Теория и методы расчета упругих подвесов инерциальных чувствительных элементов приборов навигации

• Автор: Евстифеев, Михаил Илларионович
• Шифр специальности: 05.11.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 341 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень использованных сокращений

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С УПРУГИМИ ПОДВЕСАМИ
1.1. Современное состояние разработок инерциальных чувствительных элементов с упругими подвесами для измерительных модулей подвижных объектов

1.1.1. Общие сведения

1.1.2. Микромеханические гироскопы

1.1.3. Приборы измерения гравитационного поля Земли

1.2. Принципы построения инерциальных чувствительных элементов с упругими подвесами инерционного тела
1.2.1. Принцип работы и конструкции микромеханических гироскопов
1.2.2. Принцип работы и конструкции гравитационных градиентометров
1.3. Классификация инерциальных чувствительных элементов
1.4. Проблемы проектирования инерциальных чувствительных элементов
с упругими подвесами
1.4.1. Проблемы разработки микромеханических гироскопов
1.4.2. Проблемы разработки гравитационных градиентометров
1.4.3. Основные интегральные характеристики упругих подвесов
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ АНАЛИТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С УПРУГИМИ ПОДВЕСАМИ
2.1. Математические модели динамики инерциальных чувствительных элементов с упругими подвесами инерционного тела
2.1.1. Методики составления математических моделей
2.1.2. Математические модели микромеханических гироскопов
2.1.3. Математические модели гравитационных градиентометров
2.2. Особенности динамики инерциальных чувствительных элементов при анизотропии инерционных свойств тела
2.2.1. Общая постановка и некоторые частные случаи в гироскопии
2.2.2. Гантельный эффект в гравитационных вариометрах и градиентометрах
2.2.3. Особенности динамики микромеханического гироскопа
2.2.4. Прогностическая задача в сейсмологии

ВЫ ВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ УПРУГОГО ПОДВЕСА ДЛЯ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
3.1. Методика составления модели упругого подвеса
3.2. Модель упругого подвеса и его матрица жесткости
3.3. Требования к структуре упругого подвеса и его параметрам
3.4. Собственные частоты колебаний и их настройка
3.5. Нелинейные эффекты в упругих подвесах
3.6. Упругие подвесы с криволинейными элементами: методика расчета и
возможности использования
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТЫЙ АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ УПРУГИХ ПОДВЕСОВ
4.1. Компьютерные методы проектирования и анализа конструкций
4.2. Метод конечно-элементного анализа упругих подвесов
4.2.1. Расчет напряженно-деформированного состояния упругих
подвесов
4.2.2. Вычисление собственных частот упругих подвесов и построение амплитудно-частотных характеристик
4.2.3. Учет жесткости инерционного тела при расчете собственных
частот упругого подвеса
4.2.4. Оценка стойкости к ударным воздействиям
4.3. Принципы построения систем автоматизированного проектирования микромеханических чувствительных элементов с упругими подвесами
4.3.1. Структура программного комплекса
4.3.2. Модуль «Конструкция микромеханического акселерометра»
4.3.3. Модуль «Конструкция микромеханического гироскопа»
4.3.4. Модуль «Системы управления»
4.3.5. Модуль «Системы термостабилизации»
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 5. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ ПОГРЕШНОСТИ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С УПРУГИМИ ПОДВЕСАМИ ИНЕРЦИОННОГО ТЕЛА
5.1. Модель погрешностей инерциальных чувствительных элементов
5.1.1. Статический дисбаланс
5.1.2. Динамический дисбаланс
5.1.3. Неравножесткость подвеса и его элементов
5.1.4. Перекосы осей
5.1.5. Неравенство параметров
5.2. Анализ особенностей технологических процессов изготовления конструкций упругих подвесов

5.2.1. Традиционные технологии пространственных упругих подвесов
5.2.2. Микроэлектронные технологии планарных упругих подвесов
5.3. Технологические погрешности изготовления и их влияние на характеристики упругих подвесов
5.3.1. Особенности расчета характеристик упругих подвесов при использовании технологии микроэлектронного производства
5.3.2. Изменение геометрических размеров упругих элементов
5.3.3. Изменение взаимного расположения упругих элементов
5.3.4. Изменение формы упругих элементов
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 6. РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТКИ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С УПРУГИМИ ПОДВЕСАМИ И ИХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
6.1. Испытания гравитационных градиентометров и вариометров
6.1.1. Обоснование конструкции чувствительного элемента ротационного гравитационного градиентометра
6.1.2. Испытания макета чувствительного элемента ротационного гравитационного градиентометра
6.1.3. Обоснование конструкции чувствительного элемента статического гравитационного вариометра
6.1.4. Испытания экспериментального образца чувствительного
элемента статического гравитационного вариометра
6.2. Испытания микромеханических гироскопов
6.2.1. Обоснование конструкции чувствительного элемента микромеханического гироскопа
6.2.2. Проверка статических характеристик подвесов
6.2.3. Определение динамических характеристик подвесов
6.2.4. Испытания на вибрационные и ударные нагрузки
6.2.5. Испытания в режиме датчика угловой скорости
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА.

бательной системы. Учитывая, что С2 = то о2, а скорость первичных колебаний Vf=®upi9 амплитуда вторичных колебаний ИТ в случае резонансной настройки вычисляется в соответствии с формулой
Р2=-а, (1.з)

где Qi - добротность контура вторичных колебаний. Поскольку приведенные массы или моменты инерции по осям первичных и вторичных колебаний различны, для настройки на одну частоту подвес должен быть в определенном соотношении неравножестким по этим двум осям (обладать заданной анизотропией упругих характеристик).
Из выражения (1.3) следует, что максимальная амплитуда вторичных колебаний достигается при наибольших значениях р[ и Q2. Представляется целесообразным уменьшать собственную частоту ш0, однако при этом необходимо учитывать возможную зависимость Q2 от частоты [79].
В простейшем варианте теории ММГ, основные соотношения которой приведены выше, предполагается, что первичные колебания вызывают вторичные, но обратное влияние вторичных колебаний на первичные отсутствует. В действительности при сближении собственных частот фактор обратного влияния существенен. Результаты проведенного автором исследования влияния вторичных колебаний ИТ на первичные приведены далее в главе 2.
Для увеличения и сохранения высокой добротности в конструкциях подвесов ММГ используют материалы, обладающие низкими внутренними потерями, а само ИТ в подвесе помещают в вакуумированный объем для снижения потерь на аэродинамическое сопротивление [51, 87, 138].
В большинстве конструкций ММГ электростатические силовые устройства выполнены в виде гребенчатых двигателей (рис. 1.4). Гребенчатый двигатель [175] состоит из ряда прямоугольных зубцов, часть которых расположена на подвижной части, связанной с основанием через упругий подвес, а другая часть на неподвижной части, непосредственно связанной с основанием. Зубцы размещены с перекрытием по длинной стороне для создания требуемой ем-