Описание опытной установки и методики эксперимента
Рассмотрим принципиальные схемы установок для определения частоты и формы собственных колебаний лопаток (рис. 4) и дисков (рис. 5) методом песочных фигур.
Модель рабочей лопатки 2 представляет собой прямоугольную пластину постоянного сечения, консольно закрепленную на стойке 7 установки. На стойке 7 закреплен электромагнит 3, который связан с генератором звуковой частоты 4. Сердечник электромагнита 3 может устанавливаться с различным зазором относительно модели рабочей лопатки 2. Механические колебания лопатки происходят с частотой, равной частоте колебания, установленной на генераторе звуковой частоты 4. Меняя ручкой настройки частоту на панели генератора звуковой частоты, добиваются совпадения частоты возмущающих электромагнитных колебаний с частотой собственных колебаний лопатки, то есть получают резонансные колебания. Роль возмущающей силы при резонансе выполняет переменная во времени сила притяжения лопатки электромагнитом.
Рис.4. Схема установки для исследования резонансных режимов модели рабочей лопатки: 1 и 5 - стойки; 2 - модель рабочей лопатки (пластина); 3- электромагнит; 4 - генератор звуковой частоты
Момент наступления резонанса устанавливают по предельному отклонению лопатки и четкому проявлению узловых линий. В этот момент на шкале звукового генератора фиксируется значение частоты собственных колебаний модели рабочей лопатки.
Увеличивая частоту электромагнитных колебаний, можно проследить за расположением узловых линий и соответственно за различными формами колебаний лопатки.
Для установления узловых линий на лопатку насыпают тонкий слой песка, который в процессе колебаний сбрасывается с ее поверхности, кроме сечений, соответствующих узловым линиям. По числу и расположению узловых линий можно установить вид и форму собственных колебаний лопатки (см. рис. 2).
На рис. 5 изображена схема, аналогичная показанной (см. рис. 4), с той разницей, что испытуемой является не лопатка, а модель диска.
Рис. 5. Схема установки для исследования резонансных режимов диска: 1 - датчик колебаний, 2 - стойка; 3 -модель диска, 4 - электромагнит, 5 - электронный осциллограф, 6 - генератор звуковой частоты, 7 – стойка крепления электромагнита, 8 - массивное основание
Модель диска представляет собой плоский круглый диск 3, закрепленный непосредственно на стойке 2. Ход эксперимента аналогичен описанному эксперименту с лопаткой. Колебания диска вызывает электромагнит 4, к которому подводится ток с переменным напряжением от генератора звуковой частоты 6. По шкале панели генератора в момент резонанса при четком проявлении узловых линий (песочных фигур) фиксируется частота соответственно первой, второй, третьей собственных частот колебаний диска. Кроме того, момент наступления резонанса определяется по фигурам Лиссажу на экране электронного осциллографа 5.
Порядок проведения опыта
После изучения методики и ознакомления с опытной установкой необходимо
1. Определить геометрические характеристики модели рабочей лопатки: длину l, ширину b, толщину h и занести в бланки наблюдений и измерений.
2. Проверить правильность подключения измерительных приборов.
3. Приступить к измерению частоты собственных колебаний первой формы:
а) включить и прогреть в течение 1-2 мин звуковой генератор и электронный осциллограф;
б) включить электромагнит, насыпать на лопатку песок и, изменяя настройку генератора звуковой частоты, добиться сбрасывания песка в одну узловую линию вблизи крепления лопатки;
в) зафиксировать по шкале генератора звуковой частоты частоту колебаний и зарисовать положение узла данной формы.
4. Изменяя настройку звукового генератора приступить к измерению частоты собственных колебаний второй и последующих форм. Зафиксировать положение узловых линий на рисунке. При выполнении лабораторной работы достаточно определить формы и частоты 5-6 видов колебаний,
5. Аналогичным образом произвести замер частот, определить формы колебаний модели диска на резонансных режимах.
6. Для составления отчета по замеренным в начале эксперимента (см. п.1) геометрическим характеристикам модели лопатки (пластины) и диска, руководствуясь формулами, определяют аналитические частоты первых четырех - пяти форм собственных колебаний моделей.