CN1888821B - 光纤陀螺空间应用的轻型组合结构 - Google Patents

Abstract

光纤陀螺空间应用的轻型组合结构，本体为正交结构，其侧面与底面垂直，其中互相垂直的两个侧面外侧和底面内侧作为三个陀螺的安装平面，其余两侧面分别用于安装电源盒和立方镜；三个陀螺独立正交安装，x轴、y轴陀螺分别安装在本体侧面的外侧，z轴陀螺安装在本体底面内侧，其安装面完全接触，最大限度的增大陀螺的热传导面积，有效的降低了其热阻；三个与陀螺连接的接插件固定于一块接插件板上，然后通过接插件板三转一转接到本体结构与系统连接的插座上，从而三个陀螺可以单独调试，便于光纤陀螺的安装和维护，互换性强。本发明结构紧凑、体积小、重量轻、热阻小、可靠性高、传热性能和振动性能良好，非常适合空间飞行器的姿态控制。

Description

光纤陀螺空间应用的轻型组合结构

技术领域

本发明涉及一种适用于空间应用的轻型光纤陀螺组合结构。

背景技术

近年来，光纤陀螺(FOG)由于其潜在的优势和应用前景而备受重视，已经成为新一代惯性制导测量系统中的主导器件。随着光纤陀螺研究的深入，人们逐步解决了光纤陀螺的各种关键问题，使光纤陀螺性能不断提高。现在光纤陀螺已经实现了集成化和数字化。国外研制的光纤陀螺零位漂移已达到0.001°/h以内，标定因数稳定性优于几个ppm，测量精度达到了0.0003°/h。光纤陀螺整体可以完全满足空间各种应用的需求。

基于光纤陀螺的优点，在空间飞行器上使用高精度光纤陀螺(I-FOG)作为高精度速率积分陀螺，它不仅能使三轴姿态的动态过程测量精度摆脱姿态敏感器带宽的限制，而且没有传统机械陀螺的维护难、稳定性差的问题，小体积、低功耗可以提高空间飞行器的有效载荷。尤其是近10年来国际上已有400多颗小卫星发射入轨，完成各种飞行任务。据多方面材料报到，利用微小卫星组网、编队将是小卫星发展的主要趋势，因此小卫星产业化的前景被各界看好。可以预见，在卫星上使用光纤陀螺进行姿态控制将是卫星姿态控制的一种趋势。

世界上主要的光纤陀螺生产国家，都已经成功的把光纤陀螺应用于火箭、飞船、卫星、空间望远镜等空间系统或载荷的姿态控制系统中。主要的研制单位包括美国Northrop Grumman公司、Honeywell公司，欧洲的EuroFOG公司。Northrop Grumman用于空间应用的惯性测量单元已经应用在很多任务中，而且在轨道控制中表现得非常完美，目前Northrop Grumman生产的用于空间应用的、使用了光纤陀螺的惯性测量单元主要有LN-200和LN-200S；EuroFOG研制了两只0.01°/h的光纤陀螺样机，各自的性能都满足性能的要求。

空间环境中卫星、航天飞行器及各种载荷对重量的要求是相当苛刻的，太多的重量增加是不允许的。因而设计一种适合空间应用的轻型光纤陀螺组合结构是相当紧迫和必要的。目前，国外在这方面是保密的，国内还未见有相似的专利文献和非专利文献报道。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服了传统的机械陀螺由于运动部件而带来的可靠性低，难以维护和体积大的缺点，提供的轻型光纤陀螺组合，结构紧凑、体积小、重量轻、热阻小、可靠性高、传热性能和振动性能良好，非常适合空间飞行器的姿态控制。。

本发明的技术解决方案：光纤陀螺空间应用的轻型组合结构，由本体、三个陀螺、三个与陀螺连接的接插件、本体与系统连接的插座组成，其特征在于：

(1)所述的本体为正交结构，其侧面与底面垂直，其中互相垂直的两个侧面外侧和底面内侧作为三个陀螺的安装平面，其余两侧面分别用于安装电源盒和立方镜，这种结构充分利用了空间，体积明显减小；

(2)所述的三个陀螺独立垂直安装，x轴、y轴陀螺分别安装在本体侧面的外侧，z轴陀螺安装在本体底面内侧，其安装面完全接触，最大限度的增大陀螺的热传导面积，有效的降低了其热阻，在真空条件下能有效的把光纤陀螺的热功耗通过热传导传到安装基座上散去，大大提高了组合结构的传热性能和光纤陀螺的可靠性；

(3)所述的三个与陀螺连接的接插件固定于一块接插件板上，然后通过接插件板三转一转接到本体结构与系统连接的插座上，从而三个陀螺可以单独调试，便于光纤陀螺的安装和维护，互换性强，并且提高了可靠性。

在安装电源盒和立方境的两个侧面进行了镂空处理，很好的减轻了本体的重量。

在所述的本体延伸的底面外侧有四个用于与外部连接的安装孔，每个安装孔与本体间采用加强筋加固，增大安装强度，提高了光纤陀螺组合结构的振动性能和耐冲击的性能。

所述的三个与陀螺连接的插座及组合体与系统连接的插座都采用微型的，高可靠的航天用插座。

所述的接插件板安装在本体内，位于z轴陀螺的正上方。

在三个陀螺的表面进行了发黑处理以提高热辐射的性能。

本发明与现有技术相比的优点在于：利用光纤陀螺无运动部件，仪器牢固稳定，可靠性高，耐冲击和抗加速度运动，体积小，重量轻，功耗低等固有的特点，采用三个高精度、高可靠的单独设计的光纤陀螺实现了光纤陀螺空间应用的轻型组合结构方案，单只陀螺都可以单独调试，适应性强、测试方便。该组合结构采用镂空和增加加强筋等技术既减轻了组合体结构的重量(总共重量只有900g)，又保证了陀螺的安装强度和振动性能；同时充分考虑空间真空环境这一特点，没有空气对流传热，采用多种技术降低了组合体结构的热阻，大大提高了其热传导效率，提高了光纤陀螺的可靠性。此外，在陀螺的表面进行了发黑处理，提高了热辐射的性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的本体结构图；

图3为本发明的接插件板结构图。

其中：1为接插件板，2为立方镜，3为x轴陀螺，4为y轴陀螺，5为本体，6为电源盒，7为z轴陀螺，8为加强筋，9为安装孔，10为z轴陀螺接插件，11为x轴陀螺接插件，12为y轴陀螺接插件，13为组合与外部系统连接的插座。

具体实施方式

如图1所示，x轴陀螺3、y陀螺4分别安装在本体5侧面的外侧，z轴陀螺7位于接插件板1的下方，安装在本体5的底板的内侧，x轴陀螺3、y轴陀螺4、z轴陀螺7互相垂直，构成一个正交的体系分别敏感正交坐标系中x轴、y轴和z轴的角速度，通过积分三个轴角速率可以得到空间飞行器的位置信息，从而测定卫星的姿态信息.三个光纤陀螺的底面与本体5安装面完全接触，以增大陀螺低面与本体的热传导面积，降低了热阻，提高传热性能；同时为了减小组合结构的重量，在本体5安装立方镜2和电源盒6两个侧面上采用了镂空技术(如图2所示)，使得组合中本体5的重量降至280g.此外，三个陀螺的表面进行发黑处理，以提高热辐射的性能.

如图2所示，在本体5的底面延伸的外侧有四个用于与外部连接的安装孔9，每个安装孔9与本体5间采用加强筋8加固，增大安装强度，提高了光纤陀螺组合结构的振动性能和耐冲击的性能。

如图3所示，z轴陀螺接插件10、x轴陀螺接插件11、y轴陀螺接插件12及组合对外部系统的接插件13均采用小型高可靠的航天用接插件。三个陀螺的接口分别连接在如图3所示的接插件板的三个陀螺接插件10、11、12上，然后通过接插件板1三转一转接到组合体一个与外部系统连接的插座13上。因而光纤陀螺的安装和维护非常方便，每只陀螺都可以独立的安装、调试，并且可靠性也得到了提高。

本发明中的电源盒6为三只陀螺提供电源并控制陀螺电源的开关。立方镜2是为了保证组合体安装时与安装面垂直。

Claims (6)

1.光纤陀螺空间应用的轻型组合结构，由本体、三个陀螺、三个与陀螺连接的接插件、本体与系统连接的插座组成，其特征在于：

(1)所述的本体为正交结构，其侧面与底面垂直，其中互相垂直的两个侧面外侧和底面内侧作为三个陀螺的安装平面，其余两侧面分别用于安装电源盒和立方镜；

(2)所述的三个陀螺独立两两垂直安装，x轴、y轴陀螺分别安装在本体侧面的外侧，z轴陀螺安装在本体底面内侧，三只陀螺的安装面与本体的安装面完全接触，最大限度的增大陀螺的热传导面积，有效的降低了其热阻，在真空条件下能有效的把光纤陀螺的热功耗通过热传导传到安装基座上散去；

(3)所述的三个与陀螺连接的接插件固定于一块接插件板上，然后通过接插件板三转一转接到本体与系统连接的插座上，从而实现三个陀螺可以单独调试。

2.根据要求1所述的光纤陀螺空间应用的轻型组合结构，其特征在于：在安装电源盒和立方境的两个侧面进行了镂空处理。

3.根据要求1所述的光纤陀螺空间应用的轻型组合结构，其特征在于：在所述的本体延伸的底面外侧有四个用于与外部连接的安装孔，每个安装孔与本体间采用加强筋加固，增大安装强度，提高了光纤陀螺组合结构的振动性能和耐冲击的性能。

4.根据要求1所述的光纤陀螺空间应用的轻型组合结构，其特征在于：所述的三个与陀螺连接的接插件及本体与系统连接的插座都采用微型的，高可靠的航天用插座。

5.根据要求1所述的光纤陀螺空间应用的轻型组合结构，其特征在于：所述的接插件板安装在本体内，位于z轴陀螺的正上方。

6.根据要求1所述的光纤陀螺空间应用的轻型组合结构，其特征在于：在所述的三个陀螺的表面进行发黑处理，以提高热辐射的性能。

Images