Двухстепенной поплавковый гироскоп

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов. Сущность изобретения заключается в том, что электроды на внутренней поверхности цилиндра двухстепенного поплавкового гироскопа устанавливают таким образом, что плоскость симметрии i-той пары электродов в каждой системе, проходящая через продольную ось корпуса, составляет с плоскостью, проходящей через ось вращения ротора гиромотора и продольную ось корпуса, угол, равный α=180⋅(2i+1)/m, где m - количество электродов в одной системе, i=0, 1, 2… - порядковый номер плоскости симметрии пары электродов. Технический результат – уменьшение времени готовности гироскопа, расширение диапазона функционирования гироскопа без потери точности. 3 ил.

 

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве прецизионных двухстепенных поплавковых гироскопов (далее - гироскоп).

Известен двухстепенной поплавковый гироскоп [1]. Гироскоп содержит герметичный корпус, цилиндрическую поплавковую камеру с гиромотором, установленную в жидкости внутри корпуса, бесконтактный подвес поплавковой камеры электромагнитного типа, включающий два конусных ротора, размещенных по торцам камеры, и два статора, установленных на соответствующих торцевых крышках. Обмотки статоров подключены к блоку управления положением камеры относительно корпуса. На внешней цилиндрической части корпуса размещены обмотка обогрева и обмотка термодатчика. На торцевой крышке установлен сильфон для компенсации объемного расширения жидкости.

Недостатком гироскопа является низкая точность, обусловленная нестабильностью момента, действующего со стороны электромагнитного подвеса. Причиной нестабильности момента является нестабильность параметров материала - феррита, применяемого для изготовления элементов подвеса, его чувствительность к изменениям внешних условий.

Известен также двухстепенной поплавковый гироскоп [2], который принимаем за прототип. Гироскоп содержит герметичный корпус с двумя торцевыми крышками, цилиндрическую поплавковую гирокамеру, установленную в корпусе на ограничительных камневых опорах. Зазор между корпусом гироскопа и гирокамерой заполнен поддерживающей жидкостью, радиальный электростатический подвес гирокамеры, включающий цилиндр с двумя идентичными системами пар электродов, установленными на внутренней поверхности цилиндра вдоль поплавковой камеры, изолированных от корпуса. В каждой системе плоскость симметрии первой пары электродов, проходящая через продольную ось корпуса гироскопа, совпадает с плоскостью, проходящей через ось вращения ротора гиромотора и продольную ось корпуса. Плоскость симметрии второй пары электродов, проходящая через продольную ось корпуса гироскопа, совпадает с плоскостью, проходящей через измерительную ось и продольную ось корпуса. Гироскоп содержит также систему управления электростатическим подвесом, обмотку обогрева и обмотку термодатчика, размещенные на наружной цилиндрической поверхности корпуса, датчик угла, датчик момента.

Недостатками гироскопа-прототипа являются:

- длительное время готовности, определяемое временем приведения поплавковой гирокамеры в положение центрирования;

- малый диапазон угловых скоростей, в котором гироскоп функционирует без потери точности, определяемый способностью подвеса компенсировать силы от действия гироскопического момента, возникающего при вращении гироскопа вокруг продольной оси подвеса поплавковой камеры. Превышение сил от действия гироскопического момента, сил, прикладываемых со стороны электростатического подвеса, приводит к развороту камеры до механического контакта в ограничительных опорах, что обуславливает снижение точности гироскопа.

Указанные недостатки обусловлены недостаточной силой, действующей со стороны электростатического подвеса.

Задачей настоящего изобретения является совершенствование конструкции поплавкового двухстепенного гироскопа.

Достигаемый технический результат - уменьшение времени готовности гироскопа, расширение диапазона функционирования гироскопа без потери точности.

Поставленная задача решается тем, что в известном двухстепенном поплавковом гироскопе, содержащем корпус с двумя торцевыми крышками; цилиндрическую поплавковую гирокамеру, установленную в корпусе на ограничительных камневых опорах; поддерживающую жидкость, заполняющую зазор между корпусом гироскопа и гирокамерой; радиальный электростатический подвес гирокамеры, включающий цилиндр, установленный внутри корпуса соосно с ним, на внутренней поверхности которого вдоль поплавковой камеры изолированно от корпуса установлены две идентичные системы электродов, жестко связанных с цилиндром; систему управления электростатическим подвесом; обмотку обогрева и обмотку термодатчика, размещенные на наружной цилиндрической поверхности корпуса; датчик угла; датчик момента. При этом электроды на внутренней поверхности цилиндра установлены таким образом, что плоскость симметрии i-й пары электродов в каждой системе, проходящая через продольную ось корпуса, составляет с плоскостью, проходящей через ось вращения ротора гиромотора и продольную ось корпуса, угол, равный:

α=180⋅(2i+1)/m,

где i=0, 1, 2… - порядковый номер плоскости симметрии пары электродов;

m - количество электродов в одной системе.

Предлагаемое изобретение поясняется фиг. 1, 2, 3.

На фигурах 1, 2, 3 приняты следующие обозначения:

1 - гироскоп,

2 - корпус,

3, 4 - торцевые крышки,

5 - цилиндр,

6 - цилиндрическая поплавковая гирокамера (далее - гирокамера),

7 - ограничительные камневые опоры (далее - опоры),

81-111, 82-112 - электроды,

12 - жидкость,

13 - датчик угла,

14 - датчик момента,

15 - обмотка обогрева,

16 - обмотка термодатчика,

17, 18 - блоки управления,

19 - схема измерения линейного перемещения гирокамеры (далее - емкостной датчик),

20 - высоковольтный усилитель (далее - усилитель),

21 - генератор,

22 - сильфон,

n - количество систем в подвесе (в данном случае n=2),

А - плоская развертка двух ортогональных систем электродов,

X, Y, Z - оси симметрии двух ортогональной системы координат,

O - центр двух ортогональных системы координат,

A1 - плоская развертка первой ортогональной системы из m=4,

X1, Y1, Z1 - оси симметрии первой ортогональной системы координат,

O1 - центр первой ортогональной системы координат,

А2 - плоская развертка второй ортогональной систем из m=4,

Х2, Y2, Z2 - оси симметрии второй ортогональной системы координат,

О2 - центр второй ортогональной системы координат,

С - конденсаторы системы измерения перемещения,

α - угол между осью ортогональной системы координат и осью,

ζ - ось из начала координат и центром электрода.

Предлагаемый гироскоп 1 (фиг. 1) состоит из корпуса 2 с двумя торцевыми крышками 3, 4; цилиндра 5 (выполнен из материала с электроизоляционными свойствами, например, из керамики), установленного внутри корпуса 2 соосно с ним; цилиндрической поплавковой гирокамеры 6, установленной внутри корпуса 2 соосно с цилиндром 5 на ограничительных камневых опорах 7. На внутренней поверхности цилиндра 5 вдоль цилиндрической поверхности гирокамеры 6 установлены две системы при n=2, m=2(n+2)=8 электродов. Электроды жестко связаны с цилиндром 5.

Зазор между блоком электродов и гирокамерой 6 заполнен жидкостью 12 с удельным весом, близким к удельному весу поплавковой гирокамеры 6. Опоры 7 необходимы для обеспечения технологичности сборки гироскопа 1, кроме того, они ограничивают перемещения гирокамеры 6 в рабочем зазоре гироскопа 1. На оси гирокамеры 6 установлены датчик угла 13 и датчик момента 14. Обмотка обогрева 15 и обмотка термодатчика 16 размещены на наружной цилиндрической поверхности корпуса 2 и подключены к системе регулирования температуры гироскопа 1 (не показана). Система регулирования температуры настроена на поддержание температуры в рабочем зазоре гироскопа 1, близкой к температуре нулевой плавучести гирокамеры 6. На торцевой крышке 4 установлен сильфон 22 для компенсации объемных расширений жидкости 12.

На фиг. 2 показана развертка цилиндра для n=2, содержащая электроды 81-111 (82-112).

Электроды на внутренней поверхности цилиндра 5 установлены таким образом, что плоскость симметрии i-й пары электродов в каждой системе, проходящая через продольную ось ОХ корпуса 2, составляет с плоскостью, проходящей через ось вращения ротора гиромотора OZ и продольную ось ОХ корпуса 2, угол, равный α=180⋅(2i+1)/m.

На фиг. 3 показана система для m=4. В этом случае плоскость симметрии OXξ11(OXξ12) электродов 91 (92) располагается под углом α1=45° к плоскости OXZ, проходящей через ось вращения ротора OZ гиромотора и продольную ось ОХ корпуса 2; плоскость симметрии OXξ21(OXξ22) электродов 81 (82) располагается соответственно под углом α2=135°.

Противолежащая пара электродов в каждой системе (на фиг. 3 пара 81-101 и пара 91-111) подключена к соответствующему блоку управления (на фиг. 3 к блокам управления 17 и 18) положением гирокамеры 6 относительно соответствующих электродов. Каждый блок управления, например блок 17, содержит схему измерения перемещения гирокамеры 6 относительно этих электродов (емкостной датчик 19), усилитель 20, генератор 21 для питания емкостного датчика 19. Принцип построения генератора 21, емкостного датчика 19 и усилителя 20 аналогичен принципу построения устройств, приведенных в [2].

Работа гироскопа 1 происходит следующим образом. Гироскоп 1 ориентируют в положение, при котором его продольная ось ОХ горизонтальна. Осуществляют нагрев гироскопа 1 до расчетного (заданного) значения температуры. Приводят гирокамеру 6 в центрируемое положение (положение, в котором сигналы емостного датчика 19 электростатического подвеса равны нулю, а механический контакт в опорах 7 отсутствует); параметры центрируемого положения определяют и фиксируют заранее, для чего включают электростатический подвес. С учетом предлагаемой ориентации электродов, для случая m=8, n=2 (фиг. 3) в каждой n-й системе, установленной по торцам гирокамеры 6, на гирокамеру будет действовать сила R=(Fsinα1+Fsinα2), где F - сила, действующая со стороны двух электродов одной системы n. Со стороны двух систем n будет действовать сила, равная P=2R. Под действием равнодействующей силы Р гирокамера 6 начнет перемещается в центрируемое положение. Время перемещения гирокамеры 6 определяется величиной силы Р.

При вращении основания с гироскопом 1 вокруг продольной оси ОХ возможность перемещения гирокамеры 6 в рабочем зазоре под действием сил гироскопического момента исключается установкой двух систем электродов, создающих угловую жесткость подвеса. Причем диапазон скоростей, при котором гироскоп функционирует без потери точности, без возникновения механического контакта в опорах 7 определяется величиной силы, прикладываемой к гирокамере 6 со стороны электродов 101, 91 (102, 92). С учетом предлагаемой ориентации электродов, для случая m=8, n=2 (фиг. 3) со стороны одной и второй системы на камеру будут действовать силы одного порядка и направленные в противоположные стороны, предотвращающие разворот гирокамеры.

По сравнению с прототипом:

- Время готовности гироскопа, определяемое временем центрирования поплавковой гирокамеры, уменьшается. Уменьшение времени достигается за счет увеличения силы, прикладываемой к поплавковой гирокамере со стороны двух систем электростатического подвеса. В прототипе эта сила равна P1=2F. Для случая m=8, . Увеличение силы достигается путем изменения ориентации электродов.

- Увеличивается диапазон функционирования гироскопа без потери точности. Увеличение диапазона происходит за счет увеличения силы, прикладываемой со стороны электростатического подвеса для компенсации сил от гироскопического момента при вращении гироскопа с основанием вокруг его продольной оси ОХ. В прототипе эта сила равна P3=F. В предлагаемом гироскопе (фиг. 3) . Увеличение силы достигается также путем изменения ориентации электродов.

Таким образом, достигается заявленный технический результат.

На предприятии предлагаемое устройство изготовлено и испытано. Получены положительные результаты. Разработана техническая документация гироскопа. В настоящее время осуществляется подготовка производства поплавковых гироскопов с радиальным электростатическим подвесом поплавковой гирокамеры.

Литература

1. У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард. Теория, проектирование и испытания гироскопов // М.: Мир, 1972, с. 288, 292.

2. Патент РФ №2591287.

Двухстепенной поплавковый гироскоп, содержащий корпус с двумя торцевыми крышками, цилиндрическую поплавковую гирокамеру, установленную в корпусе на ограничительных камневых опорах, поддерживающую жидкость, заполняющую зазор между корпусом гироскопа и гирокамерой, радиальный электростатический подвес гирокамеры, включающий цилиндр, установленный внутри корпуса соосно с ним, на внутренней поверхности которого вдоль поплавковой камеры изолированно от корпуса установлены две идентичные системы электродов, жестко связанных с цилиндром, геометрический центр поверхности плоской развертки одной системы электродов лежит по одну сторону от плоскости, перпендикулярной продольной оси гироскопа, делит цилиндрическую поверхность встроенного цилиндра на две равные части и симметричен геометрическому центру поверхности плоской развертки второй системы, систему управления электростатическим подвесом, обмотку обогрева и обмотку термодатчика, размещенные на наружной цилиндрической поверхности корпуса, датчик угла, датчик момента, отличающийся тем, что электроды на внутренней поверхности цилиндра установливают таким образом, что плоскость симметрии i-той пары электродов в каждой системе, проходящая через продольную ось корпуса, составляет с плоскостью, проходящей через ось вращения ротора гиромотора и продольную ось корпуса, угол, равный α=180⋅(2i+1)/m, где m - количество электродов в одной системе, i=0, 1, 2… - порядковый номер плоскости симметрии пары электродов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа. Сущность изобретения заключается в том, что в ММГ с квадратурными электродами и источниками напряжения, соединенными с ними, введены последовательно сумматор и делитель, обеспечивающие компенсацию изменений зазора, и источники напряжения выполнены управляемыми, при этом вход их управления соединен с выходом делителя.

Изобретение относится к гироскопической технике, а конкретно к двухосным гироскопическим стабилизаторам оптических элементов, работающим на подвижных объектах и предназначенным для стабилизации и управления оптическими элементами, и может найти применение в создании систем типа бинокль, перископ, лазерный дальномер.

Изобретение относится к точному приборостроению, а именно к гироскопической технике, и может быть использовано в индикаторных гиростабилизаторах. Технический результат - выравнивание скоростей управления платформой.

Изобретение относится к твердотельным волновым гироскопам (ТВГ), работающим в режиме датчика углового положения. Способ компенсации дрейфа ТВГ включает предварительное определение математических параметров модели температурной скорости дрейфа ТВГ, определение углового положения волны резонатора в рабочем режиме и алгоритмическую компенсацию его температурной скорости дрейфа в соответствии с этой моделью, рассчитывают значения производной частоты резонатора, при этом модель дрейфа использует значения углового положения волны, частоту резонатора и производную частоты и рассчитывается в виде функции где Ak, Bk - полиномы степени N по члену f и степени M по члену g; θ - значение углового положения волны; - резонансная частота твердотельного волнового гироскопа; g - значение производной резонансной частоты; N - максимальная степень в функциональной зависимости величины дрейфа от частоты; M - максимальная степень в функциональной зависимости величины дрейфа от производной частоты; K - количество гармоник в функциональной зависимости дрейфа от угла; параметры ak,i,j, bk,i,j находят для конкретного прибора путем проведения съемов значений электрического угла θ, скорости изменения электрического угла, резонансной частоты производной резонансной частоты g для различных температур и скоростей изменения температур на неподвижном основании.

Изобретение относится к трехосным гироскопам средней и повышенной точности, а конкретно к способу оценки их систематических погрешностей. Технический результат заключается в повышении точностных характеристик трехосного гироскопа за счет повышения достоверности оценки систематических погрешностей трехосного гироскопа, с одновременным уменьшением трудоемкости процесса измерений.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при создании и эксплуатации навигационных систем на базе гироскопических устройств (ГУ).

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к измерительной технике, и предназначено для измерения угловой скорости, например, в системах управления, навигации, стабилизации и наведения.

Изобретение относится к регулирующим устройствам. Заявлена группа изобретений, включающая регулирующее устройство, датчик угловой скорости, способ эксплуатации регулирующего устройства с гармонической задающей величиной.

Изобретение относится к области гироскопического приборостроения и предназначено для определения величин масштабных коэффициентов трехосных лазерных гироскопов (ТЛГ) с взаимно ортогональными осями чувствительности при проведении калибровки (паспортизации) бесплатформенных инерциальных навигационных систем, построенных на основе ТЛГ, или их составных частей.

Изобретение относится к области авиационно-космического приборостроения и может найти применение для пространственной угловой ориентации орбитальных космических аппаратов (КА), в которых применяются системы ориентирования, построенные по принципу орбитального гирокомпасирования.

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к высокоточным комплексным навигационным системам с использованием астроизмерений, и может найти применение в составе бортового оборудования авиационно-космических объектов. Технический результат - повышение точности астровизирования. Для этого осуществляют выбор звезды, доступной визированию в данной точке местоположения визирующего объекта в данный момент времени, вычисляют ее декартовые координаты в проекциях на оси сопровождающего трехгранника и углы наведения на нее телеблока, последующее визирование звезды с определением ее фактических координат, которые пересчитываются в ошибки корректируемой системы, при этом на этапе визирования звезды основание телеблока устанавливается в плоскости местного горизонта. Причем определенные в проекциях на оси сопровождающего трехгранника декартовы координаты звезды перепроектируются на оси базового приборного трехгранника перемножением вектора ее декартовых координат на транспонированную матрицу ориентации визирующего объекта, и по полученным декартовым координатам в проекциях на оси приборного трехгранника вычисляются углы наведения телеблока, которые используются в качестве целеуказания при визировании звезды. 5 ил.

Предложен способ для определения факта выхода гироскопа на установившийся режим работы, позволяющий его использовать для достоверных измерений, и устройство для реализации данного способа. Заявленный способ оптимизации времени включения Кориолисова гироскопа заключается в том, что система масс указанного гироскопа приводится в состояние возбуждающих колебаний параллельно первой оси (х), причем отклонение системы масс в результате действия Кориолисовой силы вдоль второй оси (y), заданной перпендикулярно первой оси (х), проверяют с использованием выходного сигнала Кориолисова гироскопа, содержащего определение амплитуды (А) возбуждающих колебаний Кориолисова гироскопа в заданный момент времени, и генеририруют нормированный выходной сигнал (S0) от Кориолисова гироскопа путем умножения определенного выходного сигнала (S) на отношение амплитуды (А0) возбуждающих колебаний Кориолисова гироскопа в установившемся состоянии к определенной амплитуде (А), на основании которого судят о выходе гироскопа на установившийся режим работы, и тем самым оптимизируют процесс использования гироскопа с момента его включения. Указанный способ реализуется при помощи соответствующего устройства, включающего в себя специальные электронные блоки. Данная группа изобретений позволяет более оптимально использовать Кориолисов гироскоп, начиная с момента его включения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройствам, осуществляющим арретирование ротора электродвигателя-маховика в магнитном подвесе и может быть использовано в космической технике. Устройство арретирования ротора электродвигателя-маховика в магнитном подвесе, содержит две конические опоры, по меньшей мере одна из которых подвижна с возможностью поворота вокруг своей оси при одновременном перемещении в осевом направлении, приводной двигатель арретирующего устройства, ротор которого установлен на подвижном элементе, кольцевой ограничитель радиальных и угловых перемещений вала ротора, который при контактном взаимодействии с валом вращающегося ротора в режиме снятого электропитания с электромагнитных опор и приводного двигателя арретирующего устройства перемещает подвижную опору в окружном и осевом направлениях до жесткого контакта вала подвижной опоры с валом ротора электродвигателя-маховика и валом второй опоры и последующего совместного вращения ротора и валов обеих опор. Каждая опора содержит двигатель вращения вала опоры, который при функционирующем магнитном подвесе и вращающемся роторе электродвигателя-маховика вращает вал опоры в направлении, совпадающем с направлением вращения ротора, так, что угловая скорость вращения вала опоры равна или близка к угловой скорости вращения вала ротора. Технический результат – повышение надежности и долговечности устройства арретирования. 6 ил.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов. Сущность изобретения заключается в том, что электроды на внутренней поверхности цилиндра двухстепенного поплавкового гироскопа устанавливают таким образом, что плоскость симметрии i-той пары электродов в каждой системе, проходящая через продольную ось корпуса, составляет с плоскостью, проходящей через ось вращения ротора гиромотора и продольную ось корпуса, угол, равный α180⋅m, где m - количество электродов в одной системе, i0, 1, 2… - порядковый номер плоскости симметрии пары электродов. Технический результат – уменьшение времени готовности гироскопа, расширение диапазона функционирования гироскопа без потери точности. 3 ил.

Наверх