Динамически настраиваемый гироскоп

 

Использование: в гироскопическом приборостроении, в частности в системах инерциального управления подвижными объектами. Сущность изобретения: с целью уменьшения динамической погрешности на роторе гироскопа выполнены два сквозных отверстия, оси которых параллельны полярной оси ротора и лежат в плоскости, содержащей ось симметрии наружных торсионов. Соотношение диаметров ротора и отверстий задано определенным образом. 1 ил.

Изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может найти применение в инерциальных системах управления подвижными объектами.

Известен динамически настраиваемый гироскоп (ДНГ), содержащий цилиндрический ротор, приводной вал, две пары торсионов и карданово кольцо, связанное внутренней парой торсионов с приводным валом, а наружной с ротором [1] Недостатком известного ДНГ является наличие динамической погрешности прибора, обусловленное низкой частотой собственных (нутационных) колебаний ДНГ.

Целью изобретения является уменьшение динамической погрешности.

Для достижения цели в роторе ДНГ на диаметре D выполнены два сквозных отверстия диаметром d, оси которых параллельны полярной оси ротора и лежат в плоскости, содержащей ось симметрии наружных торсионов, при этом соотношение диаметров D и d определяется условием: d (1), где ε_o= a, b соответственно полярный и экваториальный моменты инерции карданова кольца; А, В, С соответственно полярный и экваториальный моменты инерции ротора; h высота ротора; ρ плотность тела ротора.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Уравнение свободного движения ДНГ в невращающейся системе координат в комплексной форме записывается в виде: Θ D₁(1-α₁)eⁱ²Ω^t+(1+α₁)+D₂(1-α₂)eⁱ⁽²Ων^t)+(1+α₂)eⁱν^t (2) где Θ=α+i β;
α β углы отклонения ротора относительно невращающейся системы координат;
D₁, , D₂, постоянные интегpи-
рования;
α₁ α₂ коэффициенты, определяемые конструкцией ДНГ;
Ω скорость вращения ротора;
ν собственная (нутационная) частота ДНГ;
t время.

Первое слагаемое уравнения (2) описывает свободные колебания гироскопа на удвоенной частоте его вращения, второе постоянное отклонение гироскопа (колебания на нулевой частоте), третье высокочастотные нутационные колебания, четвертое колебания гироскопа с низкой нутационной частотой ν. Для реальной конструкции гироскопа частота колебаний ν лежит в зоне от нескольких герц до нескольких десятков герц. По имеющимся в технической литературе данным ДНГ используется в качестве чувствительных элементов малогабаритных гиростабилизаторов самолетов и ракет. С целью обеспечения высокого качества система стабилизации должна иметь весьма широкую полосу частотного спектра управляющих воздействий, пропускаемого системой без искажения, измеряемую десятками герц. Для таких систем свободные колебания ДНГ на частоте ν вызывают большую динамическую ошибку, поскольку частота ν вполне может попасть в полосу пропускания системы. Из вышесказанного становится понятным важность уменьшения четвертого слагаемого уравнения (2).

Динамическую ошибку индикаторного стабилизатора с гироскопом Хоува можно уменьшить, если поднять частоту ν выше полосы пропускания системы. Однако, практически, частоту ν можно поднимать только за счет скорости Ω вращения гироскопа, а увеличение скорости вращения отрицательно скажется на точности ДНГ и ресурсе его работы (увеличивается вибрация и износ подшипников).

В заявляемом решении в роторе гироскопа на диаметре D выполнены два сквозных отверстия диаметром d, оси которых параллельны полярной оси ротора и лежат в плоскости, содержащей ось симметрии наружных торсионов, причем диаметры D и d подобраны таким образом, чтобы выполнялось условие:
1 + α₂ 0 (3)
При этом условии обращается в ноль четвертое слагаемое выражения (2), характеризующее свободные колебания гироскопа на частоте ν.

Можно показать, что если угловая жесткость обеих пар торсионов одинакова, условие (3) выполняется при следующей разности между экваториальными моментами инерции ротора:
δ C-B B
(4) где ε_o=
У ротора, в котором выполнены отверстия для достижения поставленной в изобретении цели, величина δ определяется, очевидно следующим образом:
δ C-B h(Dd)²
(5) где М_о масса металла, выбранная из тела ротора при выполнении одного отверстия;
h высота ротора;
ρ плотность тела ротора.

Приравнивая между собой правые части выражений (4) и (5), найдем условие, которому должно удовлетворять произведение D ˙ d, чтобы обращалась в ноль амплитуда колебаний ДНГ на частоте ν.

Это условие определяется выражением (1).

На чертеже изображен чувствительный элемент ДНГ, где 1 ротор гороскопа, 2 приводной вал, 3 карданово кольцо, 4 торсионы, I-I ось симметрии наружной пары торсионов.

В роторе на диаметре D выполнены два сквозных отверстия диаметром d, оси которых лежат в плоскости, содержащей полярную ось ротора и ось симметрии I-I наружной пары торсионов, соотношение диаметров соответствует (1). Это позволяет устранить низкочастотную составляющую нутационной частоты ν и, тем самым, уменьшить динамическую погрешность прибора.

Формула изобретения

ДИНАМИЧЕСКИ НАСТРАИВАЕМЫЙ ГИРОСКОП, содержащий цилиндрический ротор, приводной вал, две пары торсионов и карданово кольцо, связанное внутренней парой торсионов с приводным валом, а наружной с ротором, отличающийся тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности, в роторе на диаметре D выполнены два сквозных отверстия диаметром d, оси которых параллельны полярной оси роторов и лежат в плоскости, содержащей ось симметрии наружных торсионов, при этом соотношениие диаметров D и d определяется условием


a, b соответственно полярный и экваториальный моменты инерции карданова кольца;
A, B, C, соответственно полярный и экваториальные моменты инерции ротора;
n высота ротора;
ρ плотность тела ротора.

РИСУНКИ

Рисунок 1