ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГИРОСКОП Российский патент 2011 года по МПК G01C19/20 

Изобретение относится к гироскопическим приборам, а именно к гидродинамическим гироскопам, и может быть использовано в системах управления реактивных снарядов, преимущественно в системах угловой стабилизации снарядов залпового огня.

Известен гидродинамический гироскоп (см., например, И.А.Горенштейн. Гидродинамические гироскопы. - М.: Машиностроение, 1972, с.104-105), принятый за аналог, который содержит корпус, вращающийся ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, размещенный в ней сферический поплавок с запрессованным в него постоянным стержневым магнитом.

Недостатком этого гироскопа является повышенное время выхода на режим, так как перед раскруткой ротора поплавок в сферической камере занимает произвольное положение, что увеличивает время его перемещения до совмещения плоскости вращения постоянного магнита с плоскостью, перпендикулярной оси вращения ротора.

Задачей данного технического решения являлось получение сигнала, пропорционального угловой скорости перемещения корпуса гироскопа.

Таким образом общими признаками с предлагаемым авторами гидродинамическим гироскопом является наличие корпуса, вращающегося ротора со сферической полостью, заполненной жидкостью, размещенного в ней сферического поплавка.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является гидродинамический гироскоп по патенту РФ №2217700, G01C 19/00, опубл. 27.11.03 г., бюлл. №33, принятый авторами за прототип, содержащий корпус, электродвигатель, ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, размещенный в полости ротора сферический поплавок со сквозным аксиальным отверстием, устройство аксиального центрирования поплавка в виде шарика, жестко установленного в центре поплавка и двух осевых опор, установленных в сферической полости по оси ее вращения.

Недостатком прототипа является применение для вращения ротора электродвигателя, который раскручивает ротор до рабочей угловой скорости за достаточно большое время, составляющее 30-50 сек, что не позволяет при использовании гидродинамического гироскопа в системах угловой стабилизации реактивных снарядов РСЗО повысить темп стрельбы.

Задачей данного технического решения являлось сокращение времени выхода гироскопа на режим путем аксиального центрирования поплавка и ограничения угла отклонения экваториальной плоскости поплавка от плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, введением двух осевых опор и выполнением в поплавке аксиального сквозного отверстия и установкой шарика в центре поплавка.

Общими признаками с предлагаемым гидродинамическим гироскопом является наличие в прототипе корпуса, ротора со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, двигателя, соединенного посредством муфты с осью ротора, сферического поплавка со сквозным аксиальным отверстием, помещенного в сферическую полость ротора, устройства аксиального центрирования поплавка в виде шарика, жестко закрепленного в центре поплавка, и двух осевых опор, установленных в сферической полости по оси ее вращения.

В отличие от прототипа, в предлагаемом авторами гидродинамическом гироскопе двигатель содержит спиральную ленточную пружину, соединенную неразъемно одним концом с ободом, укрепленным на корпусе, а другим концом со втулкой для навивки пружины во внутренней полости обода, которая установлена с возможностью вращения на валу двигателя, вал со стороны, противоположной муфте, с помощью храповика и защелки соединен со стенкой обода, укрепленного на корпусе, причем втулка при навитой пружине посредством подпружиненного радиального стопора введена в зацепление с выемкой на валу двигателя, которая в сечении вала выполнена в форме кулачка, при этом защелка храповика установлена с возможностью взаимодействия с пиротехническим толкателем через поворотный рычаг, а диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке и диаметр осевых опор выбирается из соотношений D/D_п=0,15-0,2 и d/D_п=0,06-0,09, где D - диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке, d - диаметр осевых опор, D_п - диаметр поплавка.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является сокращение времени готовности гидродинамического гироскопа, и, соответственно, темпа стрельбы РСЗО.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном гидродинамическом гироскопе, содержащем корпус, ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, двигатель, соединенный посредством муфты с осью ротора, сферический поплавок со сквозным аксиальным отверстием, помещенный в сферическую полость ротора, устройство аксиального центрирования поплавка в виде шарика, жестко закрепленного в центре поплавка, и двух осевых опор, установленных в сферической полости по оси ее вращения, особенность заключается в том, что двигатель содержит спиральную ленточную пружину, соединенную неразъемно одним концом с ободом, укрепленным на корпусе, а другим концом с втулкой для навивки пружины во внутренней полости обода, которая установлена с возможностью вращения на валу двигателя, вал со стороны, противоположной муфте, с помощью храповика и защелки соединен со стенкой обода, укрепленного на корпусе, причем втулка при навитой пружине посредством подпружиненного радиального стопора введена в зацепление с выемкой на валу двигателя, которая в сечении вала выполнена в форме кулачка, при этом защелка храповика установлена с возможностью взаимодействия с пиротехническим толкателем через поворотный рычаг, а диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке и диаметр осевых опор выбирается из соотношений D/D_п=0,15-0,2 и d/D_п=0,06-0,09, где D - диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке, d - диаметр осевых опор, D_п - диаметр поплавка.

Новая совокупность элементов, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счет:

- выполнения двигателя со спиральной ленточной пружиной, выполнения диаметров сквозного аксиального отверстия в поплавке и диаметров осевых опор с соответствии с соотношением D/D_п=0,15-0,2 и d/D_п=0,06-0,09, где D - диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке, d - диаметр осевых опор, D_п - диаметр поплавка, сократить время готовности гидродинамического гироскопа с 30-50 сек до 0,5-1 сек и, соответственно, повысить темп стрельбы реактивными снарядами систем залпового огня.

При D/D_п>0,2 снижается точность гидродинамического гироскопа, а при D/D_п<0,15 уменьшается диапазон измерения угловых отклонений реактивного снаряда.

При d/D_п>0,09 также уменьшается диапазон измеряемых отклонений снаряда, а при d/D_п<0,06 увеличивается время готовности гидродинамического гироскопа.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в известном гидродинамическом гироскопе, содержащем корпус, ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, двигатель, соединенный посредством муфты с осью ротора, сферический поплавок со сквозным аксиальным отверстием, помещенный в сферическую полость ротора, устройство аксиального центрирования поплавка в виде шарика, жестко закрепленного в центре поплавка и двух осевых опор, установленных в сферической полости по оси ее вращения, в отличие от прототипа, согласно изобретению двигатель содержит спиральную ленточную пружину, соединенную неразъемно одним концом с ободом, укрепленным на корпусе, а другим концом с втулкой для навивки пружины во внутренней полости обода, которая установлена с возможностью вращения на валу двигателя, вал со стороны, противоположной муфте, с помощью храповика и защелки соединен со стенкой обода, укрепленного на корпусе, причем втулка при навитой пружине посредством подпружиненного радиального стопора введена в зацепление с выемкой на валу двигателя, которая в сечении вала выполнена в форме кулачка, при этом защелка храповика установлена с возможностью взаимодействия с пиротехническим толкателем через поворотный рычаг, а диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке и диаметр осевых опор выбирается из соотношений D/D_п=0,15-0,2 и d/D_п=0,06-0,09, где D - диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке, d - диаметр осевых опор, D_п - диаметр поплавка.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид гидродинамического гироскопа, на фиг.2 - вид А гидродинамического гироскопа, на фиг.3 приведены графики зависимости угловой скорости ротора ω_р (график 1) и поплавка ω_п (график 2) от времени t.

Гидродинамический гироскоп содержит корпус 1, ротор 2 со сферической полостью 3, частично заполненной жидкостью 4, сферический поплавок 5 со сквозным аксиальным отверстием 6, жестко закрепленный в центре поплавка 5 шарик 7, осевые опоры 8 и 9, двигатель 10, соединенный с осью ротора 2 посредством муфты 11 и содержащий вал 12, спиральную ленточную пружину 13, соединенную неразъемно одним концом 14 с ободом 15, укрепленным на корпусе 16 двигателя 10, а другим концом 17 с втулкой 18 для навивки пружины 13 во внутренней полости обода 15, установленной с возможностью вращения на валу 12 двигателя 10. Вал 12 со стороны, противоположной муфте 11, с помощью храповика 19 и защелки 20 соединен со стенкой обода 15, укрепленного на корпусе 16.

Втулка 18 при навитой пружине 13 посредством подпружиненного радиального стопора 21, контактирующего с пружиной 22, введена в зацепление с выемкой 23 на валу 12, которая в сечении вала 12 выполнена в форме кулачка 24.

Защелка 20, поджатая пружиной 25 к храповику 19, установлена с возможностью взаимодействия с пиротехническим толкателем 26 через поворотный рычаг 27.

Система координат OXYZ связана с корпусом 1 гироскопа, система OX₁Y₁Z₁ связана со сферическим поплавком 5, - вектор измеряемой угловой скорости поворота корпуса 1 гироскопа, - вектор угловой скорости вращения ротора 2, - вектор угловой скорости вращения поплавка 5, F - усилие, действующее на рычаг 27 со стороны пиротолкателя 26.

Гидродинамический гироскоп работает следующим образом.

На пиротехнический толкатель 26 подается ток. В результате толкатель 26 создает усилие F, которое воздействует через рычаг 27 на защелку 20, преодолевая усилие пружины 25. Защелка 20 освобождает храповик 19, который вместе с валом 12 под действием пружины 13 через муфту 11 разгоняет ротор 2 до угловой скорости ω_р за время примерно 0,05…0,07 с, в течение которого пружина 13 перематывается со втулки 18 на обод 15 и освобождает стопор 21, который под действием пружины 22 и кулачка 24 освобождает втулку 18 от связи с валом 12. Ротор 2 приобретает максимальную скорость ω_р, которую обеспечивает ему пружина 13, и в дальнейшем вращается по инерции.

Поплавок 5 за счет сил вязкого трения жидкости 4 приводится во вращение с угловой скоростью ω_п, которая возрастает до рабочей угловой скорости ω_п ^раб за время 0,5…1 с.

Быстрому разгону поплавка 5 до рабочей угловой скорости способствует удерживание поплавка 5 в центре сферической камеры 3 посредством шарика 7, установленного в центре аксиального сквозного отверстия 6 между осевыми опорами 8 и 9 и ограничение угла наклона экваториальной плоскости поплавка 5 к оси вращения ротора 2 в пределах (5…7)^о выполнением диаметра D сквозного аксиального отверстия 6 и диаметров d осевых опор 8 и 9 в соответствии с соотношением D/D_п=0,15-0,2, d/D_п=0,06-0,09, где D_п - диаметр поплавка.

При угловом перемещении гироскопа, например, в плоскости ZOX с угловой скоростью ω_вх на поплавок 5 действует гироскопический момент. Поплавок 5 стремится сохранить свое положение в пространстве, и между осями собственного вращения ротора 2 и поплавка 5 появляется угол рассогласования α. При этом на поплавок действует момент сил вязкого трения, который уравновешивает гироскопический момент.

Выполнение гидродинамического гироскопа в соответствии с изобретением позволило сократить время готовности гироскопа (выхода на режим) с 30…50 с до 0,5…1 с, что обеспечило повышение темпа стрельбы реактивных систем залпового огня (РСЗО) снарядами с системой угловой стабилизации, в которой в качестве датчика угловых отклонений используется предлагаемый гидродинамический гироскоп.

Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов, выполненных в соответствии с изобретением.

В настоящее время разработана конструкторская документация, намечено серийное производство.

Изобретение относится к области военной техники, а именно к измерительным элементам систем управления и стабилизации реактивных снарядов, например реактивных снарядов систем залпового огня. Гироскоп содержит корпус, ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, двигатель, соединенный посредством муфты с осью ротора, сферический поплавок со сквозным аксиальным отверстием, устройство аксиального центрирования поплавка в виде шарика, жестко закрепленного в центре поплавка и двух осевых опор, установленных в сферической полости по оси ее вращения. Двигатель содержит спиральную ленточную пружину, соединенную неразъемно одним концом с ободом, укрепленным на корпусе, а другим концом с втулкой для навивки пружины во внутренней полости обода, которая установлена с возможностью вращения на валу двигателя. Диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке и диаметр осевых опор выбирается из соотношений D/D_п=0,15-0,2 и d/D_п=0,06-0,09, где D - диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке, d - диаметр осевых опор, D_п - диаметр поплавка. Изобретение позволяет сократить время готовности гидродинамического гироскопа, что позволяет повысить темп стрельбы, например, в реактивных системах залпового огня. 3 ил.

Гидродинамический гироскоп, содержащий корпус, ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, двигатель, соединенный посредством муфты с осью ротора, сферический поплавок со сквозным аксиальным отверстием, помещенный в сферическую полость ротора, устройство аксиального центрирования поплавка в виде шарика, жестко закрепленного в центре поплавка, и двух осевых опор, установленных в сферической полости по оси ее вращения, отличающийся тем, что двигатель содержит спиральную ленточную пружину, соединенную неразъемно одним концом с ободом, укрепленным на корпусе, а другим концом с втулкой для навивки пружины во внутренней полости обода, которая установлена с возможностью вращения на валу двигателя, вал со стороны, противоположной муфте, с помощью храповика и защелки соединен со стенкой обода, укрепленного на корпусе, причем втулка при навитой пружине посредством подпружиненного радиального стопора введена в зацепление с выемкой на валу двигателя, которая в сечении вала выполнена в форме кулачка, при этом защелка храповика установлена с возможностью взаимодействия с пиротехническим толкателем через поворотный рычаг, а диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке и диаметр осевых опор выбирается из соотношений D/D_п=0,15-0,2 и d/D_п=0,06-0,09, где D - диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке, d - диаметр осевых опор, D_п - диаметр поплавка.