Speed Self-Stabilization

Authors

  • I. P. Popov Kurgan State University

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2022-3-16-22

Keywords:

rotator, pendulum, frequency, stabilization, run-out, energy, angular momentum, cyclotron motion

Abstract

The aim of the work is to find a mechanical analogue of cyclotron motion and to determine the scheme of the corresponding device, which is appropriate to call a stabilized rotator. From the key circumstance that determines the possibility of generalizing cyclotron motion to mechanics, which consists in the fact that the Lagrangian of an electron is twice as large as its kinetic energy, which, as applied to a stabilized rotator, should be interpreted as the equality of kinetic and potential energies, it follows that the composition of a stabilized rotator should include elements, which are able to store both of these types of energy, namely, the load and the spring. The natural frequency of rotation of a stabilized rotator is strictly fixed (it does not depend on either the moment of inertia or the moment of momentum) and remarkably coincides with the natural frequency of oscillations of a pendulum with identical parameters. When the angular momentum changes, the radius and tangential velocity change (the rotation frequency does not change and is equal to its own). The position of the load, in which its center of mass coincides with the axis of rotation, corresponds to a state of indefinite equilibrium. During rotation, the load can deviate with equal probability in any of the two directions and, accordingly, both compression and extension of the spring can develop. The state of indefinite equilibrium can be eliminated by providing the initial (static) displacement of the load and the initial deformation of the spring equal to it. Just as the frequency does not coincide with the natural frequency during forced oscillations of the pendulum, the rotation frequency of a stabilized rotator under loading does not coincide with the natural rotation frequency. At zero torque in the stationary mode, the rotational speed of the stabilized rotator cannot be arbitrary and takes on a single value. A stabilized rotator can be used to control the natural frequency of a radial oscillator, although in this capacity it may have strong competition from mechatronic systems. On the contrary, as a rotation stabilizer, its competitive capabilities are undeniable and are determined by the extreme simplicity of the design.

Author Biography

I. P. Popov, Kurgan State University

PhD in Engineering

References

Горский А. Н., Чернышева Ю. В. Анализ колебаний в механических системах на основе аналогий с электрическими цепями // Электроника и электрооборудование транспорта. 2017. № 5. С. 26-30.

Абдуллаев Я. Р., Ханахмедова С. А. Исследование динамических процессов стартер-генератора методом электромеханической аналогии // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2018. Т. 61, № 1. С. 32-39.

Нечаев Л. М., Семенова Л. П. Математическое моделирование динамического поведения электромеханических систем с помощью уравнений Лагранжа второго рода // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 9. С. 425-431.

Решение задачи о собственных колебаниях электроупругих тел с внешними электрическими цепями на основе их электрического аналога / М. А. Юрлов, Д. А. Ошмарин, Н. В. Севодина, Н. А. Юрлова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2018. № 4. С. 266-277.

Минашин П. В., Кукушкин А. Б. Спектральная интенсивность электронного циклотронного излучения, выходящего из плазмы токамака-реактора на первую стенку // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез. 2019. Т. 42, № 4. С. 14-20.

Спектр ионно-циклотронного излучения из плазмы токамака Туман-3М при инжекционном нагреве / Л. Г. Аскинази, Г. И. Абдуллина, А. А. Белокуров, М. Д. Блехштейн, Н. А. Жубр, В. А. Корнев, С. В. Крикунов, С. В. Лебедев, Д. В. Разуменко, А. И. Смирнов, А. С. Тукачинский // Письма в журнал технической физики. 2018. Т. 44, № 22. С. 48-56.

Опарина Ю. С., Савилов А. В. Спонтанное циклотронное излучение плотного электронного сгустка // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2018. Т. 82, № 12. С. 1771-1774.

Анализ оптического циклотронного излучения поляра CRTS CSS081231 J071126+440405 / А. И. Колбин, Н. А. Серебрякова, М. М. Габдеев, Н. В. Борисов // Астрофизический бюллетень. 2019. Т. 74, № 1. С. 87-100.

Kim D.N., Kim Ki.H., Jung T.Ye., Kim D.G. A simple estimation of the rotation parameter for the 2-axes stabilization system. IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences, 2005, vol. E88-A, no. 6, p. 1507.

Jager M.F., Ott C., Kaplan C.J., Kraus P.M., Neumark D.M., Leone S.R. Attosecond transient absorption instrumentation for thin film materials: phase transitions, heat dissipation, signal stabilization, timing correction, and rapid sample rotation. Review of Scientific Instruments, 2018, vol. 89, no. 1, p. 013109.

Ren Z., Chen C., Fang M. Self-calibration spherical video stabilization based on gyroscope. Information (Switzerland), 2021, vol. 12, no. 8.

LaForge J.M., Steeves G.M. A mach-zehnder interferometer for the detection and noninvasive optical amplification of polarization rotation. Review of Scientific Instruments, 2008, vol. 79, no. 6, p. 063106.

Моделирование и настройка систем с нелинейной динамикой / Д. А. Гринюк, Н. М. Олиферович, И. Г. Сухорукова, И. О. Оробей // Труды БГТУ. Серия 3: Физико-математические науки и информатика. 2021. № 2 (248). С. 65-71. DOI: 10.52065/2520-6141-2021-248-2-65-71.

Афанасьева А. А., Гуськов А. М., Пановко Г. Я. Нелинейная динамика тонкой узкой ленты в воздушном потоке // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2019. № 7. С. 64-71.

Маркеев А. П. О маятнике на вращающемся и вибрирующем основании // Доклады Академии наук. 2017. Т. 477, № 5. С. 542-546.

Смирнов А. С., Смольников Б. А. Колебания двойного математического маятника с внутренним трением // Современное машиностроение. Наука и образование. 2022. № 11. С. 113-125.

Стец А. А. Аппроксимация затухающих колебаний крупногабаритных космических конструкций // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки. 2021. № 3 (96). С. 64-76.

Новиков В. В., Поздеев А. В., Чумаков Д. А. Экспериментальное исследование влияния дополнительного объема и демпфирующего устройства на свободные затухающие колебания диафрагменных пневматических рессор // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22, № 10 (141). С. 212-226.

Шишкин В. М., Левашов А. П. Моделирование затухающих колебаний пластины с учетом амплитудно-зависимого рассеяния энергии в материале // Advanced Science. 2017. № 3 (7). С. 367-376.

Исследование затухающих колебаний манометрических пружин с жестким наконечником / Д. А. Черенцов, С. П. Пирогов, С. М. Дорофеев, С. А. Черенцова // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2017. № 1. С. 116-120.

Published

25.09.2022

How to Cite

Popov И. П. (2022). Speed Self-Stabilization. Vestnik IzhGTU Imeni M.T. Kalashnikova, 25(3), 16–22. https://doi.org/10.22213/2413-1172-2022-3-16-22

Issue

Section

Articles