CN109769311A - 一种可分区调节功率的液浮陀螺仪加热片和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可分区调节功率的液浮陀螺仪加热片和方法，该加热片包括加热铜带和导热绝缘薄膜，加热铜带采用非均匀分布方式设置于导热绝缘薄膜内。本发明采用热仿真的方式确定外壳体各部分加热阻值并通过调整加热片加热铜带疏密，最终通过调试陀螺内部各主要区域加热功率密度的目的均衡陀螺内部各部分加热功率，减小陀螺内部悬浮液温度梯度。
Description
技术领域
本发明涉及液浮陀螺仪领域中的精密温控技术，尤其是一种可分区调节功率的液浮陀螺仪加热片和方法。
背景技术
液浮陀螺仪是目前技术成熟的惯性元件，具有精度高、分辨率高、可靠性好的诸多优点。液浮陀螺内部有悬浮液，悬浮液的作用除了为陀螺提供相应的阻尼，同时还要对浮子进行悬浮支承。对悬浮液施加精密温控是实现浮子重浮力相等达到中性悬浮减小陀螺输出轴摩擦力矩，最终提高陀螺漂移精度重要的技术手段。随着航天航海系统对陀螺漂移精度的要求不断提高，对温控精度的要求也在不断提高，同时陀螺内部浮液温度梯度对陀螺漂移精度的影响已经成为必须关注的技术问题。
目前陀螺内部的温控方式是采用单点敏感陀螺温度整体统一加热的方式，该温控方式因陀螺内部区域发热和外壳体散热的不平衡会造成陀螺内部悬浮液存在区域温度梯度，悬浮液温度梯度的存在将使悬浮液对浮子产生液流干扰力矩，影响陀螺的漂移精度。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种能够根据控制区域的温度差异调节温控功率，实现液浮陀螺均衡温度控制的可分区调节功率的液浮陀螺仪加热片和方法。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的：
一种可分区调节功率的液浮陀螺仪加热片，包括加热铜带和导热绝缘薄膜，其特征在于：加热铜带采用非均匀分布方式设置于导热绝缘薄膜内。
而且，所述的加热铜带的非均匀分布方式是根据陀螺内部传感器、力矩器、电机等发热器件的分布和发热功率差异以及陀螺外壳体安装于系统支架上的法兰结构的散热状态对加热片中加热铜带的电阻进行针对性非均匀分配。
一种液浮陀螺仪加热片的可分区调节功率的方法，其特征在于：本方法的具体过程为：根据陀螺内部发热元件的热功耗及外壳体散热的差异调整不同区域的加热片阻值，进行温度仿真，即：采用热仿真的方式确定外壳体各部分加热阻值并通过调整加热片加热铜带疏密，最终通过调试陀螺内部各主要区域加热功率密度的目的均衡陀螺内部各部分加热功率，减小陀螺内部悬浮液温度梯度。
而且，所述的陀螺内部发热元件的热功耗及外壳体散热的差异调整不同区域的加热片阻值是指：根据陀螺内部传感器、力矩器、电机等发热器件的分布和发热功率差异以及陀螺外壳体安装于系统支架上的法兰结构的散热状态对加热片中加热铜带的电阻进行针对性非均匀分配。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明中设计了一种新型加热片，不同于原均匀分布的加热铜带所产生的区域恒功率密度加热的方式，而是根据陀螺内部传感器、力矩器、电机等发热器件的分布和发热功率差异以及陀螺外壳体安装于系统支架上的法兰结构的散热状态对加热片中加热铜带的电阻进行针对性非均匀分配。本发明降低了陀螺内部悬浮液的温度梯度，仿真结果表明，陀螺内部沿输出轴方向的温度梯度降低了50％，降低了陀螺内部悬浮液的液流扰动力矩，有利于提高陀螺漂移精度。
2、本发明以结构简单的非均匀功率密度加热片设计实现区域温度控制，降低了陀螺结构的复杂性、多路温度控制的耦合干扰。
3、本发明介绍了一种新型加热片结构和实现方法，在目前尖端的单点敏感温度整体统一加热的温控方式下能够降低陀螺内部悬浮液温度梯度，达到均衡陀螺内部悬浮液温度的目的。
附图说明
图1是现有液浮陀螺仪加热片结构示意图；
图2是现有液浮陀螺仪内部温度仿真图；
图3是本发明液浮陀螺内部温度仿真图；
图4是本发明提出的液浮陀螺仪加热片结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细叙述本发明的实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种可分区调节功率的液浮陀螺仪加热片，包括加热铜带2和导热绝缘薄膜1，加热铜带采用非均匀分布方式设置于导热绝缘薄膜内。所述的加热铜带的非均匀分布方式是根据陀螺内部传感器、力矩器、电机等发热器件的分布和发热功率差异以及陀螺外壳体安装于系统支架上的法兰结构的散热状态对加热片中加热铜带的电阻进行针对性非均匀分配。
一种可分区调节功率的方法，其具体过程为：根据陀螺内部发热元件的热功耗及外壳体散热的差异调整不同区域的加热片阻值，进行温度仿真。即：根据陀螺内部传感器、力矩器、电机等发热器件的分布和发热功率差异以及陀螺外壳体安装于系统支架上的法兰结构的散热状态对加热片中加热铜带的电阻进行针对性非均匀分配。
本发明采用热仿真的方式确定外壳体各部分加热阻值并通过调整加热片加热铜带疏密，最终通过调试陀螺内部各主要区域加热功率密度的目的均衡陀螺内部各部分加热功率，减小陀螺内部悬浮液温度梯度。
以下举出一个具体实施方式，对本装置及方法进行详细说明：
陀螺温控系统的结构形式为内壳体外侧缠绕加热片，通过内壳体内与悬浮液接触的热敏电阻敏感悬浮液温度，通过温控线路给外壳体的加热片施以加温电流，保证陀螺内部敏感温度部位温度达到设定温度。
图1为现有液浮陀螺仪加热片结构示意图。包括加热铜带2和导热绝缘薄膜1(加热片整体尺寸由陀螺需加热区域的尺寸和外形决定，本设计中为120mm×90mm，加热铜带为均匀分布，整个加热带阻值为60欧姆，加热功率3w)。
计算陀螺仪正常工作时内部发热元件(电机、传感器、力矩器)的热功耗，按照发热元件的分布及壳体结构进行陀螺内部悬浮液温度分布的仿真，仿真结果如图2所示，悬浮液温度梯度最大为0.393℃。
根据陀螺内部发热元件的热功耗及外壳体散热的差异调整不同区域的加热片阻值，进行温度仿真，其内部温度分布图如图3所示。
图4为本方案经过仿真优化后设计的加热片结构，整个加热片分成五部分结构，各部分加热功率密度不相同，本发明中针对某型陀螺加热功率密度分别为0.8W、0.6W、0W、0.4W、1.2W，总功率和总电阻保持不变，陀螺悬浮液温度梯度最大为0.195℃，比本方案实施前降低了50％。
Claims (4)
1.一种可分区调节功率的液浮陀螺仪加热片，包括加热铜带和导热绝缘薄膜，其特征在于：加热铜带采用非均匀分布方式设置于导热绝缘薄膜内。
2.根据权利要求1所述的一种可分区调节功率的液浮陀螺仪加热片，其特征在于：所述的加热铜带的非均匀分布方式是根据陀螺内部传感器、力矩器、电机等发热器件的分布和发热功率差异以及陀螺外壳体安装于系统支架上的法兰结构的散热状态对加热片中加热铜带的电阻进行针对性非均匀分配。
3.一种使用权利要求1所述的液浮陀螺仪加热片的可分区调节功率的方法，其特征在于：本方法的具体过程为：根据陀螺内部发热元件的热功耗及外壳体散热的差异调整不同区域的加热片阻值，进行温度仿真，即：采用热仿真的方式确定外壳体各部分加热阻值并通过调整加热片加热铜带疏密，最终通过调试陀螺内部各主要区域加热功率密度的目的均衡陀螺内部各部分加热功率，减小陀螺内部悬浮液温度梯度。
4.根据权利要求3所述的一种可分区调节功率的方法，其特征在于：所述的陀螺内部发热元件的热功耗及外壳体散热的差异调整不同区域的加热片阻值是指：根据陀螺内部传感器、力矩器、电机等发热器件的分布和发热功率差异以及陀螺外壳体安装于系统支架上的法兰结构的散热状态对加热片中加热铜带的电阻进行针对性非均匀分配。
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