超聲懸浮式球轉(zhuǎn)子陀螺的動力學設計與試驗研究.pdf

1、本課題來源于國家自然科學基金（項目編號：11174149）、南京航空航天大學基本科研業(yè)務費專項科研項目基金（項目編號：NJ2011001）以及南京航空航天大學2010年度第二批研究生創(chuàng)新基地（實驗室）開放基金(已順利結(jié)題，評審結(jié)果為優(yōu)秀)。
　　本文圍繞近場超聲懸浮及驅(qū)動技術在球轉(zhuǎn)子陀螺中的創(chuàng)新應用這一主題，進行了新型球轉(zhuǎn)子非接觸式壓電作動器的結(jié)構(gòu)設計、振動結(jié)構(gòu)誘發(fā)近聲場的機理分析和聲固耦合模型的建立,并進行了樣機的懸浮和驅(qū)動特性

2、方面進行了試驗研究。本文的主要研究內(nèi)容概括如下：
　　1、分析了近場超聲懸浮的物理本質(zhì)和動力學機制，針對當前機械轉(zhuǎn)子式陀螺儀的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了將近場超聲懸浮應用于轉(zhuǎn)子式陀螺的支承和驅(qū)動，并給出了超聲懸浮式陀螺儀的定義和姿態(tài)檢測方法。
　　2、提出了三種可用于構(gòu)建超聲懸浮球轉(zhuǎn)子陀螺儀的非接觸式壓電作動器：碗式壓電作動器、軸/徑向耦合式壓電作動器以及壓電球定子式壓電作動器，并詳細分析和闡述了三種球轉(zhuǎn)子壓電作動器的工作原理，并對其

3、進行了結(jié)構(gòu)動力學分析和和電激勵方式的設計。
　　3、分別建立了碗式壓電作動器和軸/徑向耦合式壓電作動器的聲固耦合分析模型，深入分析了結(jié)構(gòu)誘發(fā)近聲場作用的物理機制，為超聲懸浮式陀螺的系統(tǒng)設計和分析奠定了基礎。
　　4、制作了碗式壓電作動器和軸/徑向耦合式壓電作動器樣機，搭建了試驗測試平臺，開展了定子模態(tài)試驗、懸浮和轉(zhuǎn)速特性的試驗分析，在此基礎上對上述兩種作動器開展了進一步的結(jié)構(gòu)改進和優(yōu)化設計，兩種方案的樣機均成功實現(xiàn)了球轉(zhuǎn)子的