Более широкое распространение получают методы определения динамических характеристик, основанные на многоточечном возбуждении колебаний [43]. Подбором возбуждающих сил можно поочередно выделять чистые формы колебаний и определять динамические характеристики как для системы с одной степенью свободы. Для возбуждения колебаний используют простейшие силовые распределения, у которых все силы между собой находятся в фазе или сдвинуты на 180°. Такоераспределение сил называют монофазным.

Бели система должна колебаться по /1-й собственной форме при некоторой частоте, не обязательно собственной, то

q = W соф/ + 8 ) , (11.13.46)

где Af - коэффищ1ент, характеризующий

амплитуду колебаний.

Из (11.13.46) и (11.13.35) следует, что с помощью монофазных силовых распределений можно возбудить собственные формы колебаний системы в двух случаях: когда диссипативные силы не связывают нормальные координаты и возбуждение колебаний проводится на собственной частоте. При этом во втором случае, представляющем наибольший интерес,

фазовый сдвиг 8 = 7с/2 и

(11.13.47)

Таким образом, если перемещения всех точек линейной системы имеют фазовый сдвиг 7с/2 по отношению к монофазному гармоничному возбуждению, то система совершает вынужденные колебания по собственной форме консервативной системы независимо от того, связывают диссипативные силы нормальные координаты или нет. Монофазное силовое распределение в этом случае должно удовлетворять условию (11.13.47). Использование этого условия для выбора сил затруднено, поэтому на практике обьгшо прибегают к фазовому критерию резонанса. Соответствующее силовое распределение выбирают либо вручную, либо в полуавтоматическом режиме работы вибрахщонных установок. Если предположить, что диссипативные силы не связывают нормальные координаты, то можно получить более простое выражение для монофазного силового распределения

(11.13.48)

Поскольку из условия (11.13.48) следует, что возбуждающие силы пропорциональны инерционным силам, любая внешняя сила должна подбираться пропорционально произведению амплитуды на соответствующую массу в данной точке конструкции. В этом случае

фазовый сдвиг не обязательно равен 7с/2 .

Условие (11.13.48) использовалось при разработке 24-канальной установки, явившейся прототипом современных многоканальных установок.

Подвесные системы и испьггательвое оборудование. При динамических (частотных) испытаниях рассматриваемых конструкций важно вьщержать граничные условия, соответствующие свободному полету. Для воспроизведения этих условий используют подвесные системы [43]. Подвесные системы не должны оказывать существенного влияния на динамические характеристики испытуемой конструкции. Критерием выполнения этого требования служит следующее условие: если собственные частоты колебаний конструкции как твердого тела на подвеске в 5-10 раз ниже собственных частот упругих колебаний, то влиянием подвески можно пренебречь.

Наиболее распространена подвесная система, состоящая из тросов и пружин. Такие системы использовались при частотных испытаниях многих ракет-носителей и их конструктивно подобных моделей. В вертикально подвешиваемой конструкции (рис. 11.13.7) два

где с - коэффициент, зависящий от частоты возбуждения.

Рис. 11.13.7. Подвеска конструктивно подобной модели ракеты-носителя Союз**:

1 - хомут; 2 - трос; 3 - пружю1а; 4 - регулировочная муфта

троса прикреплены за силовые элементы в основании конструкции и пропущены в верхней части через отверстия в кронштейнах хомута, удерживающего конструкцию от опроки-дьшания. Такая система в поперечном направлении имеет степени свободы, как у двойного маятника. Две характерные собственные частоты подвески, соответствующие этим степеням свободы, могут быть достаточно низкими: одна - соответствующим расположением хомута, а другая - выбором длины тросов.

К числу недостатков пружинно-тросовых подвесных систем следует отнести возможность взаимодействия упругих колебаний тросов с колебаниями конструкции и громоздкость подвески для крупногабаритных носителей.

Для проведения частотных испьгганий применяют также пневматические подвесные системы, в которых в качестве упругих элементов используют емкости со сжатым воздухом. Давление в емкостях регулируется в зависимости от массы испытуемой конструкции. При испьгганиях сверхтяжелого американского носителя Сатурн V* применена гидропневматическая подвесная система, состоящая из четырех независимых опор, на которые установлен носитель. Опоры допускают возможность перемещения носителя как твердого тела по всем шести степеням свободы. Подвесные системы крепятся к силовым конструкциям, например к силовому потолку.

Для проведения частотных испьгганий ракетных конструкций применяют специальные стапели, представляющие собой многоярусные конструкции, в состав которых входят площадки обслуживания, устройства для крепления силовозбудителей, системы обеспечения электроэнергией, водой и сжатым воздухом. Высота, поперечные размеры, число ярусов стапеля зависят от размеров испытуемых конструкций. При испьгганиях используются системы заправки и наддува баков. Система заправки должна обеспечить хранение и подачу моделирующих жидкостей в соответствующие баки испытуемого объекта, а также контроль уровней. Система наддува обеспечивает необходимое давление в баках и его контроль в процессе испытаний.

Аппаратурные средства. К аппаратурным средствам относятся средства возбуждения и измерения колебаний, сбора и регистрации данных, а также многоканальные вибрационные установки (комплексы). Возбуждают колебания натурных конструкций обычно в диапазоне частот 0...30 Гц. Для конструктивно по-

добных моделей верхняя граница этого диапазона возрастает во столько раз, во сколько модель меньше натуры.

Основное требование, предъявляемое к возбудителям колебаний, состоит в том, чтобы при передаче на конструкцию необходимых сил они не оказывали существенного влияния на ее инерционные, жесткостные и демпфирующие свойства. При использовании методов многоточечного возбуждения важны также следующие требования: возможность одновременной работы нескольких возбудителей; постоянство амплитуды возбуждающей силы в рабочем диапазоне частот; малые отклонения силы от гармонического законна; простота управления частотой и амплитудой возбуждающей силы. Известны возбудители колебаний различного типа (И). Однако указанным выше требованиям удовлетворяют лишь электродинамические вибровозбудители. Они нашли широкое применение при частотных испытаниях.

Принцип действия электродинамических возбудителей переменного тока хорошо известен. Он основан на взаимодействии подвижной катушки с постоянным магнитным полем. Развиваемая сила пропорциональна ампер-виткам подвижной катушки и индукции магнитного поля в рабочем зазоре магнито-привода. Для создания магнитного поля используются постоянные магниты или электромагниты. Подвижная катушка вибровозбудителя центрируется с помощью пружинных шайб. Электродинамические вибровозбудители используются в сочетании с усилителями мощности, которые преобразуют управляющее напряжение от генератора в напряжении на обмотке подвижной катушки. Вибровозбудитель, усилитель мощности и генератор образуют систему возбуждения колебаний.

Состав измерительной и регистрирующей аппаратуры зависит от сложности конструкции, используемого метода, точности определения динамических харакгеристик. В простых случаях можно ограничиться набором датчиков с усилителями и шлейфовыми осхдалло-графами. При частотных испытаниях наибольшее распространение получили датчики ускорений. Для повышения эффективности измерения амплитуд и фаз используют электронные вольтметры и фазометры, а также печатающие устройства. При испьгганиях сложных конструкций применяют многоканальные вибрационные комплексы, включающие ЭВМ.

Наиболее типичным виброкомплексом для частотных испьгганий конструкций ракетно-космической и авиационной техники явля-

Рис. 11.13.8. Схема многоканального виброкомплекса Прин-85

ется виброкомплекс Прин-85 (Франция). Виброкомплекс (рис. 11.13.8) содержит три основные системы: I) возбуждения; II) измерения; III) управления, сбора и регистрации данных. Система возбуждения виброкомплекса состоит из следующего: задающего генератора / синтезирующего типа с цифровым управлением и двухфазным выходом; блоков управления 2 и 3 всеми силами (и каждой в отдельности), представляющих собой прехщзионные усилители постоянного тока с цифровым управлением коэффициентами усиления; усилителей 4 мощности; электродинамических силовозбудителей 5.

Система измерения включает датчики ускорения пьезоэлектрического типа, работающие в комплекте с предусилителями 6 и 7 заряда. Сигналы с предусилителей через стационарные кабели подаются на блоки 8 коммутации, а затем на блок автоматического коммутатора. Блок синхронного детектора раскладывает сигналы 20 датчиков пропорционально синфазному и квадратурному сигналам задающего генератора.

Система управления, сбора и регистрации данных представляет собой управляющую

ЭВМ с комплексом периферийных устройств, связанную через блок автоматического коммутатора с системами возбуждения и измерения. В нее входит еще система Мультилиссажу (ML), представляющая собой двадцатиканаль-ный осциллограф, на экран которого выводятся сигналы 20 наиболее информативных датчиков. Горизонтальная развертка осуществляется от задающего генератора.

Программное обеспечение ЭВМ позволяет проводить испытания в автоматическом режиме, фиксируя на магнитном диске измерительную информацию с последующим расчетом динамических характеристик испытуемой конструкции (включая обобщенные массы) и построением собственных форм колебаний. Система Мультилиссажу используется для ручного выбора сил в соответствии с фазовым критерием резонанса.

Виброкомплекс комплектуется силовоз-будителями (24 и более) с толкающими усилиями 10... 1000 Н и ходами катушек ± 10 мм. В комплект виброкомплекса могут входить несколько сотен датчиков ускорений, имеющих частотный диапазон 2...50 Гц и диапазон ускорений (0,02...20). Нижняя граница частотного диапазона 2 Гц определяется характеристикой синхронного детектора