超聲波支承陀螺儀的研究.pdf

1、采用無觸點(diǎn)支承的導(dǎo)航與定向設(shè)備在精度上占有優(yōu)勢地位。目前，靜電陀螺被公認(rèn)為是測量精度最高的陀螺儀，但是其的造價(jià)昂貴。針對以上問題，本文提出了一種全新的支承方式——超聲波支承。研究表明，超聲波支承技術(shù)有可能取代靜電陀螺儀或磁懸浮陀螺儀采用的靜電支承及磁支承技術(shù)，且在制作技術(shù)方面更易實(shí)現(xiàn)。 超聲陀螺儀類似于靜電陀螺儀，它也是一種自由轉(zhuǎn)子陀螺儀，主要由超聲鞍、球形轉(zhuǎn)子、加轉(zhuǎn)裝置及信號讀取裝置等部分所組成。利用超聲懸浮使球形轉(zhuǎn)子懸浮起來

2、，然后通過磁場加轉(zhuǎn)系統(tǒng)使球形轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)。與框架陀螺儀相比有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，干擾來源少，支承作用點(diǎn)隨轉(zhuǎn)子相對殼體的線位移而移動。與靜電陀螺相比有以下特點(diǎn)：懸浮支承力大，無電擊穿問題，加工精度要求較靜電陀螺儀低，造價(jià)相比而言低很多。 本文以《超聲波支承陀螺儀的研究》為題，從陀螺儀原理出發(fā)，在深入研究超聲學(xué)、非線性聲學(xué)、振動學(xué)的基礎(chǔ)上提出超聲陀螺儀概念并就相關(guān)理論及試驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。由于課題的內(nèi)容龐大，本文主要側(cè)重于以下幾部

3、分內(nèi)容： (1)在國內(nèi)外學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，對超聲波陀螺儀的性能和工作機(jī)理進(jìn)行分析。先對超聲陀螺儀理想工作情況進(jìn)行討論，建立理想超聲陀螺儀的轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程；然后考慮實(shí)際超聲波陀螺儀，根據(jù)超聲陀螺儀“快"變化和“慢”變化兩類運(yùn)動變量求解其轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程；最后對超聲懸浮裝置進(jìn)行分析，分析單軸懸浮方式，然后在此基礎(chǔ)上考慮三軸支承情況。 (2)從非線性聲學(xué)出發(fā)分析超聲陀螺儀所用超聲無觸點(diǎn)支承原理。首先考慮平面聲場情況，解出歐拉平均壓力

4、和拉格朗日平均壓力得出平面超聲懸浮原理；然后引申到凹球面輻射聲場情況，計(jì)算出凹球面聲場的聲壓、聲強(qiáng)。最后對三軸超聲輻射力進(jìn)行理論計(jì)算，得出超聲輻射力和懸浮距離成反比關(guān)系的結(jié)論。 (3)超聲支承器的設(shè)計(jì)制作及性能分析。從超聲波的特性、壓電效應(yīng)等物理基礎(chǔ)出發(fā)，理解超聲換能器的工作機(jī)理；然后分析影響壓電材料的特性參數(shù)，選取適合超聲支承的壓電材料；接著對超聲換能器進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，根據(jù)超聲換能器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)超聲支承器；對壓電換能器進(jìn)行