Введение к работе
Актуальность проблеми.
Одним из перспективних направлении дальнейшего повышения точности определения положения чувствительных элементов навигационных приборов является использование емкостных датчиков. Преимущества емкостных датчиков по сравкешш с другими типами заключаются в высокой чувствительности, простоте конструкции, незначительных массе и габаритах, весьма малой инерционности, практическом отсутствии погрешности от влиянии магнитных параметров окрукающих тел, ничтожном обратном воздействии.
Обычно емкостные датчики выполняются по резонансной схеме. Емкостные датчики используются для измерения гироскопических, гравитационных моментов, сил инерции переносного движения. Кроме того, емкостные датчики, в которых чувствительные электроды датчика являются силовыми, за счет обратной связи позволяют создавать моменты для обеспечения требуемого прецессионного движения гироскопа, для стабилизации положения ротора градаентомотров, разгрузки упругих элементов приборов и т.д. Данный тип емкостных датчиков, именуемых далее электростатическими датчиками момента, служащих для измерения и создания сил и моментов и предназначенных для использования в навигационных приборах, рассматривается в в настоящей диссертации.
В некоторых гироскопических приборах для измерения гироскопического момента и момента гравитационных сил используют изменение невозмущенного состояния чувствительного элемента, удерживаемого в этом положеіши упругими силами. Для увеличения точности измерений необходимо повысить стабильность компенсирующей механической силы, являющейся реакцией упругого подвеса чувствительного элемента, который осуществляется с помощью мембран, упругих карданных передач, торсионов, механических пружин и т.п.
Механические свойства упругих элементов в процессе эксплуатации претерпевают изменения, технология изготовления характеризуется малой воспроизводимостью их свойств. Перечисленные недостатки упругих элементов отражаются на точностных характеристиках навигационных приборов. Поэтому в состав навигационных приборов вводятся электростатические датчики момента, которые позволяют заменить компенсирующие силы механической природы электростатическими силами, имеющими более высокую стабильность. Таким образом, задача разработки методики расчета силовых характеристик для широкого класса емкостных датчиков, является восьма актуальной.
Цель данной работы: создание методики расчета сил и момен-
- A -
тов, позволяющая разработчикам обоснованно вибирать геометрические и электрические параметри проектируемого датчика. Основные задачи диссертации:
- расчет пондеромоторных сил, действующих на ротор гироскопа
с электростатической разгрузкой упругого подвеса;
- исследование устойчивости стационарных вращений ротора
гироскопа с учетом динамики слодяцей системы;
- разработка методики расчета силовых характеристик электро
статических датчиков момента для различных моделей реального поля
в межэлектродном зазоре;
- исследование возможности применения электростатических
датчиков момента в градиентометрах.
Научная новизна:
разработка математической модели гироскопа с электростатической разгрузкой упругого подвеса и нахождение условий устойчивости стационарных вращений его ротора с учетом динамики следящей системи;
создание методики приближенного расчета потенциала поля в пространстве между электродами датчика произвольной формы и размеров в любых криволинейных ортогональних координатах;
результаты расчета силових характеристик датчиков момента для различите пространственных и плоских моделей поля (в частности, при использовании датчиков момента в составе градиентометра при заданной его чувствительности).
Практическая ценность работы.
Предложенные в диссертационной работе методики расчета силовых характеристик для гироскопа с электростатической разгрузкой упругого подвеса, электростатических датчиков момента позволяют разработчикам на стадии проектирования проводить выбор различных параметров рассмотренных приборов. Указанные метода расчета силових характеристик датчиков момента нашли применение на предприятиях приборостроительной промышленности, разрабатывающих навигационные приборы.
Работа выполнена в рамках раздела 1.10.4.3 "Разработка физических и математических моделей электромеханических узлов чувствительных элементов" Координационного плава научно-исследовательских работ АН СССР по проблеме "Общая механика" на 1986-1990 годы.
Апробация работы.
Результаты работы докладывались на:
- Второй школе молодых ученых и специалистов МЭИ (Москва,
сентябрь 198S г.);
Всесоюзной конференции "Современные проблемы физики и ое приложений" (Москва, апрель 1987 г.);
Всесоюзной конференции "Современные проблемы механики и технологии машиностроения" (Москва, апрель 1989 г.);
Всесоюзной конференции "Современные проблемы информатики, вычислительной техники и автоматизации" (Москва, апрель 1991 г.);
Всероссийской конференции "Современные проблемы механики и технологии машиностроения" (Москва, апрель 1992 г.);
- научном семинаре кафедры теоретической механики МЭИ
(Москва, 1985-1986 г.г., 1989-1992 г.г.).
Основное содержание работы отражено в песта публикациях.
Структура и обьем диссертации.
диссертация состоит из введения, трех глаз, заключения, списка литературы, содержащего 86 наименований. Общий обьем работы составляет 133 страницы и включает 1 таблицу и 33 рисунка.
