RU2157965C1

RU2157965C1 - Dynamically tunable gyro

Info

Publication number: RU2157965C1
Application number: RU99105139/28A
Authority: RU
Inventors: В.М. Вечтомов; Е.Ф. Кочкин; Н.Н. Малышкин; В.А. Черепанов; Ю.Б. Люсин; Г.В. Попов
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт "Дельфин"
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-10-20

Abstract

FIELD: precision gyroinstrument engineering. SUBSTANCE: the gyro with gas-dynamic rotor mounts has a gimbal and a flywheel enclosed in a hermetically sealed case, in which vacuum is set up. There is a clearance between the case and flywheel with the gimbal providing for freedom of angular displacement oft he flywheel relative to the case about the axes of the gimbal. The gyro internal volume accommodating the mount is filled with gas at a high pressure. EFFECT: enhanced accuracy of the gyro, since harmful damping moments acting on the rotor in the presence of gaseous atmosphere is prevented, enhanced reliability since the mount operates at a high pressure of gas. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области точного приборостроения, а именно к гироприборостроению, и может быть использовано для создания прецизионных гироскопических навигационных систем. The invention relates to the field of precision instrumentation, namely to gyroindustry, and can be used to create precision gyroscopic navigation systems.

Известны динамически настраиваемые гироскопы - ДНГ (см. Динамически настраиваемые гироскопы. Д.С. Пельпор, В.А. Матвеев, В.Д. Арсеньев. "Машиностроение". Москва, 1982 г. ), в которых упругий момент подвеса (К) при отклонении ротора от нулевого положения уравновешивается динамическим моментом колец подвеса (IΩ²), т.е. осуществляется так называемая динамическая настройка гироскопа, при которой K = I • Ω², где I - момент инерции колец подвеса, Ω - угловая скорость вращения ротора.Known dynamically tuned gyroscopes - DNG (see Dynamically tuned gyroscopes. DS Pelpor, VA Matveev, VD Arsenyev. "Engineering". Moscow, 1982), in which the elastic suspension moment (K) when the rotor deviates from the zero position, it is balanced by the dynamic moment of the suspension rings (IΩ ² ), i.e. the so-called dynamic adjustment of the gyroscope is carried out, in which K = I • Ω ² , where I is the moment of inertia of the suspension rings, Ω is the angular velocity of rotation of the rotor.

Недостатком этих гироскопов является применение в них шарикоподшипниковой опоры ротора, генерирующей широкий спектр собственных частот, некоторые из которых могут совпадать с собственной частотой подвеса, что вызывает резкое снижение точности гироскопа. The disadvantage of these gyroscopes is the use of a ball-bearing support of the rotor in them, generating a wide range of natural frequencies, some of which may coincide with the natural frequency of the suspension, which causes a sharp decrease in the accuracy of the gyroscope.

Известен ДНГ, имеющий газодинамическую опору (ГДО) ротора (G.Beardmore. The design and development of a novel strapdown DTG incorporating a gas bearing and fabricated flexure hinge. DGON, Simposium Gyro Technology, 1984, Germany, Stuttgart, p.p.120-1233), которая имеет низкий уровень собственных вибраций по сравнению с шарикоподшипниковой опорой. В этом гироскопе для снижения демпфирования собственных колебаний колец подвеса применяется пониженное давление воздуха. Known DNG having a gas-dynamic support (GDO) of the rotor (G. Beardmore. The design and development of a novel strapdown DTG incorporating a gas bearing and fabricated flexure hinge. DGON, Simposium Gyro Technology, 1984, Germany, Stuttgart, pp120-1233) , which has a low level of its own vibrations compared to a ball bearing. In this gyroscope, a reduced air pressure is used to reduce the damping of the natural vibrations of the suspension rings.

Недостатком этого гироскопа является наличие газа, соприкасающегося с элементами подвеса и хоть в ослабленной степени, но производящим демпфирование их колебаний. Устранить газовую среду из этого гироскопа невозможно, поскольку она является смазкой ГДО, без которой эта опора в принципе неработоспособна. Понижение давления газа ухудшает несущую способность ГДО, что приводит к уменьшению надежности этих гироскопов. Поэтому эта конструкция ДНГ может быть применима только к гироскопам c малой массой ротора, и, следовательно, с малым кинетическим моментом, т.е. гироскопам малой и средней точности. The disadvantage of this gyroscope is the presence of gas in contact with the suspension elements and even to a weakened extent, but damping their vibrations. It is impossible to eliminate the gaseous medium from this gyroscope, since it is a lubricant of gas treatment, without which this support is, in principle, inoperative. Lowering the gas pressure worsens the bearing capacity of the gas turbine generator, which leads to a decrease in the reliability of these gyroscopes. Therefore, this design of DNG can be applied only to gyroscopes with a small mass of the rotor, and, therefore, with a small kinetic moment, i.e. gyroscopes of small and medium accuracy.

Для повышения точности ДНГ и устранения вышеотмеченных недостатков предлагается динамически настраиваемый гироскоп, содержащий корпус крышки, вращающийся карданов подвес с маховиком, двигатель, датчики углов и моментов, газодинамическую опору, отличающийся тем, что маховик ротора с подвесом заключены в герметичный кожух, внутри которого создается вакуум, причем между кожухом и маховиком с подвесом имеется зазор, обеспечивающий свободу углового перемещения маховика с подвесом относительно кожуха вокруг осей подвеса, при этом внутренний объем гироскопа, в котором размещена ГДО, заполняется газом под высоким давлением. To improve the accuracy of the DNG and eliminate the above-mentioned disadvantages, a dynamically tuned gyroscope is proposed, comprising a cover body, a rotating cardan suspension with a flywheel, an engine, angle and moment sensors, a gas-dynamic support, characterized in that the rotor flywheel with the suspension is enclosed in a sealed enclosure inside which a vacuum is created moreover, there is a gap between the casing and the flywheel with the suspension, which provides freedom of angular movement of the flywheel with the suspension relative to the casing around the axles of the suspension, while The first volume of the gyroscope in which the GDO is located is filled with gas under high pressure.

На чертеже изображен общий вид предлагаемого гироскопа. Гироскоп состоит из корпуса 1, двух крышек 2, герметично соединенных с корпусом 1, в которых неподвижно закреплены статоры двигателя 3 и неподвижные элементы газодинамических опор 4, вала 5, на котором неподвижно закреплены: вращающиеся элементы газодинамических опор - полусферы 6, роторы электродвигателя 7, упругий подвес 8 с маховиком 9. К валу 5 герметично крепится кожух 10, изготавливаемый, как правило, из немагнитного материала, при этом для обеспечения свободы углового перемещения маховика 9 с подвесом 8 между ними и кожухом 10 обеспечивается необходимый зазор. Кожух 10 снабжается ниппелем 11 для откачки до высокого вакуума и последующей герметизации внутреннего объема, в котором размещены подвес 8 и маховик 9. На маховике 9 неподвижно закреплены роторы (кольцевые постоянные магниты) 12 датчиков момента, статоры 13 которых неподвижно закреплены на крышках 2, на которых также неподвижно крепятся и статоры 14 датчиков угла. Ротором датчика угла служит маховик 9. Гироскоп герметизируется заглушками 15, на одной из которых имеется ниппель 16, через который обезгаживается и заполняется газом (обычно водородом или гелием) внутренний объем гироскопа. Этот газ является смазкой газодинамических опор и служит одновременно теплоотводом от внутренних источников тепла. На крышках 2 располагается также необходимое количество гермовыводов 17. The drawing shows a General view of the proposed gyroscope. The gyroscope consists of a housing 1, two covers 2, hermetically connected to the housing 1, in which the stators of the engine 3 and the stationary elements of the gas-dynamic supports 4 are fixedly mounted, the shaft 5, on which are fixedly mounted: the rotating elements of the gas-dynamic supports - hemispheres 6, rotors of the electric motor 7, an elastic suspension 8 with a flywheel 9. A casing 10 is made hermetically attached to the shaft 5, which is made, as a rule, of non-magnetic material, while ensuring freedom of angular movement of the flywheel 9 with a suspension 8 between them and the casing 10 necessary clearance. The casing 10 is equipped with a nipple 11 for pumping to a high vacuum and subsequent sealing of the internal volume, in which the suspension 8 and the flywheel are placed 9. On the flywheel 9 the rotors (ring permanent magnets) 12 torque sensors, the stators 13 of which are fixedly mounted on the covers 2, are fixed which are also fixed and stators 14 angle sensors. The flywheel 9 serves as the angle sensor rotor. The gyroscope is sealed with plugs 15, on one of which there is a nipple 16, through which the internal volume of the gyroscope is gassed and filled with gas (usually hydrogen or helium). This gas is a lubricant of gas-dynamic supports and simultaneously serves as a heat sink from internal heat sources. On the covers 2 there is also the required number of pressure leads 17.

Работа гироскопа происходит следующим образом. При подаче напряжения на статоры 3 роторы 7 двигателя начинают вращаться вместе c валом 5 и размещенными на нем полусферами 6 ГДО, подвесом 8, маховиком 9 и кожухом 10. The gyroscope operates as follows. When voltage is applied to the stators 3, the rotors 7 of the engine begin to rotate together with the shaft 5 and the hemispheres 6 of the gas turbine, suspension 8, flywheel 9 and the casing 10 placed on it.

При разворотах гироскопа в инерциальном пространстве относительно осей, не совпадающих с осью вращения двигателя, происходит угловое рассогласование маховика 9 относительно корпуса 1, при этом на сигнальных обмотках статоров датчиков угла 14 появляются сигналы, пропорциональные углам рассогласования. Эти сигналы усиливаются, преобразуются (преобразователи не показаны) и подаются в статоры 13 датчиков момента гироскопа либо на соответствующие двигатели стабилизации (при использовании гироскопов в стабилизированных платформах), которые вырабатывают моменты, стремящиеся свести углы рассогласования к нулю. Поскольку в объеме, заключенном внутри кожухов 10, создан глубокий вакуум, на подвес 8 и маховик 9 не действуют демпфирующие и упругие моменты, вызванные наличием газовой среды и приводящие к значительным погрешностям ДНГ. When the gyroscope turns in inertial space relative to axes that do not coincide with the axis of rotation of the engine, the flywheel 9 is mismatched relative to the housing 1, while signals proportional to the mismatch angles appear on the signal windings of the stators of the angle sensors 14. These signals are amplified, converted (converters not shown) and supplied to the stators 13 of the gyroscope moment sensors or to the corresponding stabilization motors (when using gyroscopes in stabilized platforms), which generate moments that tend to reduce the mismatch angles to zero. Since a deep vacuum is created in the volume enclosed inside the casings 10, damping and elastic moments caused by the presence of a gas medium and leading to significant errors in the DNG are not affected by the suspension 8 and the flywheel 9.

Таким образом, предлагаемый гироскоп по сравнению с прототипом обладает повышенной точностью и надежностью за счет работы подвеса и маховика в вакууме, а газодинамической опоры при высоком давлении газа. Thus, the proposed gyroscope in comparison with the prototype has increased accuracy and reliability due to the operation of the suspension and flywheel in vacuum, and gas-dynamic support at high gas pressure.

Claims

A dynamically tuned gyroscope containing a housing, covers, a rotating gimbal, a suspension with a flywheel, an engine, angle and moment sensors, a gas-dynamic support, characterized in that the rotor flywheel and the suspension are enclosed in a sealed enclosure, inside which a vacuum is created, between the casing and the flywheel with a suspension there is a gap providing freedom of angular movement of the flywheel with the suspension relative to the casing around the axes of the suspension, while the internal volume of the gyroscope in which the gas-dynamic support is placed is filled with gas under high pressure.