Измеритель угловых скоростей на основе неортогонально ориентированной гексоды ДУСов с электрическими обратными связями для космического корабля
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
В»едовательских работ, направленных на изучение сохранения работоспособности датчика после воздействия на него вибрации и ускорений на участке выведения КА на орбиту.
При разработке конструкции приборов пришлось решать серьезные проблемы по минимизации массы и габаритов, обеспечению теплового комфорта для элементов прибора и др.
В качестве чувствительных элементов в БИНС могут применяться различные типы гироскопов, как с механическим носителем вектора кинетического момента (роторные), так и использующие измерение параметров различных электромагнитных процессов (лазерные (ЛГ), волоконно-оптические (ВОГ), твердотельные волновые (ТВГ) и т.д.).
Естественно, выбор тех или иных чувствительных элементов (ЧЭ) для БИНС определяется точностными и эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к системе в целом. Здесь, чтобы не анализировать все возможные сочетания этих требований, условно разделим гироскопические ЧЭ, используемые в ИИМ, на три группы.
К первой отнесем НГ с электростатическим подвесом ротора и бескардановой системой списывания углового положения и ЛГ. Объединяющим признаком для этих, весьма далеких по своим физическим основам приборов, является эксклюзивность применения в БИНС и высокая стоимость.
Третья группа может быть объединена по признакам сравнительно низкой стоимости и выработки информации только для решения задачи управления (углы и угловые скорости движения объекта относительно центра масс). Задача навигации при этом решается иными, неинерциальными, средствами в составе БИНС. Сюда следует отнести гироскопы с уходами от единиц до сотен градусов в час (большинство видов гироскопов с шарикоподшипниковыми опорами, микромеханические гироскопы и т.д.)
Наконец, наиболее интересующая нас, самая распространенная группа - это вторая группа - гироскопические ЧЭ средней точности 0,02-0,3 град/ч, предназначенные для БИНС, вырабатывающих информацию для решения навигационной задачи. Роторные (с механическим носителем вектора кинетического момента) гироскопы в классе систем средней и более высокой точности достаточно распространены, причем крупнейшие компании по-прежнему сосредоточивают усилия главным образом на двух их типах: поплавковых ДУС и ДНГ. Примеры применения роторных ДУС и особенно ДНГ в космических ГИВУС (гироскопический измеритель вектора угловой скорости) хорошо известны [2]. Также роторные ДУС применяются во системах подземной навигации, В авиационных ИСОН и др.
Разработки в России
НИИ прикладной механики имени акад. В.И. Кузнецова за последние 20 лет создано целое поколение бесплатформенных инерциальных блоков (БИБ), что обеспечило решение многих научных, народно-хозяйственных и прикладных задач в космосе. Впервые в отечественной космонавтике БИБ был применен для управления пилотируемой космической станцией Мир и успешно на ней работал все время ее существования с 1986 по 2001 гг. Всего было изготовлено свыше 70 образцов 7 различных модификаций БИБ для 25 космических объектов различного назначения. В настоящее время 9 приборов БИБ разных модификаций успешно продолжают свою работу на двух модулях международной пилотируемой космической станции Альфа, спутнике связи Ямал-100, спутнике прикладного назначения Аркон, российско-французском спутнике Sesat, китайских спутник серии Ресурс. Готовятся к выводу на орбиту спутники связи Ямал-200 и целая группа спутников Экспресс-АМ. Ключевым элементом БИБ является чувствительный элемент - двухстепенный поплавковый интегрирующий гироблок с газодинамической опорой подвеса ротора.
Основными конструкционными особенностями поплавкового гироблока (ПГБ) являются:
- применение газодинамической опоры подвеса ротора гироскопа;
- магнитное центрирование поплавковой камеры гироблока;
- полная симметрия конструкции.
Газодинамические опоры при скорости вращения ротора 30000 об/мин, а также магнитное центрирование поплавковой камеры обеспечивают полное отсутствие сухого контакта между ротором и камерой, между камерой и корпусом гироблока. Этим же обеспечивается высокая стабильность взаимного расположения элементов датчика момента. Тем самым достигается наивысшая точность и практически неограниченный ресурс работы гироблока.
В целом, во всех конструкциях БИБ были применены 3 модификации ПГБ, разработанные в НИИ ПМ - КИ99-110, КИ79-132, КИНД99-003, фотографии которых представлены на рис. 1.1.1.
График на рис. 1.1.2 показывает этапы совершенствования основных характеристик ПГБ: точность в итоге удалось повысить на порядок, притом что масса была снижена вдвое. Модификация ПГБ КИНД99-003 имеет показатель отношения величины диапазона измеряемой угловой скорости к чувствительности, близкий к 106 , что характеризует его как измерительный прибор класса высокопрецизионной точности.
В приборах БИБ имеет место большое разнообразие в построении его кинематической схемы. Первоначально БИБ имели в своем составе минимально необходимое число измерителей, т.е. три, с классической ортогональной схемой расположения осей чувствительности гидроблоков.
Естественным развитием БИБ с целью повышения отказоустойчивости минимальными аппаратными затратами стало использование функциональной избыточности. Так, введение дополнительного четвертого измерительного канала БИБ позволило обеспечивать его работоспособность при одном отказе. Факт отказа устанавливается