Гидродинамический гироскоп



Гидродинамический гироскоп
Гидродинамический гироскоп
Гидродинамический гироскоп

 


Владельцы патента RU 2410645:

Федеральное Государственное унитарное предприятие "Государственное научно-производственное предприятие "Сплав" (RU)

Изобретение относится к измерительным элементам систем управления и стабилизации реактивных снарядов, например реактивных снарядов систем залпового огня. Гидродинамический гироскоп содержит корпус, вращаемый от внешнего электродвигателя ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, размещенный в ней сферический поплавок с установленным в его экваториальной плоскости постоянным кольцевым магнитом, цилиндрический магнитопровод с закрепленным внутри него полым цилиндрическим каркасом с кольцевой проточкой на наружной поверхности, в котором выполнены два кольцевых выступа, расположенных симметрично относительно кольцевой проточки. В каждом кольцевом выступе выполнены четыре паза параллельно образующей полого цилиндрического каркаса, а в диаметрально расположенных пазах параллельно оси вращения ротора уложены прямолинейные участки витков опорных обмоток. Сферическая полость заполнена фторорганической жидкостью - хладоном 114 В2 с содержанием в нем массовой доли воды не более 0,002%. Изобретение позволяет повысить точность и надежность гироскопа. 3 ил.

 

Изобретение относится к гироскопическим приборам, а именно к гидродинамическим гироскопам, и может быть использовано в системах управления реактивных снарядов, например, для угловой стабилизации снарядов систем залпового огня.

Известен гидродинамический гироскоп (см., например, К.П.Андрейченко. Динамика поплавковых гироскопов и акселерометров. - М.: Машиностроение, 1987, с.7-8, с.93), принятый за аналог. Гироскоп содержит корпус, вращающийся от внешнего электродвигателя ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, сферический поплавок с постоянным кольцевым магнитом и сигнальную обмотку.

Данный гироскоп обладает следующими недостатками.

Замыкание магнитного потока постоянного кольцевого магнита осуществляется через воздух, что приводит из-за его большого рассеивания к снижению напряжения в сигнальной обмотке и, следовательно, к снижению коэффициента передачи Кп, а выполнение сигнальной обмотки с неупорядоченным расположением витков приводит к появлению дополнительного нулевого сигнала Uдо≠0 (шума), что снижает точность гироскопа.

Задачей данного технического решения являлось повышение точностных характеристик гироскопа путем повышения постоянной времени T=Jo/b, где Jo - осевой момент инерции поплавка, b - коэффициент жидкостного демпфирования и коэффициента передачи Кп. Данная задача частично решена за счет увеличения осевого момента инерции поплавка.

Общими признаками с предлагаемым авторами гидродинамическим гироскопом является наличие корпуса, вращающегося от внешнего электродвигателя ротора со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, размещенного в полости ротора сферического поплавка с постоянным кольцевым магнитом и сигнальной обмотки.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является гидродинамический гироскоп по патенту РФ №2310163, G01C 19/00, опубл. 14.09.2006, бюлл. №31, принятый авторами за прототип, содержащий корпус, вращаемый от внешнего электродвигателя ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, размещенный в полости ротора сферический поплавок с установленным в его экваториальной плоскости постоянным кольцевым магнитом, цилиндрический магнитопровод с закрепленным внутри него полым цилиндрическим каркасом из электроизоляционного материала с кольцевой проточкой на наружной поверхности, расположенной симметрично относительно экваториальной плоскости поплавка, сигнальную обмотку, уложенную в кольцевой проточке каркаса в виде многорядовой обмотки с укладкой провода вплотную виток к витку с четным количеством рядов, а ширина кольцевой проточки определяется из соотношения H=(8-10)Q/h, где Q - расстояние между поверхностями магнитопровода и кольцевого постоянного магнита, h - высота кольцевого магнита.

Недостатком технического решения, используемого в прототипе, является то, что при работе гидродинамического гироскопа, например, в системе управления реактивного снаряда для подачи управляющих сигналов на исполнительные органы системы управления необходимо разложение напряжения с сигнальной обмотки, пропорционального величине общего вектора углового отклонения, на две составляющие - по каналу курса и каналу тангажа, для чего, как известно, используется синусно-косинусный вращающийся трансформатор, ротор которого связывают с ротором гидродинамического гироскопа, а статор с его корпусом, но, так как угловая скорость собственного вращения поплавка меньше угловой скорости вращения ротора гидродинамического гироскопа вследствие проскальзывания поплавка в слое жидкости, возникает фазовая ошибка, что снижает точность работы системы управления.

Другой недостаток прототипа состоит в следующем.

Гидродинамические гироскопы заполняют тяжелыми, маловязкими жидкостями типа фреон (хладон) (см., например, К.П.Андрейченко, А.Б.Смарунь, В.А.Иващенко. Поплавковый гидродинамический гироскоп. Теория и проектирование. Часть 1. Саратов, Саратовское ВВКИУ РВ, 1992, стр.5.), из которых по физическим и технологическим характеристикам (плотность 2,18 г/см3, вязкость 0,72 сПз температура кипения +47,26°C, температура плавления -110°C) наиболее соответствует хладон 114В2 для приборов по ТУ 6-02-2-839-85. Но в составе этого хладона содержится вода, массовая доля которой составляет 0,004%, что при хранении гироскопа вызывает коррозию металлических поверхностей сферической полости поплавка, приводящую к нарушению их сферичности и возникновению уводящих моментов. Это снижает точность гироскопа и может привести к его отказу.

Задачей данного технического решения являлось повышение точности за счет повышения коэффициента передачи Кп путем уменьшения рассеивания магнитного потока постоянного кольцевого магнита замыканием его через цилиндрический магнитопровод и уменьшения нулевого сигнала (шума), путем выполнения сигнальной обмотки в виде рядовой обмотки, уложенной виток к витку с четным количеством рядов в кольцевой проточке цилиндрического каркаса, установленного внутри цилиндрического магнитопровода, и выполнения кольцевой проточки шириной, определяемой из соотношения H=(8-10)Q/h, где Q - расстояние между поверхностями магнитопровода и кольцевого постоянного магнита, h - высота кольцевого магнита.

Общими признаками с предлагаемым гидродинамическим гироскопом является наличие в прототипе корпуса, вращаемого от внешнего электродвигателя ротора со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, размещенного в полости ротора сферического поплавка с установленным в его экваториальной плоскости постоянным кольцевым магнитом, цилиндрического магнитопровода с закрепленным внутри него полым цилиндрическим каркасом из электроизоляционного материала с кольцевой проточкой на наружной поверхности, расположенной симметрично относительно экваториальной плоскости поплавка, сигнальной обмотки, уложенной в кольцевой проточке полого цилиндрического каркаса.

В отличие от прототипа, в предлагаемом авторами гидродинамическом гироскопе в полом цилиндрическом каркасе из электроизоляционного материала с кольцевой проточкой на наружной поверхности выполнены два кольцевых выступа, расположенных симметрично относительно кольцевой проточки, причем в каждом кольцевом выступе выполнены 4 паза параллельно образующей полого цилиндрического каркаса и лежащие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, линия пересечения которых совпадает с продольной осью цилиндрического каркаса, в диаметрально расположенных пазах параллельно оси вращения ротора уложены прямолинейные участки витков первой и второй опорных обмоток, а сферическая полость заполнена фторорганической жидкостью - хладоном 114В2 с содержанием в нем массовой доли воды не более 0,002%.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности и эксплуатационной надежности гидродинамического гироскопа.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном гидродинамическом гироскопе, содержащем корпус, вращаемый от внешнего электродвигателя ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, размещенный в полости ротора сферический поплавок с установленным в его экваториальной плоскости постоянным кольцевым магнитом, цилиндрический магнитопровод с закрепленным внутри него полым цилиндрическим каркасом из электроизоляционного материала с кольцевой проточкой на наружной поверхности, расположенной симметрично относительно экваториальной плоскости поплавка, сигнальной обмотки, уложенной в кольцевой проточке полого цилиндрического каркаса, особенность заключается в том, что в полом цилиндрическом каркасе из электроизоляционного материала с кольцевой проточкой на наружной поверхности выполнены два кольцевых выступа, расположенных симметрично относительно кольцевой проточки, причем в каждом кольцевом выступе выполнены 4 паза параллельно образующей полого цилиндрического каркаса и лежащие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, линия пересечения которых совпадает с продольной осью цилиндрического каркаса, в диаметрально расположенных пазах параллельно оси вращения ротора уложены рабочие прямолинейные участки витков первой и второй опорных обмоток, а сферическая полость заполнена фторорганической жидкостью - хладоном 114В2 с содержанием в нем массовой доли воды не более 0,002%.

Новая совокупность элементов, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счет:

- выполнения в полом цилиндрическом каркасе из электроизоляционного материала с кольцевой проточкой на наружной поверхности двух кольцевых выступов, расположенных симметрично относительно кольцевой проточки, причем в каждом кольцевом выступе выполнены 4 паза параллельно образующей полого цилиндрического каркаса, лежащие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, линия пересечения которых совпадает с продольной осью цилиндрического каркаса, и укладки прямолинейных участков витков двух опорных обмоток в диаметрально расположенных пазах параллельно оси вращения ротора исключить фазовый сдвиг опорных напряжений и, таким образом, повысить точность гидродинамического гироскопа;

- заполнения сферической полости ротора фторорганической жидкостью - хладоном 114В2 с содержанием в нем массовой доли воды не более 0,002% исключить возникновение уводящих моментов и отказ гироскопа по причине коррозии поверхности сферической полости поплавка, возникающей при наличии в хладоне 114В2 массовой доли воды более 0,002%, и, соответственно, повысить точность и надежность гироскопа.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном гидродинамическом гироскопе, содержащем корпус, вращаемый от внешнего электродвигателя ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, размещенный в полости ротора сферический поплавок с установленным в его экваториальной плоскости постоянным кольцевым магнитом, цилиндрический магнитопровод с закрепленным внутри него полым цилиндрическим каркасом из электроизоляционного материала с кольцевой проточкой на наружной поверхности, расположенной симметрично относительно экваториальной плоскости поплавка, сигнальную обмотку, уложенную в кольцевой проточке полого цилиндрического каркаса, в отличие от прототипа, согласно изобретению в полом цилиндрическом каркасе из электроизоляционного материала с кольцевой проточкой на наружной поверхности выполнены два кольцевых выступа, расположенных симметрично относительно кольцевой проточки, причем в каждом кольцевом выступе выполнены четыре паза параллельно образующей полого цилиндрического каркаса и лежащие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, линия пересечения которых совпадает с продольной осью цилиндрического каркаса, в диаметрально расположенных пазах параллельно оси вращения ротора уложены прямолинейные участки витков первой и второй опорных обмоток, а сферическая полость заполнена фторорганической жидкостью - хладоном 114В2 с содержанием в нем массовой доли воды не более 0,002%.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид гидродинамического гироскопа, на фиг.2 - полый цилиндрический каркас с кольцевыми выступами и пазами в них, а на фиг.3 - схема расположения опорных обмоток.

Предлагаемый гидродинамический гироскоп содержит корпус 1, вращающийся от внешнего электродвигателя 2 ротор 3 со сферической полостью 4, частично заполненной жидкостью 5, в которую помещен сферический поплавок 6 с установленным в его экваториальной плоскости постоянным кольцевым магнитом 7. В корпусе 1 закреплен цилиндрический магнитопровод 8 с размещенным в нем полым цилиндрическим каркасом 9 из электроизоляционного материала с кольцевой проточкой 10, двумя кольцевыми выступами 11 и 12, в каждом из которых выполнены пазы 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 (фиг.2). Сигнальная обмотка 21 уложена в кольцевой проточке 10 и расположена в зазоре между цилиндрическим магнитопроводом 8 и ротором 3. В пазах 13, 17 и 14, 20 размещены прямолинейные рабочие участки первой опорной обмотки 22, а в пазах 15, 18 и 16, 19 - второй опорной обмотки 23.

Гидродинамический гироскоп работает следующим образом.

Система координат OXYZ связана с корпусом 1 гироскопа, система OX1Y1Z1 - со сферическим поплавком 6. При вращении ротора 3 с угловой скоростью Ω поплавок 6 за счет сил гидродинамического давления со стороны жидкости 5, увлекаемой во вращение внутренней поверхностью сферической полости 4, размещается в ее центре и за счет сил вязкого трения приводится во вращение с угловой скоростью Ω1, которая за счет проскальзывания сферического поплавка 6 в слое жидкости 5 несколько меньше угловой скорости вращения Ω ротора 3.

Оси собственного вращения сферического поплавка 6 и ротора 3 совпадают с осью ОХ, связанной с корпусом 1 системы координат OXYZ. При угловом перемещении гироскопа, например, с угловой скоростью на поплавок 6 действует гироскопический момент. Поплавок 6 стремится сохранить свое положение в пространстве и между осями собственного вращения ротора 3 и поплавка 6 появляется угол рассогласования γ. При этом на поплавок 6 действует момент сил вязкого трения, который уравновешивает гироскопический момент.

При возникновении угла рассогласования γ магнитный поток Ф постоянного кольцевого магнита 7 пересекает витки сигнальной обмотки 21 под углом γ, на выходе сигнальной обмотки 21 появляется напряжение Uc.

Магнитный поток Ф пересекает прямолинейные участки первой опорной обмотки 22 и второй опорной обмотки 23 под углом ≈90°. При этом на выходе первой опорной обмотки 22 появляется напряжение Uоп1, а на выходе второй опорной обмотки 23 - напряжение Uоп2.

Выполнение гидродинамического гироскопа в соответствии с изобретением позволило повысить точность и надежность гироскопа и, соответственно, улучшить точностные характеристики систем управления и стабилизации реактивных снарядов залпового огня.

Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов, выполненных в соответствии с изобретением.

В настоящее время разработана конструкторская документация, намечено серийное производство.

Гидродинамический гироскоп, содержащий корпус, вращаемый от внешнего электродвигателя ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, размещенный в полости ротора сферический поплавок с установленным в его экваториальной плоскости постоянным кольцевым магнитом, цилиндрический магнитопровод с закрепленным внутри него полым цилиндрическим каркасом из электроизоляционного материала с кольцевой проточкой на наружной поверхности, расположенной симметрично относительно экваториальной плоскости поплавка, сигнальную обмотку, уложенную в кольцевой проточке полого цилиндрического каркаса, отличающийся тем, что в полом цилиндрическом каркасе из электроизоляционного материала с кольцевой проточкой на наружной поверхности выполнены два кольцевых выступа, расположенных симметрично относительно кольцевой проточки, причем в каждом кольцевом выступе выполнены четыре паза параллельно образующей полого цилиндрического каркаса и лежащие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, линия пересечения которых совпадает с продольной осью цилиндрического каркаса, в диаметрально расположенных пазах параллельно оси вращения ротора уложены прямолинейные участки витков первой и второй опорных обмоток, а сферическая полость заполнена фторорганической жидкостью - хладоном 114В2 с содержанием в нем массовой доли воды не более 0,002%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гироскопической техники и может быть использовано при создании миниатюрного гидродинамического гироскопа повышенной точности. .

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при создании прецизионных поплавковых гироскопов и акселерометров. .

Изобретение относится к ядерной технике, в частности, к реакторам на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем. .

Изобретение относится к гироскопической технике. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для развития перерабатывающих заводов сельского хозяйства, а также для собственных нужд железных дорог

Изобретение относится к области военной техники, а именно к измерительным элементам систем управления и стабилизации реактивных снарядов, например реактивных снарядов систем залпового огня

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов. Заявлен способ определения погрешности двухстепенного поплавкового гироскопа, включающий установку гироскопа на неподвижном основании, включение в режим обратной связи датчик угла - усилитель - преобразователь - датчик момента, запуск гиромотора, нагрев гироскопа, измерение тока в цепи датчика момента обратной связи, определение погрешности гироскопа. Нагрев гироскопа осуществляют до температуры, определяемой по минимальному значению разности токов, измеряемых в цепи датчика момента обратной связи в двух положениях статического равновесия гирокамеры, которые она соответственно занимает после отклонения вокруг оси подвеса в одну и другую стороны на углы 2÷10 угл. мин, при фиксированных значениях температуры гироскопа, изменяемой в диапазоне Ti=(Tрac+idT)°C, где Трас - расчетное значение температуры, dT=1°С - дискретность изменения температуры, -3≤i≤3. Технический результат - повышение точности определения погрешности двухстепенного поплавкового гироскопа. 3 ил.

Использование: для повышения запаса устойчивости гироскопа. Сущность изобретения заключается в том, что вихревой жидкостной тороидальный гироскоп содержит внешнюю твердотельную оболочку в виде тора, внутри которой находится жидкий ротор, а также устройство закрутки ротора вокруг двух осей, при этом внутри оболочки установлена прикрепленная к внутренней поверхности тора спираль, а устройство закрутки выполнено в виде магнитного двигателя, ротор которого совмещен с циркуляционной турбиной и выполнен в виде радиально намагниченного кольца и расположен внутри тора, а статор расположен снаружи и соединен гибким кабелем с устройством разгона и регулирования угловой скорости вращения турбины. Технический результат: обеспечение возможности повышения запаса устойчивости гироскопа в неблагоприятных условиях эксплуатации при наличии ударных, вибрационных и других внешних воздействиях. 1 ил.

Группа изобретений относится к области управления угловым движением преимущественно нелинейных нестационарных систем с переменными параметрами, в частности летательных аппаратов (ЛА) с вертикальными взлётом и посадкой. Способ заключается в формировании гиростабилизирующего момента ЛА с помощью жидкостного гироскопа (ЖГ): тороидального кольца, в котором осуществляется спиральная закрутка потока жидкости (жидкого металла) вокруг центральной и круговой осей тора. ЖГ закрёплен внутри ЛА через амортизаторы. Устройство, в варианте ЛА вертикального взлета и посадки, содержит указанный ЖГ, два циркуляционных насоса и гидродинамические насадки для указанной спиральной закрутки жидкости. Имеется система управления прецессионным движением ЖГ, исполнительными органами которой служат две пары газоструйных рулей, расположенных на взаимно перпендикулярных осях. Техническим результатом группы изобретений является повышение устойчивости управляемых объектов рассматриваемого типа. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации двухстепенных поплавковых гироскопов с бесконтактными опорами подвеса гирокамеры. Способ заключается в том, что работающий гироскоп с бесконтактными опорами подвеса гирокамеры, нагретый до рабочей температуры, ориентируется в положение, при котором его продольная ось горизонтальна, а пара радиальных осей опор, параллельных измерительной оси гироскопа, направлена по вертикали, осуществляется изменение температуры гироскопа последовательно в одну и другую сторону от ее рабочего значения и одновременное измерение контрольных сигналов в каналах бесконтактных опор, определяются температуры, при которых значения измеряемых контрольных сигналов равны нулю, рассчитывается момент дифферента. Технический результат - повышение точности определения момента дифферента гирокамеры, возможность контроля момента в составе собранного гироскопа с бесконтактными опорами подвеса гирокамеры, отсутствие необходимости использования специального технологического оборудования. 1 ил.
Наверх