اكنون ما به يكي از مهمترين پديدههايي كه غالبا در حين تستها و مونتاژ موتورهاي موشك سوخت مايع مشاهده ميشود، توجه ميكنيم. بحث در خصوص رژيمهاي ارتعاشات خود محرك يا در مورد احتراق ارتعاشي است.
اين سئوال نه فقط براي موتورها مهم است بكله كاربرد عمومي نيز دارد. اصول بروز خود ارتعاشي در فرآيندهاي كنترلي براي از بين بردن مجموعه مشكلات مكانيكي، الكترونيكي و راديوالكترونيكي واحد است. همچنين در تكنولوژي موشكي، جايي كه ما با سيستمهاي اتوماتيك سروكار داريم، مسايل خود ارتعاشي جايگاه خاصي دارد. بنابراين در مباحث آينده، به رژيمهاي خود ارتعاشي بر خواهيم گشت.وقتي كه بخواهيم حركت موشك و اصول كنترلي آن را بررسي كنيم، در آنجا نيز در حالت كلي توضيح داده خواهد شد كه به كمك چه مثالهايي ميتوان اين پديده را تحقيق و بررسي كرد و چگونه ميتوان احتمال خطر بروز خود ارتعاشي نامطلوب را پيشبيني كرد. فعلا ما فقط به توضيح اين مساله ميپردازيم.
در علم مكانيك، خودارتعاشي در حالت كلي مربوط به فرآيندهايي است كه اثر پريوديك خارجي وجود ندارد و به تاثير از تغيير پريوديك پارامترهاي داخلي در خود سيستم ايجاد ميشود و مطابق با اين تغييرات، مصرف پريوديك انرژي از بعضي چشمههاي خارجي صورت ميگيرد.
رژيمخاي خود ارتعاشي در مهندسي كاربرد فراوان دارد. بارزترين مثال خودارتعاشي كنترل شونده، موتور اتومبيل با احتراق داخلي است. مكش و تراكم مخلوط كاربراتور و بعدا احتراق، انبساط و تخليه مثالي از فرآيند خودارتعاشي كنترلي است. فرستندههاي راديويي كه امواج با فركانس ثابت را ارسال ميدارند نيز نوعي از كاربرد فني فرآيندهاي خود ارتعاشي است. اين چنين مثالهايي در اطراف زندگي ما، خيلي زياد است. مجموعهاي از مثالها وجود دارد كه خودارتعاشي بدون پيشبيني به وجود ميآيد و كار نرمال سيستم را به هم ميريزد و در نتيجه آن حادثهاي يا مشكلي ايجاد ميشود. بنابراين، بايد در موتور موشكهاي سوخت مايع به آن توچه داشت.
رژيمهاي احتراق ارتعاشي در حين كار با اولين موشكهاي جنگي سوخت جامد در جنگ جهاني دوم مشاهده شد. همچنين وقتي كه در دهههاي چهل و پنجاه ميلادي كار روي موتورهاي سوخت مايع شروع شد خيلي زود متوجه شدند كه در اين نوع موتورها نيز مشكل وجود دارد. بروز رژيم ارتعاشي در موتور سوخت مايع باعث شگفتي طراحان شد. به خصوص وقتي كه خودارتعاشي در مرحله تستهاي استند و حتي در موتورهاي نصب شده روي موشك خود را نشان داد.
در آن زمان علت مشكل به طور دقيق مشخص نبود و لازم است كه كم و بيش به گزارشسها و بحثهاي واقعگرايانه ارجاع شود. در ضمن تجربه به دست آمده براي آينده مفيد واقع شود.
در شروع، انواع ارتعاشهاي خود محرك، همگي به يك شكل ظاهر ميشدند كه درمان و چاره آنها نيز با تدابير مشابه صورت ميگرفت. اما همانطور كه در تجربه كار پزشكي مشخص شد كه بيماري سرماخوردگي انواع گوناگون دارد و براي هر نوع آن يك واكسن خاص مورد نياز است، در اينجا نيز در آناليز خودارتعاشي مشاهده شد كه چندين نوع خودارتعاشي وجود داردو براي هر كدام نيز راه حل جداگانه وجود دارد.
چنين تقسيمبندي براي انواع خودارتعاشي و زير گروههاي آن منطقي است.
رژيمهاي خودارتعاشي به صورت يك زنجيره توابع ديفرانسيلي نوشته ميشود. به عنوان مثال A تابعي از B، B تابعي از C و C از D تابعي است و فرض ميكينم كه D تابعي از A است. اگر به يكي يا چند تا از پارامترهاي شمرده شده، اغتشاشي اعمال گردد، همه آن پارامترها به شكلي برحسب زمان تغيير خواهند كرد. در شرايط معمولي، زماني كه خودراتعاشيوجود ندارد، هيچ تغييري در وضعيت پارامترها مشاهده نميشود و به فرم اوليه خود باز ميگرداند. اما ممكن است كه تغيير دامنه در هر يك به وجود آيد و نسبت به زمان افزايش يابد.
سيكل بسته تغييرات ABCDA براي چنين سيستمي، مانند موتور موشك به جهت حلقههاي ارتباطي كه روي يكديگر اثر ميكند مشكلتر ميشود. به سيكل مورد نظر ميتوان به عنوان مثال همچنين حلقههاي CDEC و ABFA را پيشنهاد كرد.
البته در شرايط مشابه بروز حلقههاي خودارتعاشي با يكديگر مرتبط هستند. آناليز چنين سيستم خودارتعاشي به مراتب سادهتر ميشود اگر فركانسهاي خودارتعاشي در هر يك از حلقهها به طور محسوس با يكديگر متفاوت باشند در اين صورت ميتوان ارتباط بين حلقهها را ضغيف در نظر گرفت. در اينجا ميتوان نتيجه گرفت كه اگر هنگام تست، خودارتعاشي با فركانس مشخص در يك زنج خاص به وجود آيد، ميتوان بلافاصله گفت كه چه حلقهاي را كه مرتبط كننده بين پارامترها است، بايد تغيير داد كه خودارتعاشي سيستم از بين برود.
رژيمهاي خودارتعاشي به وجود آمده در موتورهاي موشك سوخت مايع را برحسب فركانس تقسيمبندي ميكنند. نوع اول- ارتعاشات فركانس پايين. اينها فقط در تستهاي پروازي مشاهده ميشوند. آنها در تست استند به وجود نميآيند. فركانس اين نوع ارتعاشات در رنج 10 تا 100 هرتز قرار دارد. علت بروز اين نوع خودارتعاشي به خود از ارتباط بين تغيير شكل الاستيك طولي پوسته موشك و تغيير پيشران حاصل ميشود.
در ارتعاشات طولي پوسته به طور پريوديك، فشار سوخت و اكسيد كننده در ورود به پمپها تغيير ميكند و در نتيجه تزريق و پيشران تغيير ميكنند و در نتيجه، زنجيره اثر ارتباطي در همان تغييرشكل طولي پوسته بسته ميشود.
اين سئوال نه فقط براي موتورها مهم است بكله كاربرد عمومي نيز دارد. اصول بروز خود ارتعاشي در فرآيندهاي كنترلي براي از بين بردن مجموعه مشكلات مكانيكي، الكترونيكي و راديوالكترونيكي واحد است. همچنين در تكنولوژي موشكي، جايي كه ما با سيستمهاي اتوماتيك سروكار داريم، مسايل خود ارتعاشي جايگاه خاصي دارد. بنابراين در مباحث آينده، به رژيمهاي خود ارتعاشي بر خواهيم گشت.وقتي كه بخواهيم حركت موشك و اصول كنترلي آن را بررسي كنيم، در آنجا نيز در حالت كلي توضيح داده خواهد شد كه به كمك چه مثالهايي ميتوان اين پديده را تحقيق و بررسي كرد و چگونه ميتوان احتمال خطر بروز خود ارتعاشي نامطلوب را پيشبيني كرد. فعلا ما فقط به توضيح اين مساله ميپردازيم.
در علم مكانيك، خودارتعاشي در حالت كلي مربوط به فرآيندهايي است كه اثر پريوديك خارجي وجود ندارد و به تاثير از تغيير پريوديك پارامترهاي داخلي در خود سيستم ايجاد ميشود و مطابق با اين تغييرات، مصرف پريوديك انرژي از بعضي چشمههاي خارجي صورت ميگيرد.
رژيمخاي خود ارتعاشي در مهندسي كاربرد فراوان دارد. بارزترين مثال خودارتعاشي كنترل شونده، موتور اتومبيل با احتراق داخلي است. مكش و تراكم مخلوط كاربراتور و بعدا احتراق، انبساط و تخليه مثالي از فرآيند خودارتعاشي كنترلي است. فرستندههاي راديويي كه امواج با فركانس ثابت را ارسال ميدارند نيز نوعي از كاربرد فني فرآيندهاي خود ارتعاشي است. اين چنين مثالهايي در اطراف زندگي ما، خيلي زياد است. مجموعهاي از مثالها وجود دارد كه خودارتعاشي بدون پيشبيني به وجود ميآيد و كار نرمال سيستم را به هم ميريزد و در نتيجه آن حادثهاي يا مشكلي ايجاد ميشود. بنابراين، بايد در موتور موشكهاي سوخت مايع به آن توچه داشت.
رژيمهاي احتراق ارتعاشي در حين كار با اولين موشكهاي جنگي سوخت جامد در جنگ جهاني دوم مشاهده شد. همچنين وقتي كه در دهههاي چهل و پنجاه ميلادي كار روي موتورهاي سوخت مايع شروع شد خيلي زود متوجه شدند كه در اين نوع موتورها نيز مشكل وجود دارد. بروز رژيم ارتعاشي در موتور سوخت مايع باعث شگفتي طراحان شد. به خصوص وقتي كه خودارتعاشي در مرحله تستهاي استند و حتي در موتورهاي نصب شده روي موشك خود را نشان داد.
در آن زمان علت مشكل به طور دقيق مشخص نبود و لازم است كه كم و بيش به گزارشسها و بحثهاي واقعگرايانه ارجاع شود. در ضمن تجربه به دست آمده براي آينده مفيد واقع شود.
در شروع، انواع ارتعاشهاي خود محرك، همگي به يك شكل ظاهر ميشدند كه درمان و چاره آنها نيز با تدابير مشابه صورت ميگرفت. اما همانطور كه در تجربه كار پزشكي مشخص شد كه بيماري سرماخوردگي انواع گوناگون دارد و براي هر نوع آن يك واكسن خاص مورد نياز است، در اينجا نيز در آناليز خودارتعاشي مشاهده شد كه چندين نوع خودارتعاشي وجود داردو براي هر كدام نيز راه حل جداگانه وجود دارد.
چنين تقسيمبندي براي انواع خودارتعاشي و زير گروههاي آن منطقي است.
رژيمهاي خودارتعاشي به صورت يك زنجيره توابع ديفرانسيلي نوشته ميشود. به عنوان مثال A تابعي از B، B تابعي از C و C از D تابعي است و فرض ميكينم كه D تابعي از A است. اگر به يكي يا چند تا از پارامترهاي شمرده شده، اغتشاشي اعمال گردد، همه آن پارامترها به شكلي برحسب زمان تغيير خواهند كرد. در شرايط معمولي، زماني كه خودراتعاشيوجود ندارد، هيچ تغييري در وضعيت پارامترها مشاهده نميشود و به فرم اوليه خود باز ميگرداند. اما ممكن است كه تغيير دامنه در هر يك به وجود آيد و نسبت به زمان افزايش يابد.
سيكل بسته تغييرات ABCDA براي چنين سيستمي، مانند موتور موشك به جهت حلقههاي ارتباطي كه روي يكديگر اثر ميكند مشكلتر ميشود. به سيكل مورد نظر ميتوان به عنوان مثال همچنين حلقههاي CDEC و ABFA را پيشنهاد كرد.
البته در شرايط مشابه بروز حلقههاي خودارتعاشي با يكديگر مرتبط هستند. آناليز چنين سيستم خودارتعاشي به مراتب سادهتر ميشود اگر فركانسهاي خودارتعاشي در هر يك از حلقهها به طور محسوس با يكديگر متفاوت باشند در اين صورت ميتوان ارتباط بين حلقهها را ضغيف در نظر گرفت. در اينجا ميتوان نتيجه گرفت كه اگر هنگام تست، خودارتعاشي با فركانس مشخص در يك زنج خاص به وجود آيد، ميتوان بلافاصله گفت كه چه حلقهاي را كه مرتبط كننده بين پارامترها است، بايد تغيير داد كه خودارتعاشي سيستم از بين برود.
رژيمهاي خودارتعاشي به وجود آمده در موتورهاي موشك سوخت مايع را برحسب فركانس تقسيمبندي ميكنند. نوع اول- ارتعاشات فركانس پايين. اينها فقط در تستهاي پروازي مشاهده ميشوند. آنها در تست استند به وجود نميآيند. فركانس اين نوع ارتعاشات در رنج 10 تا 100 هرتز قرار دارد. علت بروز اين نوع خودارتعاشي به خود از ارتباط بين تغيير شكل الاستيك طولي پوسته موشك و تغيير پيشران حاصل ميشود.
در ارتعاشات طولي پوسته به طور پريوديك، فشار سوخت و اكسيد كننده در ورود به پمپها تغيير ميكند و در نتيجه تزريق و پيشران تغيير ميكنند و در نتيجه، زنجيره اثر ارتباطي در همان تغييرشكل طولي پوسته بسته ميشود.