ПРЕЦИЗИОННЫЙ ГИРОСТАБИЛИЗАТОР Российский патент 2011 года по МПК G01C19/56 

Описание патента на изобретение RU2417352C1

Прецизионный гиростабилизатор (ПГС) относится к области навигационной техники и может найти применение при построении гиростабилизированных платформ в системах управления.

К настоящему времени известны гироскопические стабилизаторы силового и индикаторного типов, построенные на базе классических и вибрационных гироскопов [1-2]. Известны также лазерные гироскопы, широко используемые в последнее время в качестве датчиков угловых скоростей [1]. Их общим недостатком является то, что для них характерен систематический дрейф по измеряемым угловым скоростям. Они технологически сложны, особенно, с точки зрения построения систем датчиков и приемников сигналов. За аналог-прототип выбрана схема классического гиростабилизатора непосредственного типа, который представляет собой обычный трехстепенной гироскоп с установленным на внешней рамке объектом, нуждающимся в стабилизации. Основные элементы аналога-прототипа: гиромотор, внешняя и внутренняя рамки, объект стабилизации.

Технический результат - повышение точности и быстродействия в создании инерциальной системы координат, обеспечение угловой стабилизации по двум взаимно перпендикулярным осям и уменьшение габаритно-весовых характеристик прибора в целом.

Технический результат достигается уникальной оригинальностью конструкции ротора аналога-прототипа, заключающейся в том, что на роторе размещен датчик команд угловых скоростей, выполненный на основе пьезокристаллов и размещенный строго на оси вращения ротора гироскопа.

Устройство поясняется чертежами: на фиг.1 приведена кинематическая схема ПГС, на фиг.2 изображено принципиальное устройство чувствительного элемента датчика команд.

Прецизионный гиростабилизатор (фиг.1) представляет собой классический трехстепенной гироскоп с ротором обращенного типа 1, по осям подвеса которого размещены датчик момента 5 (ДМ) и стабилизирующий двигатель 6 (СД). Ротор ДМ закреплен на оси внутренней рамки 16, статор - на оси внешней рамки 15, обладающих определенной жесткостью.

ПГС имеет по двум взаимно перпендикулярным экваториальным осям инерции (X и Y) по две полости в виде сфер или цилиндров 10 (фиг.2), размещенных диаметрально противоположно. Внутренние объемы сфер (цилиндров) заполнены жидкостью 11. В месте пересечения полостей размещен поплавок 14 датчика команд угловых скоростей (ДК), соединенный жесткой связью 13 с пьезокристаллами 12.

Воздействующим элементом на датчик команд угловых скоростей 4 является жидкость 11. Удельная массовая плотность жидкости (ρж) должна быть больше удельной плотности поплавка 14 (ρп). Для обеспечения наименьшего сопротивления протеканию жидкости поплавки изготавливаются в форме пустотелых шариков или эллипсоидов вращения.

Пьезокристаллы 12 датчика команд угловых скоростей 4, расположенные в двух перпендикулярных полостях 10, электрически связываются друг с другом последовательно и согласно, что позволяет повысить величину выходного сигнала датчика в два раза. Пьезокристаллы изготавливаются в форме прямоугольных пластин, один конец которых жестко закреплен с поплавком 14, второй - с внутренней частью полости ротора 1.

Датчик команд угловых скоростей 4 электрически связывается с роторными обмотками преобразователя координат 3 (ПК), т.е. с обмотками, размещенными непосредственно на оси вращения ротора 1 гироскопа. Сигналы с ПК через усилители 8, 9 (Уст X, Уст Y) подаются соответственно на стабилизирующий двигатель 6 и датчик момента 5, чем достигается стабилизация оси вращения ротора 1 гироскопа, т.е. двухкоординатная стабилизация прибора в целом.

Принцип работы ПГС заключается в следующем. При вращении ротора гироскопа 1 поплавок датчика команд угловых скоростей 4 занимает нейтральное положение и с него не поступает сигнал. Под действием моментов внешних сил, приложенных вдоль осей внутренней 16 или наружной 15 рамок гироскопа, ротор 1 начинает прецессировать, чем вызывается появление сил, действующих с двойной частотой вращения ротора гироскопа на жидкость ДК, а следовательно, и на поплавок датчика. Далее сигналы с датчика команд угловых скоростей 4 через преобразователь координат 3, усилители (Уст X, Уст Y) подаются на СД и ДМ, чем достигается устранение возмущающего воздействия, повышение чувствительности гироскопа и обеспечение систематического ухода осей подвеса гироскопа с точностью выше (дуг.сек/мин).

Преобразователь координат 3 позволяет разделить управляющий сигнал пропорционально проекциям главного вектора возмущающего момента на соответствующие оси внешней 15 и внутренней 16 рамок и образовать новые цепи управления по этим осям, т.е. две выходные обмотки преобразователя координат размещены неподвижно на оси, относительно которой вращается ротор 1 гироскопа, и электрически связаны: одна через усилитель-преобразователь со стабилизирующим двигателем 6, другая через усилитель-преобразователь с датчиком моментов 5 по оси прецессии.

Используется схема съема сигналов, когда каждая пара пьезокристаллов 12, размещенная по диаметру ротора 1 гироскопа, электрически согласована между собой и с одной из роторных обмоток преобразователя координат 3, которые закреплены неподвижно непосредственно на вращающемся роторе 1 гиромотора.

Приведенная схема работы позволяет использовать абсолютные кинематические параметры движения главной оси ротора, а не относительные и с помощью однороторного гироскопа осуществить двухкоординатную стабилизацию объекта относительно инерциальной системы отсчета.

Требуемая величина кинетического момента, коэффициенты вязкого трения, моменты инерции по осям подвеса регулируются коэффициентами передачи цепей стабилизации, вследствие чего отпадает необходимость в выборе гироскопов с большими кинетическими моментами и выведении дополнительных законов управления.

При использовании указанного устройства необходимо учитывать вполне определенные соотношения между жесткостью (модулем упругости) пьезокристаллов и моментом выталкивающей силы, который образуется при отклонении поплавка на некоторый угол φ.

Предлагаемое устройство работоспособно, не требует особых технологических подходов для конструктивной реализации, может быть изготовлено малогабаритным, обеспечивает угловую стабилизацию одновременно по двум взаимно перпендикулярным осям и повышает чувствительность гироскопа.

Источники информации:

1. Магнус К. Гироскопы. - М.: Мир, 1974. - 512 с.

2. Каргу Л.И. Точность гироскопических устройств систем управления летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1990. - 208 с.

Похожие патенты RU2417352C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ДАТЧИКА УГЛА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА 1994
  • Гуревич С.С.
  • Демидов А.Н.
  • Ландау Б.Е.
  • Левин С.Л.
  • Чуфарин В.А.
RU2114396C1
ГИРОСКОП 2021
  • Алалуев Роман Владимирович
  • Ведешкин Юрий Владимирович
  • Малютин Дмитрий Михайлович
  • Распопов Владимир Яковлевич
  • Стрельников Дмитрий Валерьевич
  • Телухин Сергей Владимирович
  • Шепилов Сергей Игоревич
RU2771918C2
ГИРОИНЕРЦИАЛЬНЫЙ МОДУЛЬ ГИРОСКОПИЧЕСКОГО ИНКЛИНОМЕТРА 2012
  • Кривошеев Сергей Валентинович
  • Стрелков Александр Юрьевич
RU2499224C1
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ГИРОСТАБИЛИЗАТОР 2009
  • Кривошеев Сергей Валентинович
  • Тупаев Дмитрий Аликович
RU2399960C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА С ПОМОЩЬЮ ТРЕХСТЕПЕННОГО ГИРОСКОПА С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРУЖИНОЙ 1993
  • Правоторов Е.А.
  • Валько А.Д.
  • Соболева Е.Б.
  • Ящукова В.В.
RU2111455C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ПОДВИЖНОГО НОСИТЕЛЯ, ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА, УСТРОЙСТВО ПРИВЕДЕНИЯ ЗЕРКАЛА АНТЕННЫ В ПОВОРОТНОЕ ДВИЖЕНИЕ В ДВУХ ВЗАИМНО ПЕРПЕНДИКУЛЯРНЫХ ПЛОСКОСТЯХ И УСТРОЙСТВО ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ РУЛЕЙ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2009
  • Бердичевский Герман Ефимович
  • Блинов Валерий Анатольевич
  • Воробьёв Юрий Александрович
  • Шестун Андрей Николаевич
RU2423658C2
ГИРОСКОП 2010
  • Макаров Анатолий Михайлович
  • Кожин Владимир Витальевич
  • Грязнов Евгений Алексеевич
  • Уракова Лариса Евгеньевна
RU2446382C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ ИНЕРЦИАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЕМ ЗЕРКАЛА АНТЕННОГО УСТРОЙСТВА НА НЕПОДВИЖНЫЙ ОБЪЕКТ ВИЗИРОВАНИЯ С ОДНОВРЕМЕННЫМ ФОРМИРОВАНИЕМ СИГНАЛОВ АВТОНОМНОГО САМОНАВЕДЕНИЯ ПОДВИЖНОГО НОСИТЕЛЯ НА НЕПОДВИЖНЫЙ ОБЪЕКТ ВИЗИРОВАНИЯ ПРИ КРУГОВОМ ВРАЩЕНИИ ОСНОВАНИЯ АНТЕННОГО УСТРОЙСТВА, УСТАНОВЛЕННОГО ЖЕСТКО ВНУТРИ КОРПУСА ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ПО КРЕНУ ПОДВИЖНОГО НОСИТЕЛЯ, И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2008
  • Беляев Павел Николаевич
  • Бердичевский Герман Ефимович
  • Блинов Валерий Анатольевич
  • Шестун Андрей Николаевич
RU2387056C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЗИМУТА И ЗЕНИТНОГО УГЛА СКВАЖИНЫ И ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИНКЛИНОМЕТР 1996
  • Порубилкин Е.А.
  • Лосев В.В.
  • Павельев А.М.
  • Пантелеев В.И.
  • Фрейман В.С.
  • Кривошеев С.В.
RU2100594C1
ГИРОСТАБИЛИЗАТОР ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ 2016
  • Кривошеев Сергей Валентинович
  • Кривохижин Сергей Андреевич
RU2625643C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 417 352 C1

Реферат патента 2011 года ПРЕЦИЗИОННЫЙ ГИРОСТАБИЛИЗАТОР

Изобретение относится к относится к области навигационной техники и может найти применение при построении гиростабилизированных платформ в системах управления. Прецизионный гиростабилизатор содержит ротор обращенного типа с системой стабилизации и разгрузки моментов, действующих по осям внешней и внутренней рамок. Ротор имеет конструктивные особенности, в котором по взаимно перпендикулярным экваториальным осям инерции, на некотором, но равном удалении от оси вращения выполнены четыре выемки в форме сфер или цилиндров, заполненных жидкостью, в которых размещены поплавки, скрепленные через пьезокристаллы с внутренней частью основы ротора, при этом каждая пара пьезокристаллов, размещенная по диаметру ротора гироскопа, электрически согласована между собой и с одной из роторных обмоток преобразователя координат, которые закреплены неподвижно непосредственно на вращающемся роторе гиромотора. Технический результат - повышение точности и быстродействия в создании инерциальной системы координат, обеспечение угловой стабилизации по двум взаимно перпендикулярным осям и уменьшение габаритно-весовых характеристик прибора в целом. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 417 352 C1

Прецизионный гиростабилизатор (ПГС) с ротором обращенного типа и системой стабилизации и разгрузки моментов, действующих по осям внешней и внутренней рамок, отличающийся тем, что имеет конструктивные особенности ротора, в котором по взаимно перпендикулярным экваториальным осям инерции, на некотором, но равном удалении от оси вращения выполнены четыре выемки в форме сфер или цилиндров, заполненных жидкостью, и с размещенными в них поплавками, скрепленными через пьезокристаллы с внутренней частью основы ротора гироскопа, при этом каждая пара пьезокристаллов, размещенная по диаметру ротора гироскопа, электрически согласована между собой и с одной из роторных обмоток преобразователя координат, которые закреплены неподвижно непосредственно на вращающемся роторе гиромотора.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2417352C1

Одноосный силовой горизонтальный гиростабилизатор 1979
  • Арутюнов С.С.
  • Хохлов В.М.
SU790923A1
RU 2073206 C1, 10.02.1997
JP 2008003017 A, 10.01.2008.

RU 2 417 352 C1

Авторы

Бакиров Альберт Робертович

Баженов Николай Георгиевич

Даты

2011-04-27Публикация

2009-12-23Подача