Термодинамика реальных процессов

В качестве гироскопов применены трехфазные (36 В, 400 Гц) гиромоторы для авиационных гирокомпасов. Первый из них (малый, без заводского кожуха) имеет массу 0,42 кг и номинальную частоту вращения около 14000 об/мин, второй (большой, в кожухе) имеет массу 1,92 кг и частоту около 21000 об/мин. Трехфазный ток получается с помощью преобразователя ПАГ-1Ф, питаемого постоянным током напряжением 27 В. Путем перегрузки преобразователя удается существенно повысить частоту трехфазного тока, а следовательно, и число оборотов гиромоторов.

Нескомпенсированная внутренняя сила определяется с помощью весов технических первого класса с ценой деления 10-5 ?, а также аналитических с оптическим отсчетом и ценой деления 10-6 Н. Устройством БМ кладется на чашу весов либо располагается под весами и особым образом подвешивается к чаше проволокой, пропущенной через отверстие, которое предназначено для стержня арретира. Вся система заземляется.

Иногда, если определяется слишком малая сила или устройство имеет очень большую массу (порядка одного-двух десятков килограммов), то используются крутильные весы, изображенные на рис. 10, б. В последнем случае применяется подвес 1 достаточного диаметра [ТРП, стр.428-429].

2. Методика взвешивания.

Особое внимание приходится уделять методике определения нескомпенсированной силы, ибо надо учитывать вибрации БМ; реакцию крутящего момента двигателей и гироскопов; разогрев токоподводов, электродвигателей и гиромоторов, что сопровождается возникновением подъемной силы, вызванной тепловой конвекцией воздуха; обычную конвекцию воздуха в комнате; заряжание хрональным полем БМ окружающих предметов и силовое взаимодействие с ними; влияние хронального поля экспериментатора на БМ (силовое и через ход времени на взаимодействующих в БМ телах) и т.д. Со всеми этими помехами я боролся в течение многих лет, перепробовав сотни всевозможных вариантов устройств.

Вибрации устраняются применением упругого звена - резинки или пружинки - между БМ и проволокой, идущей к чаше весов. С реакцией крутящего момента можно бороться, например, используя два двигателя, вращающихся в противоположных направлениях. Токоподводы должны быть изготовлены из мягкого изолированного медного провода и подвешены горизонтально, их и электродвигатели целесообразно теплоизолировать; после каждого измерения все устройство должно остыть. Весы располагаются, например, на доске.

В ней предусмотрено отверстие для проволоки, идущей к чаше весов. Весь объем под доской, где висит БМ, окружен загородкой из плотного материала, защищающего от сквозняков: это может быть картон, плотная бумага, клеенка и т.п. Однако коренного снижения помех удалось добиться только после применения специального промежуточного рычага-коромысла 1, соединенного с чашей весов через резинку 4 (рис. 20). Длинные опорные ножи 2 хорошо гасят реакцию крутящего момента даже при наличии одного мотора. Изменением расстояния b - отношения b/a - до среднего ножа регулируется чувствительность весов для тяжелых БМ; с этой целью на коромысле предусмотрена серия запасных отверстий. Ножи 2 и седла для них 3 изготовлены из твердой закаленной стали, например ХВГ. Токоподводящие провода 6 поддерживаются пластинками 5. Сами пластинки и отверстия в них под провода расположены точно против остриев ножей, поэтому при качании коромысла упругость и сила тяжести проводов практически не влияют на величину измеряемой силы. Провода образуют петли (они изображены жирными штриховыми линиями). Коромысло 1 и пластинки 5 и 7 сделаны из листовой стали толщиной 1 мм, коромысло упрочнено отогнутыми ребрами жесткости, как показано на рисунке.

Очень важно, чтобы все три острия ножей располагались в одной плоскости, тогда при качании коромысла не будет нарушаться соотношение плеч а и b рычага. Это достигается постановкой соответствующих прокладок под ножи. Острия ножей можно видеть через небольшие окна, вырезанные на вертикальных участках коромысла.

Промежуточный рычаг-коромысло особенно нужен при испытании таких БМ, где невозможно применить два гироскопа, вращающихся в разные стороны. Например, это относится к БМ-35, для которого к тому же потребны весьма высокие частоты вращения, что создает большой реактивный крутящий момент.

БМ крепится жестко к двум вертикальным пластинкам 7, привинченным к седлу 3. Для учета влияния тепловой конвекции воздуха и внешних хрональных воздействий нескомпенсированную силу целесообразно направлять при одном измерении вверх, а при другом - вниз, чтобы получить среднее ее значение. Если этого нельзя сделать путем изменения направления вращения двигателя, тогда приходится поворачивать все устройство БМ вокруг горизонтальной оси. Осями поворота могут служить два полых болта, расположенных внизу пластин 7, на них висит БМ, через отверстие в болтах пропускаются токоподводящие провода.

С целью снижения влияния тепловой конвекции коромысло целесообразно защитить двух-, трехслойным алюминиевым экраном 8 (изображен штриховыми линиями). Его бока должны быть отбортованы книзу, чтобы отвести струю теплого воздуха за пределы коромысла [ТРП, стр.429-431].

3. Устройства типа БМ-28.

Принципиальная схема прибора БМ-28 представлена на рис. 17. Этот прибор осуществлен с двигателями МА-40А и Д-12ТФ - 2-я серия. В первом случае двигатель пришлось полностью загерметизировать дюралевым кожухом. Во втором случае конструкцию удалось существенно упростить и облегчить (рис. 21). Здесь загерметизированы посредством кольца 2 и крышки 6 только стальное водило 4 с восемью рабочими шариками 5 диаметром 8 мм, которые катятся по кольцу 7 легкого шарикоподшипника с внутренним диаметром 45 мм.

Описанного типа приборы были испытаны в одиночку и в паре (рис. 22) на рычажных и крутильных весах при различной ориентации в пространстве эксцентриситета ? кольца. Парное устройство со взаимно противоположным направлением вращения двигателей применено с целью погашения реакции крутящего момента. Установлено, что во всех случаях нескомпенсированная хрональная сила РхВ направлена в сторону, где скорость шариков минимальна, причем величина силы от направления вращения моторов не зависит. Если эксцентриситет ? = 0, то сила РхВ обращается в нуль. При эксцентриситете ? = 0,7 мм и частоте вращения 21000 об/мин, что соответствует скорости движения шариков 42 м/с, сила РхВ равна около 14·10-5 ? [ТРП, стр.431-433].

4. Устройства типа БМ-29 и БМ-30.

Принципиальная схема этих приборов приведена на рис. 18. Они осуществлены с малыми и большими гиромоторами, кривошипно-шатунный механизм приводится во вращение электродвигателями Д-12ТФ - 2-я серия. В одном варианте прибора гиромоторы колеблются по принципу скольжения между двумя параллельными направляющими, в другом ползушка с гиромотором катится между шариковыми подшипниками. Конструкция второго варианта изображена на рис. 23. Здесь поворотный круг 9, к которому крепится гиромотор 10, позволяет осуществлять колебания как поперек (БМ-29), так и вдоль оси гиромотора (БМ-30). Внешний вид спаренного прибора с малыми гиромоторами приведен на рис. 24.

При испытании приборов с гироскопами, колеблемыми поперк оси вращения (БМ-29, рис. 23), найдено, что нескомпенсированная сила ориентирована перпендикулярно к линии колебаний и направлена в сторону зоны гироскопа с наименьшей скоростью движения (см. рис. 18, в).

Направление силы изменяется на обратное при изменении направления вращения либо гироскопа, либо кривошипа. Например, малый гироскоп массой 0,42 кг при ? = 0,7 мм, R = 0,7 мм, l = 14 мм и частотах вращения кривошипа 2800 об/мин и гироскопа 21000 об/мин, что соответствует движению обода диаметром 55 мм со скоростью 63 м/с, дает нескомпенсированную силу РхВ , равную около 3·10-5 ?.