Введение к работе
Актуальность проблемы.
Анализ публикаций, посвященных гироскопической и навигационной технике, показывает, что одним из наиболее перспективных путей повышения точности навигационных и гироскопических систем является использование чувствительных элементов с неконтактными подвесами роторов. В таких подвесах ротор взвешивается в вакууме силами электрического или магнитного поля. Основным достоинством неконтактного подвеса ротора является практически полное отсутствие сил трения при его вращении. Электростатический гироскоп (ЭСГ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими датчиками: высокая точность (до 10"* рад/с), длительная безотказная работа на выбеге ротора (до нескольких лет), малое энергопотребление (в рабочем режиме гироскоп не потребляет энергии на поддержание вращения, постоянная времени выбега ротора за счет неполного вакуумирования кожуха измеряется десятками лет), небольшие габариты и масса.
Многочисленные исследования точности ЭСГ позволяют утверждать, что основным источником погрешностей ЭСГ является несферич-ность ротора. Под несферичностью понимается отклонение нарухной поверхности ротора от сферической в системе координат с началом в центре масс ротора. Если поверхность ротора - идеальная сфера с началом в центре масс ротора, то поддерживающие силы, действующие по нормали к металлической поверхности ротора, образуют сходящуюся систему сил и приводятся к равнодействующей, приложенной в центре масс. Следовательно, вектор кинетического момента гироскопа будет неограниченно долго сохранять свое направление в инер-циальном пространстве.
Однако, в реальных приборах наружная поверхность ротора всегда отличается от сферической. К причинам возникновения не-сфэричности ротора относятся:
погрешности изготовления ротора;
центробежные силы, возникающие при его вращении; .
термоупругие деформации, появляющиеся при изменении температуры и другие.
При проектировании ЭСГ предъявляются также высокие требова-
ния к стабильности модуля угловой скорости ротора, которая может меняться даже при его центральносимметричной деформации, вызываемой изменением внешнего температурного поля.
Таким образом, перечисленные обстоятельства свидетельствуют об актуальности данной работы.
Цель данной работы состоит в следующем:
в исследовании влияния температуры окружащей среды на точность ЭСГ;
в изучении движения динамически симметричного и произвольного ротора в электростатическом поле с учетом его конечной жесткости.
Основные задачи диссертации:
расчет температурного поля в роторе ЗСГ;
влияние нестабильности температуры на угловую скорость;
изучение движения вязкоупругого ротора в случае двойного вращения;
анализ влияния возмущающих моментов на точность гироскопа с электростатическом подвесом.
Научная новизна:
показано, что периодически изменяющаяся со временем температура окружащей среды, вызывает флуктуации угловой скорости гироскопа ;
найдены количественные оценки переходного процесса, приводящего к стационарному вращению вязкоупругого ротора вокруг оси наибольшего момента инерции;
построена силовая функция и проанализированы .возмущающие моменты для асферизованного ротора, установлено, что принципиально невозможно устранить возмущающие моменты с помощью асфэри-зации.
Практическая ценность роботы.
Предложенные в первой главе диссертационной работе способы расчета температурного поля в роторе и зависимость угловой скорости ЭСГ от температуры окружащей среды позволяют обоснованно сформулировать требования к системе термостатирования гироскопа и
размещению тепловыделяющих элементов конструкции прибора. Полученные во второй и третьей главах результаты позволяют разработчикам на стадии проектирования проводить выбор различных параметров гироскопических приборов при использовании двойных вращений. Результаты первый главы нашли применение на предприятиях приборостроительной промышленности, разрабатывающих навигационные приборы.
Апробация работы.
Результаты работы докладывались на:
Всероссийской конференции "Современные проблемы механики и технологии машиностроения" (Москва, апрель 1992 г.);.
семинаре кафедры прикладной механики в НИИ механики МГУ под руководством академика А.Ю. Ишлинского 'и профессора
И.В. Новожилова (Москва, март 1992 г.);
- научном семинаре кафедры теоретической механики МЭИ
(Москва, 1990-1993 г.г.).
Основное содержание работы отражено в двух публикациях.
Структура и обьем-диссертации.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, содержащего 74 наименования. Общий обьем работы составляет 127 страниц и включает 14 рисунков. '
