Самостабилизация частоты вращения

Игорь Павлович Попов

doi:10.22213/2413-1172-2022-3-16-22

Авторы

И. П. Попов Курганский государственный университет

DOI:

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

Ключевые слова:

ротатор, маятник, частота вращения, стабилизация, выбег, энергия, момент импульса, циклотронное движение

Аннотация

Целью работы является нахождение механического аналога циклотронного движения и определение схемы соответствующего устройства, которое уместно назвать cтабилизированным ротатором. Из ключевого обстоятельства, определяющего возможность обобщения циклотронного движения на механику, заключающегося в том, что лагранжиан электрона вдвое больше его кинетической энергии, что применительно к cтабилизированному ротатору можно трактовать как равенство кинетической и потенциальной энергий, следует, что в состав cтабилизированного ротатора должны входить элементы, которые в состоянии запасать оба этих вида энергии, - и груз, и пружина. Собственная частота вращения cтабилизированного ротатора строго фиксирована (не зависит ни от момента инерции, ни от момента импульса) и замечательным образом совпадает с собственной частотой колебаний маятника с идентичными параметрами. При изменении момента импульса изменяется радиус и тангенциальная скорость, частота вращения при этом не меняется и равна собственной. Положению груза, при котором его центр масс совпадает с осью вращения, соответствует состояние неопределенного равновесия. При вращении груз равновероятно может отклониться в любую из двух сторон и, соответственно, будет развиваться либо сжатие, либо растяжение пружины. Состояние неопределенного равновесия можно исключить, обеспечив начальное (статическое) смещение груза и равную ему начальную деформацию пружины. Подобно тому, как при вынужденных колебаниях маятника частота не совпадает с собственной частотой, частота вращения cтабилизированного ротатора при нагружении не совпадает с собственной частотой вращения. При нулевом вращающем моменте в стационарном режиме частота вращения cтабилизированного ротатора не может быть произвольной и принимает единственное значение. Cтабилизированный ротатор может использоваться для управления собственной частотой колебаний радиального осциллятора, хотя в этом качестве он может иметь сильную конкуренцию со стороны мехатронных систем. Напротив, в качестве стабилизатора вращений его конкурентные возможности неоспоримы и определяются предельной простотой конструкции.

Биография автора

И. П. Попов, Курганский государственный университет

кандидат технических наук, старший преподаватель

Библиографические ссылки

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.