Обеспечение безаварийных посадок ротора бескарданного электростатического гироскопа

• Автор: Шипилов, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 128 с. : ил.

1 Аналитическое исследование зависимости режима посадки от ударно-фрикционных свойств и геометрических параметров роторно-опорного узла

1.1 Модель движения ротора при посадке на опору

1.2 Аналитическое исследование движения ротора

1.3 Выводы
2 Выбор дискретной опоры ротора бескарданного электростатического гироскопа * > *«,*

*■ *■ ’ э» *,*

2.1 Условия безаварийных посадок длзГШэрьвг-имеющей четыре дискретных элемента

2.2 Условия безаварийных посадок для опоры, имеющей шесть дискретных элементов

2.3 Условия безаварийных посадок для опоры, имеющей восемь дискретных элементов

2.4 Выбор схемы расположения элементов опоры бескарданного электростатического гироскопа
2.5 Выводы
3. Экспериментальные исследования процессов посадок ротора
3.1 Разработка метода экспериментальных исследований
3.2 Экспериментальные исследования процессов посадок
ротора
3.3 Выводы
Заключение
Литература
Приложение

Автономная навигация является областью применения современных гироскопов, которые относят к диапазону сверхвысоких точностей (10‘б-5,10'4 град/ч) [2, 67]. Сверхвысокие точности обеспечивают гироскопы с механическим носителем кинетического момента, среди которых наивысших точностных характеристик достиг гироскоп с электростатическим подвесом ротора [17, 56, 57, 76, 77, 95, 96, 104]. Этот гироскоп имеет резервы дальнейшего повышения точности. Ключевая задача заключается в расширении применяемости электростатического гироскопа (ЭСГ). Разработчики исследуют следующие перспективные области использования ЭСГ:
- высокоточная система ориентации для космических аппаратов;
- гиротеодолит с улучшенными эксплуатационными характеристиками (повышенная устойчивость к микроускорениям и сокращенное время готовности к работе);
- ЭСГ для бескарданных систем.
Принципиальное отличие конструкции ЭСГ для указанных применений от серийно выпускаемых заключается в том, что необходимо обеспечить съем информации о положении ротора вплоть до полного телесного угла.
В настоящее время ЭСГ нашел применение прежде всего в корабельных инерциальных навигационных системах США, Франции и России [2, 69]. В этих системах ЭСГ используется в карданном варианте, позволяющем минимизировать возмущающие моменты, действующие на его ротор. В России разработка инерциалыюй навигационной системы на ЭСГ явилась логическим шагом в развитии гироприборов корабельного навигационного комплекса третьего поколения, созданного в ЦНИИ «Электроприбор» к началу 80-х годов. В состав такого комплекса входят полуаналитические инерциальные навигационные системы на гироскопах с обращенной аэродинамической опорой и гироскопический корректор на ЭСГ [72].

Научно-техническая база для разработки ЭСГ создавалась на протяжении 15-20 лет. Совершенствование ЭСГ шло по пути повышения его эксплуатационных характеристик, в частности надежности, важнейший аспект которой - сохранение работоспособности ЭСГ (обеспечение безаварийной посадки его ротора) при аварийном отключении питания подвеса. Процесс посадки характеризуется виброударными взаимодействиями ротора с элементами опоры. Виброударные режимы, возникающие при плоском движении твердого тела между ограничителями исследованы подробно [31, 52, 53, 54, 59, 80]. В [31] указано, что в начале 80-х годов теория виброударных систем (не теория удара, а именно теория колебаний при повторяющихся соударениях) охватывала главным образом одномерные системы, звенья которых участвуют в прямых центральных соударениях. С переходом от одномерных систем к двумерным класс доступных для рассмотрения задач расширился за счет систем, звенья которых могут участвовать в косых соударениях. К ним относятся и системы с быстровращающимися телами [54], а также движения твердого тела между ограничителями [53, 93]. Обширные вычислительные эксперименты, выполненные в ЦНИИ «Электроприбор» при разработке ЭСГ с карданной системой съема угловой информации, завершены выбором опорной системы, в которой перемещения ротора ограничивают восемь опорных элементов (дискретная ромбовидная опора). Эта опора обеспечивает безаварийные посадки, когда ось вращения ротора находится в согласованном положении с корпусом' прибора. Важную роль при обеспечении безаварийных посадок сыграло нанесение износостойких покрытий на ротор и элементы опоры [72]. При выборе покрытий ротора и дискретных элементов использован опыт разработчиков обращенного шарового гироскопа с аэродинамическим подвесом [11, 26, 46]. При произвольной взаимной угловой ориентации ротора и корпуса бескарданного ЭСГ (БЭСГ) применение ранее разработанной опоры, как показала практика использования ЭСГ, уже не гарантирует безаварийных посадок. Поэтому создание новой опоры,
х 10"
X 10"4
Рнс.2.4 Пример моделирования процесса посадки (аварийный режим)