частоты соо;

3 - источн к электромагнитных колебаний частоты со.

Предлагаемый сиособ основа на следующем эффекте.

Как известно, в теле, по.мещен1Ю.м в перемеииос электромагнитное поле, возникают токи( в проводящих телах - токи проводимости, в непроводящих - токи электрического смещения). Взаимодействие этих токов с вызывающим их электромагнитным полем

обуславливает наличие сил, действующих на тело (так иазываемых пондеромоторных сил электромагнитного поля). Силы электромагнитного ноля, вообще говоря, не велики, однако в условиях резонансных электромагнлтных систем они проя-вляют себя специфическим образом, неожиданно делающим их учет практически важным в широкой области использования резонансных электромагнитных систе.м различных диапазонов частот,

включающих сосредоточенные контуры, объемные резонаторы СВЧ и открытые оптические резонаторы. Причем нередко пондеромоторные эффекты являются ненредвиденным трудно устранимыМ фактором, наступающим значительно раньше пробоя и перегрева системы. При механических неремещениях (Или деформациях) тела, помещенного в поле резонансной электромагнитной системы, происходит из.меиение ее электрических параметров (например, меняется частота резонанса шо). Если электромагнитная система возбуждена на частоте со, близкой к соо, то при механических колебаниях вследствие колебаний электрических параметров происходит модуляция электромагнитных колебаний «, следовательно, изменение пондеромоторных сил. В общем случае можно показать, что такая реакция электромагнитного поля эквивалентна при внесении в низкочастотную (в сравнении с частотой «) механическую систему дополнителыю жидкости и затухания. Привносимые изменения положительны или отрицательны 15 зависимости от знака настройки со-юо. В простейшем случае, когда электромагнитная система представлена одной модой электромагнитных колебаний собственной частоты соо и добротности , которая возбуждается внещним генератором частоты со, изменения коэффициентов жесткости и затухания механических колебаний х собственно составляют; 4у /AooV Q ,, р 1 dx I О),,h ----- - .R Q(--°-) . о .bi У -о OJ,,О) / где Р - электрическая мощность, поступающая от генератора, т - время установления электромагнитных колебаний в ответ на механическое пере.мещение, R - производная пондеромоторной силы F по перемещению х, а коэффициент h определяется так, что велиг Лх чина /I -г- представляет силу трения. Фор.мулы (1) и (2) получены для малых низкочастотных (в сравнении с - ) механических ко.ie6anHii х. Малость х нони.мается и сравне ПП1 с величи1гои ({зормул (1) и (2) следует, что на правом склоне резонансной кривой () привноси.мая жесткость положительна (т. е. как только произойдет отклонение х от положения равновесия, возникает изменение пондеромоторных сил, как и сил упругости, которое стремится возвратить систе.му в ис.ходное состояние), а привносимое затухание отрицательно (нротивотюложно по знаку .механическому трению). На левом склоие () и.меет место обратная картина - нривносимая жесткость отрицательна, затухание положительно (механические колебгмшя дополнительно демнфируются). Коэффициенты R и h резко растут с ростом добротности Q (как Q и Q соответственно) и .могут возрастать еще сильнее (при неизменной мощности Р), если электромагнитная систе.ма возбуждается на кратных или дробных резонансах (например, при параметрическом резонансе )о)Заметим, что варьируя параметры электромагнитной системы, можно добиваться, чтобы преобладающим был либо эффект изменения жесткости, либо изменения затухания меха:нических колебаний. Практически для создания эффективной системы регулирования затухания целесообразен, по-видимому, переход к более высокочастотным электро.магнитным резонансным системам, поскольку с одпой стороны, ири этом легче реализовать высокую добротность Q, а с другой - ири неизменной добротности Q охватить регулированием более щирокий интервал частот механических колебаний. Предмет изобретения Способ измеиеиия затухания механических колебаний, отличающийся тем, что, с целью расщнрения диаиазона регулирования декремента затухания механических колебаний, колеблющееся тело помещают в иоле высокочастотной резонаисной электромагнитной системы и возбуждают ее вблизи резонанса.