6. ГИРОСКОПИЧЕСКИЕ ГАСИТЕЛИ КОЛЕБАНИЙ

Для гашения колебаний транспортных объектов и в некоторых других специальных случаях находят применение динамические гасители, основанные на использовании гироскопов [76]. Эквивалентное действие подобных систем аналогично работе пружинного гасителя с трением, хотя устройство и принцип функционирования различные.

В качестве примера на рис. 24 приведена схема успокоителя бортовой качки судов. Ротор гироскопа 1 смонтирован в кожухе 2, который может качаться относительно судна вокруг оси 3, перпендикулярной продольной оси корабля. При этом центр тяжести кожуха располагается ниже оси качаний на расстоянии Колебания кожуха демпфируются с помощью тормозного барабана 4. Масса ротора гироскопа составляет обычно массы судна. С помощью двигателя ротор приводится во вращение с максимально допустимой угловой скоростью

Рис. 24. Гироскопический успокоитель бортовой качки с тормозным барабаном: 1 — ротор; 2 — кожух; 3 — ось кожуха; 4 — тормозной барабан

Обозначая момент инерции ротора через и считая ротор вращающимся протичасовой стрелки (если смотреть на него сверху), устанавливаем, с учетом свойств гироскопа, что при повороте корабля вокруг продольной оси вправо (при виде с кормы) с угловой скоростью кожух гироскопа начнет отклоняться к корме с угловой скоростью угол поворота кожуха) в результате действия момента сил, равного При этом реактивный момент, противодействующий бортовой качке, будет равным Обозначая момент инерции судна относительно продольной оси; момент инерции кожуха относительно поперечной оси 3; вес кожуха, запишем систему дифференциальных уравнений для малых колебаний в виде

Коэффициент характеризует вязкое трение в барабане; с — остойчивость судна; момент внешних сил, определяемый волнением моря.

Полагая и отыскивая решение системы уравнений (34) в виде (17), после преобразований получим следующее выражение, характеризующее амплитуду бортовой качки, аналогичное (4):

Здесь

Таким образом, анализ, проведенный в параграфе 5, полностью распространяется на рассматриваемый случай. Учитывая переменную частоту волнения моря, заключаем, что описываемая гироскопическая система может эффективно функционировать лишь при рациональном выборе демпфирования в тормозном барабане 4. Оптимальный коэффициент демпфирования определяется (32), где и выражаются через параметры системы в соответствии с (35).

Наряду с рассмотренной схемой для гашения бортовой качки нашла применение гироскопическая система с обратной связью [76]. Кожух 2 исполнительного гироскопа (рис, 25, а) установлен концентрично относительно оси 3 прецессии,

Повороты кожуха осуществляются серводвигателем 4 через передачу 5, приводимым с помощью сигналов малого направляющего гироскопа (рис. 25, б). Последний уста новлен аналогично исполнительному гироскопу и представляет собой его сильно уменьшенную копию. При бортовой качке в результате поворота кожуха направляющего гироскопа замыкаются соответствующие контакты реле, включающего серводвигатель. В результате кожух исполнительного гироскопа поворачивается таким образом, что возникающий реактивный момент, действующий на опоры кожуха, противодействует качке.

Рис. 25. Гироскопический успокоитель (а) бортовой качки с направляющим гироскопом (б): 1 - ротор; 2 — кожух: 3 — ось кожуха; 4 — серводвигатель; 5 — зубчатая передача

В некоторых случаях для борьбы с качкой применяли динамические гасители, выполненные в виде цистерн, расположенных по бортам частично заполненных жидкостью и соединенных трубопроводом для ее свободного перетекания, либо снабженных специальными насосами для принудительного перекачивания жидкости, управляемыми направляющим гироскопом.

В большинстве современных судов для подавления бортовой качки используют устройства, основанные на применении управляемых или неподвижных крыльев, меняющих угол атаки при крене таким образом, чтобы возникающая подъемная сила при их обтекании водой противодействовала качке. В отличие от гироскопических успокоителей эти устройства осуществляют стабилизацию лишь при движении судна.