Вертолеты.ру

Автоколебания отличаются от вынужденных тем, что для их поддержания не требуется внешняя возбуждающая сила. В автоколебательную систему входят: источник энергии, собственно колебательная часть системы, регулятор-клапан, пропускающий энергию от источника к колебательной части системы, и обратная связь, управляющая работой клапана.

При колебаниях конструкций моделей вертолета всегда происходит потеря механической энергии вследствие наличия демпфирующих сил. Так, в механической системе всегда действуют силы трения, механическая энергия переходит в тепловую. Колебания должны быть затухающими.

Однако может существовать канал, через который в колебательную часть системы поступает определенная дополнительная энергия. Если поступление и потеря энергии за определенный промежуток времени одинаковы, то устанавливаются незатухающие колебания.

Собственные колебания системы всегда затухающие, поскольку всегда существуют демпфирующие силы. Эти силы совершают отрицательную работу, уменьшая тем самым запас механической энергии системы, полученный ею в результате начального отклонения (потенциальная энергия) или придания начальной скорости (кинетическая энергия). При вынужденных колебаниях потери энергии, связанные с работой демпфирующих сил, восполняются работой внешней силы, действующей на систему.

В автоколебательной системе энергия, поддерживающая колебания, поступает от источника, причем ее приток регулирует клапан, управляемый обратной связью. На рис. 4.18, а показан возможный характер изменения в зависимости от амплитуды колебаний энергий — поступающей от источника и потерянной. В этом случае при небольших амплитудах колебаний энергия потерянная несколько меньше, поэтому колебания независимо от внешнего воздействия возрастают.

При определенной амплитуде устанавливается процесс колебаний с постоянной амплитудой. Если каким-либо внешним воздействием заставить систему колебаться с амплитудой большего значения, то после прекращения этого воздействия амплитуда будет уменьшаться. Характер зависимостей приобретенной и потерянной энергий может быть не обязательно таким. Эти зависимости могут иметь и другой вид, например, если начальный импульс вызовет колебания с амплитудой меньшей чем приведенная в примере, то в дальнейшем колебания затухнут.

Более интенсивное возмущение автоколебаний вызовет даже в случае прекращения дальнейшего воздействия возрастание амплитуды с дальнейшим установившимся процессом колебаний с постоянной амплитудой. Для автоколебаний характерно, что как частота, так и амплитуда установившихся колебаний определяются только свойствами системы.

Примером автоколебательной системы являются обыкновенные механические часы. Источник энергии — заведенная пружина или поднятая гиря, колебательная часть — маятник. В часах имеется анкерный механизм — устройство, сообщающее толчки маятнику, используя запас энергии пружины (гири). Анкерный механизм связан с маятником и другим способом: он создает толчки каждый раз при определенном положении маятника.

Эта связь и является обратной. Автоколебания возможны только в нелинейных системах, которые подразделяются на почти гармонические и релаксационные. В первых системах колебания происходят по закону, близкому к гармоническому, во вторых они существенно отличаются от гармонических. Некоторые системы имеют жесткое самовозбуждение — для начала колебаний необходим начальный толчок конечной величины.

Для развития колебаний достаточно бесконечно малого начального импульса. Очень важными являются соотношения фаз отдельных процессов в системе. Автоколебания возможны, если в результате действия обратной связи возникает сила, совпадающая по фазе со скоростью колебательной части. Для других фазовых соотношений существует диапазон значений, при которых автоколебания не возникают.

На начальном интервале времени колебания возрастают, система при колебаниях все больше отклоняется от положения равновесия. В этом случае имеет место динамическая неустойчивость системы. На практике часто автоколебания не успевают установиться, так как конструкция разрушается. Примером автоколебаний, свойственных авиационной технике и вертолетам в частности, является флаттер.