氣浮陀螺儀干擾力矩影響因素研究.pdf

1、隨著慣性導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，慣性系統(tǒng)對(duì)陀螺儀漂移精度的要求也越來(lái)越高。同時(shí)，越來(lái)越多的新型陀螺儀逐漸發(fā)展起來(lái)，例如：靜電陀螺儀、激光陀螺儀、光纖陀螺儀、振動(dòng)陀螺儀和微機(jī)械陀螺儀等。憑借技術(shù)成熟和成本低廉等優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的氣浮陀螺儀仍然在慣性導(dǎo)航領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。然而，受到加工技術(shù)等方面的限制，國(guó)內(nèi)氣浮陀螺儀生產(chǎn)合格率和穩(wěn)定性都較低，這大大降低了生產(chǎn)效率、增加了生產(chǎn)成本。影響氣浮陀螺儀漂移精度的因素很多，如加工誤差等

2、引起的渦流力矩和陀螺儀浮子組件質(zhì)心位置熱不穩(wěn)定性引起的干擾力矩等。這些干擾力矩對(duì)漂移精度的影響錯(cuò)綜復(fù)雜，一直制約著氣浮陀螺儀精度的提高。因此，如何有效地控制諸因素引起的干擾力矩以進(jìn)一步提高氣浮陀螺儀漂移精度是目前迫切需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　本文介紹了氣浮陀螺儀漂移誤差模型，分析了引起陀螺儀K0和K1項(xiàng)漂移系數(shù)增大的影響因素。其中，引起氣浮陀螺儀氣膜不均勻流動(dòng)的加工誤差等因素影響K0項(xiàng)漂移系數(shù)，而陀螺儀浮子組件質(zhì)心位置的熱不穩(wěn)定性

3、是影響K1項(xiàng)漂移系數(shù)的主要因素。因此，針對(duì)以上問(wèn)題著重研究了諸因素對(duì)氣浮陀螺儀干擾力矩的影響規(guī)律，進(jìn)而為提高陀螺漂移精度提供理論指導(dǎo)。
　　文中所研究的氣浮陀螺儀各部分氣膜分別采用柱坐標(biāo)和笛卡爾坐標(biāo)表達(dá)式，即：氣浮陀螺儀止推氣膜部分和節(jié)流狹縫部分使用柱坐標(biāo)系表達(dá)式，而浮子徑向承載氣膜部分則可以展開(kāi)成笛卡爾坐標(biāo)系表達(dá)式，通過(guò)相容性變換實(shí)現(xiàn)了柱坐標(biāo)系與笛卡爾坐標(biāo)系表達(dá)式的統(tǒng)一，進(jìn)而建立了相同形式的數(shù)學(xué)表達(dá)式。基于氣體靜壓潤(rùn)滑雷諾方程式

4、，利用有限元方法，推導(dǎo)了求解氣浮陀螺儀氣膜壓力分布的有限元方程組?；贑hristensen粗糙表面隨機(jī)模型，分別推導(dǎo)了考慮縱向和橫向表面粗糙度的雷諾方程。在求得陀螺儀氣膜壓力數(shù)值解的基礎(chǔ)上，給出了根據(jù)有限元節(jié)點(diǎn)壓力求解氣浮陀螺儀渦流力矩和徑向承載能力的計(jì)算公式。利用商業(yè)數(shù)學(xué)軟件MATLAB，編寫(xiě)了求解雷諾方程的有限元程序，實(shí)現(xiàn)了上述因素對(duì)氣浮陀螺儀渦流力矩影響的研究，以及氣膜壓力分布結(jié)果的可視化輸出。
　　氣浮陀螺儀加工和裝配中

5、產(chǎn)生的形狀誤差是 K0項(xiàng)漂移系數(shù)的重要影響因素。本文建立了氣浮陀螺儀浮子橢圓形誤差、浮子三棱形誤差、節(jié)流狹縫平行度誤差以及浮子徑向偏心率的數(shù)學(xué)模型，并將模型代入有限元方程中，求得了以上因素對(duì)氣浮陀螺儀氣膜壓力分布的影響規(guī)律，進(jìn)而分析了其對(duì)渦流力矩的影響，提出了有效控制渦流力矩的方法。此外，還分析了氣膜厚度和供氣壓力對(duì)陀螺渦流力矩的影響規(guī)律，并且得到了氣浮陀螺儀節(jié)流狹縫寬度和氣膜厚度的合理匹配數(shù)值。利用圖像處理渦流力矩測(cè)試儀，檢測(cè)了若干陀

6、螺組件的渦流力矩?cái)?shù)值，一定程度驗(yàn)證了仿真的合理性。
　　因?yàn)闅飧⊥勇輧x的氣膜厚度很薄，而且渦流力矩是一個(gè)敏感量，所以表面粗糙度引起的氣浮陀螺儀浮子周圍氣膜壓力分布變化將對(duì)渦流力矩產(chǎn)生影響。建立了表面粗糙度輪廓算術(shù)平均偏差與雷諾方程式中表面粗糙度參數(shù)的聯(lián)系，利用推導(dǎo)的考慮表面粗糙度的雷諾方程，研究了表面粗糙度大小和方向?qū)飧⊥勇輧x渦流力矩的影響規(guī)律。
　　氣浮陀螺儀浮子組件質(zhì)心位置的熱穩(wěn)定性是 K1項(xiàng)漂移系數(shù)的重要影響因素。本