一種球形氣浮氣動陀螺儀的研制及其相關技術的研究.pdf

1、自陀螺儀問世以來，因其具有不受制于任何外界信息而能測量出載體姿態(tài)信息的能力而被應用在航空、航天、航海等領域中。隨著社會的進步，慣性技術的不斷發(fā)展，以陀螺儀為核心器件的測量系統(tǒng)已從傳統(tǒng)的軍用市場走向廣闊的民用市場。發(fā)展陀螺儀及其相關技術，一直是各國重點研究的內容之一，也成為衡量一個國家科技水平和軍事實力的重要標志之一。除了不斷開發(fā)新型陀螺儀以外，對已有的陀螺儀通過技術革新，提高精度、降低成本也具有重要的現(xiàn)實意義。雖然靜電陀螺儀和液浮陀螺儀

2、具有很高的精度，但是結構復雜，價格昂貴，應用不是廣泛；而目前在研究的固體陀螺儀技術還不成熟，存在較多的技術難點要突破，要想達到更高的精度、更廣泛的應用還需要投入大量的人力和財力進行探索和研究。相比較而言由于氣體的粘度比液體粘度小，氣體軸承具有摩擦阻力小、功耗低、轉速高、無污染等優(yōu)點，采用氣體潤滑的高速軸承能夠提高儀表的可靠性、壽命和精度，氣體潤滑軸承的這些優(yōu)點，使得它非常適合于慣性器件的制作，而且相對于已有的氣浮陀螺儀來說有進一步提高精

3、度、降低成本、簡化結構、減小體積的可能。因此研制一種高精度、低成本、小型化的氣浮陀螺儀具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本文將氣體軸承技術與氣動技術有機的結合起來，提出了一種新型氣浮氣動陀螺儀的基本結構，建立了該陀螺儀的運動學模型，分析研究了轉子圓周上的氣動噴嘴、供氣壓力等相關參數(shù)對陀螺儀穩(wěn)定工作性能的影響，同時分析了轉子不平衡量等參數(shù)對陀螺儀漂移誤差的影響情況，為陀螺儀的設計和加工提供了理論依據(jù)。
　　為進一步改善氣浮氣動陀螺儀的

4、啟停性能，減小陀螺轉子啟停過程的碰磨，延長該陀螺儀的使用壽命，提出了采用實心轉子電機輔助驅動與制動的方案。通過施加電磁力矩后陀螺儀的動力學模型，分析研究了陀螺儀結構參數(shù)以及電機相關參數(shù)對氣浮氣動陀螺儀驅動及制動性能的影響規(guī)律，為選擇和設計電機以保證氣浮氣動陀螺儀具有更好的啟停性能奠定了基礎。
　　要保證氣浮氣動陀螺儀轉子能夠穩(wěn)定運轉，首要任務就是要對氣浮軸承進行動態(tài)設計，確定氣浮軸承的動態(tài)特性參數(shù)。本文針對新型結構的氣浮陀螺軸承提

5、出了一種求解具有類似結構氣體軸承動態(tài)性能的方法：通過相容性條件統(tǒng)一了狹縫氣膜和球面潤滑氣膜，采用三角形有限單元劃分統(tǒng)一后的氣膜，以小擾動法為基礎將陀螺軸承內的氣膜壓力分解為靜態(tài)壓力和動態(tài)壓力兩部分，通過迦遼金加權余量法將雷諾方程中的二階微分降為一階微分，以降低對插值函數(shù)連續(xù)性的要求，根據(jù)氣體流量守恒方程和穩(wěn)態(tài)壓力方程求解氣膜內的穩(wěn)態(tài)壓力，進而求得動態(tài)壓力和陀螺軸承氣膜的動態(tài)特性系數(shù)，并分析陀螺儀軸承結構參數(shù)對動態(tài)性能的影響規(guī)律。

6、　　以陀螺儀軸承轉子的動態(tài)性能參數(shù)為基礎，根據(jù)陀螺儀轉子的運動方程，得到陀螺軸承轉子穩(wěn)定運轉時的臨界穩(wěn)定性方程，進而求得用臨界質量來表示陀螺儀轉子穩(wěn)定運轉的穩(wěn)定性判據(jù)。根據(jù)此判據(jù)，分析陀螺儀軸承各結構參數(shù)對穩(wěn)定性的影響規(guī)律，結合氣體陀螺軸承的靜態(tài)承載性能，對陀螺儀轉子結構進行多目標優(yōu)化設計，以其得到具有較高的靜態(tài)承載性能和動態(tài)穩(wěn)定性的結構。
　　為了陀螺儀能夠穩(wěn)定運轉，減小由不平衡量引起的機械漂移誤差，必須對陀螺儀轉子進行平衡。本