RU2310163C1 - Hydrodynamic gyroscope - Google Patents
Hydrodynamic gyroscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2310163C1 RU2310163C1 RU2006132884/28A RU2006132884A RU2310163C1 RU 2310163 C1 RU2310163 C1 RU 2310163C1 RU 2006132884/28 A RU2006132884/28 A RU 2006132884/28A RU 2006132884 A RU2006132884 A RU 2006132884A RU 2310163 C1 RU2310163 C1 RU 2310163C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- float
- rotor
- magnetic circuit
- magnet
- annular
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гироскопическим приборам, а именно к гидродинамическим гироскопам, и может быть использовано в системах управления реактивными снарядами, преимущественно реактивными снарядами систем залпового огня.The invention relates to gyroscopic devices, namely to hydrodynamic gyroscopes, and can be used in control systems of rockets, mainly rockets of multiple launch rocket systems.
Известен гидродинамический гироскоп (см. например, И.А.Горенштейн. Гидродинамические гироскопы. - М.: Машиностроение, 1972, с.104-105), содержащий корпус, вращающийся ротор со сферической полостью, заполненной жидкостью, размещенный в ней сферический поплавок с запресованным в него постоянным стержневым магнитом, сигнальную обмотку.A well-known hydrodynamic gyroscope (see, for example, I.A. Gorenshtein. Hydrodynamic gyroscopes. - M .: Mashinostroenie, 1972, p.104-105), comprising a housing, a rotating rotor with a spherical cavity filled with liquid, a spherical float with pressed into it by a permanent bar magnet, a signal winding.
Задачей данного технического решения являлось получение электрического сигнала, пропорционального угловой скорости поворота корпуса гироскопа. Данная задача решена за счет того, что вращающийся сферический поплавок в сферической камере, заполненной жидкостью, сохраняет свое положение в пространстве и при повороте корпуса гироскопа с некоторой угловой скоростью между осью вращения поплавка и продольной осью корпуса образуется угол рассогласования, пропорциональный угловой скорости поворота корпуса.The objective of this technical solution was to obtain an electrical signal proportional to the angular velocity of rotation of the gyroscope body. This problem is solved due to the fact that a rotating spherical float in a spherical chamber filled with liquid retains its position in space and when the gyroscope body rotates with a certain angular velocity between the axis of rotation of the float and the longitudinal axis of the body, a mismatch angle proportional to the angular velocity of rotation of the body is formed.
Недостатком этого гироскопа является то, что невозможно установить внутри поплавка по оси его вращения полую цилиндрическую втулку для размещения в ней устройства осевого центрирования поплавка. Кроме того, стержневой магнит не обеспечивает синусоидальной формы напряжения, наводимого в сигнальной обмотке.The disadvantage of this gyroscope is that it is impossible to install a hollow cylindrical sleeve inside the float along the axis of its rotation to accommodate the axial centering device of the float in it. In addition, the core magnet does not provide a sinusoidal shape of the voltage induced in the signal winding.
Общими признаками с предлагаемым авторами гидродинамическим гироскопом является наличие корпуса, вращающегося ротора со сферической полостью, заполненной жидкостью, размещенного в ней сферического поплавка с установленным в нем постоянным магнитом, сигнальной обмотки.Common signs with the hydrodynamic gyroscope proposed by the authors is the presence of a housing, a rotating rotor with a spherical cavity filled with liquid, a spherical float placed in it with a permanent magnet installed in it, and a signal winding.
Указанного недостатка лишен гидродинамический гироскоп (см., например, К.П.Андрейченко. Динамика поплавковых гироскопов и акселерометров. - М.: Машиностроение, 1987, с.7-8, с.93), принятый за аналог. Гироскоп содержит корпус, вращающийся от внешнего электродвигателя ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, сферический поплавок, в экваториальной плоскости которого установлен постоянный кольцевой магнит, и сигнальную обмотку.The specified drawback is deprived of a hydrodynamic gyroscope (see, for example, KP Andreichenko. The dynamics of float gyroscopes and accelerometers. - M .: Mashinostroenie, 1987, pp. 7-8, p. 93), adopted as an analogue. The gyroscope contains a housing, a rotor rotating from an external electric motor with a spherical cavity partially filled with liquid, a spherical float in the equatorial plane of which a permanent ring magnet is installed, and a signal winding.
Задачей данного технического решения являлось повышение точностных характеристик гироскопа путем повышения постоянной времени Т и коэффициента передачи КП. Данная задача частично решена за счет выполнения постоянного магнита в виде кольца, установленного в экваториальной плоскости поплавка, частичного заполнения сферической полости жидкостью с выполнением условия равенства массы поплавка массе вытесненной им жидкости.The objective of this technical solution was to increase the accuracy characteristics of the gyroscope by increasing the time constant T and the transmission coefficient K P. This problem has been partially solved by performing a permanent magnet in the form of a ring mounted in the equatorial plane of the float, partially filling the spherical cavity with liquid by fulfilling the condition of equality of the mass of the float to the mass of the liquid displaced by it.
Данный гироскоп обладает следующими недостатками.This gyroscope has the following disadvantages.
Вследствие отклонения формы поплавка и сферической полости от правильной сферы из-за технологических погрешностей изготовления возникают уводящие моменты вызывающие перекрестную связь, что в свою очередь приводит к уменьшению постоянной времени.Due to the deviation of the shape of the float and the spherical cavity from the correct sphere, leading points arise due to technological manufacturing errors causing cross-coupling, which in turn leads to a decrease in the time constant.
Замыкание магнитного потока постоянного кольцевого магнита осуществляется через воздух, что приводит из-за его большого рассеивания к снижению напряжения в сигнальной обмотке и, следовательно, к снижению коэффициента передачи КП и тем самым к снижению точности гироскопа.The closure of the magnetic flux of a permanent annular magnet is carried out through air, which, due to its large dispersion, leads to a decrease in voltage in the signal winding and, therefore, to a reduction in the transfer coefficient K P and thereby to a decrease in the accuracy of the gyroscope.
Кроме того, для повышения коэффициента передачи КП и постоянной времени Т гироскопа поплавок должен иметь максимально возможный осевой момент инерции при ограничении его массы величиной массы вытесненной им жидкости.In addition, to increase the transfer coefficient K P and the time constant T of the gyroscope, the float must have the maximum possible axial moment of inertia while limiting its mass to the mass of the liquid displaced by it.
У известных жидкостей, используемых в поплавковых гироскопах, например фторорганических, плотность может быть равна 2...2,4 г/см3 (см., например, Д.С.Пельпор и др. Гироскопические приборы систем ориентации и стабилизации. - М.: Машиностроение, 1977, с.51-52). Сферический поплавок обычно выполняют полым из легких немагнитных сплавов. Для обеспечения необходимой жесткости поплавка и сохранения стабильности его формы его стенки должны иметь толщину не менее 1,5...2 мм. При этом масса оболочки может составлять до 65% общей массы поплавка, а масса кольцевого магнита до 35% массы поплавка при максимально возможном осевом моменте инерции.In known liquids used in float gyroscopes, for example organofluorine, the density can be 2 ... 2.4 g / cm 3 (see, for example, D.S. Pelpor et al. Gyroscopic devices of orientation and stabilization systems. - M .: Engineering, 1977, p. 51-52). A spherical float is usually hollow of light non-magnetic alloys. To ensure the necessary rigidity of the float and maintain the stability of its shape, its walls should have a thickness of at least 1.5 ... 2 mm. In this case, the shell mass can be up to 65% of the total mass of the float, and the mass of the ring magnet up to 35% of the mass of the float at the maximum possible axial moment of inertia.
Выполнение постоянного кольцевого магнита с размерами в соответствии с известными рекомендациями (см. Постоянные магниты. Справочник. Под редакцией д.т.н., проф. Ю.Н.Пятина. - М.: Энергия, 1971, с.152-157) не позволяет обеспечить увеличение осевого момента инерции кольцевого магнита при его минимальной массе, что необходимо для повышения постоянной времени гироскопа, при допустимом соотношении массы магнита и массы поплавка. Так, при изготовлении кольцевого магнита из известных сплавов, например ЮНКД-24, вследствие его хрупкости минимальная толщина магнита δ должна выбираться из соотношения , где DM - наружный диаметр магнита. При этом масса магнита будет составлять не менее 50% общей массы поплавка, что не допускается по конструктивным соображениям. Уменьшение же массы магнита до требуемой приводит к снижению магнитной индукции и, как следствие, к снижению выходного напряжения в сигнальной обмотке Uc=f(Φ, α), где Ф - магнитный поток, α - угол рассогласования между осью вращения поплавка и ротора гироскопа.The implementation of a permanent ring magnet with dimensions in accordance with well-known recommendations (see. Permanent magnets. Handbook. Edited by Prof. Yu. N. Pyatina. - M.: Energy, 1971, p.152-157) it is not possible to provide an increase in the axial moment of inertia of the ring magnet with its minimum mass, which is necessary to increase the gyro time constant, with an acceptable ratio of the magnet mass and the mass of the float. So, in the manufacture of a ring magnet from known alloys, for example, UNKD-24, due to its fragility, the minimum thickness of the magnet δ should be selected from the ratio where D M is the outer diameter of the magnet. The mass of the magnet will be at least 50% of the total mass of the float, which is not allowed for structural reasons. A decrease in the magnet mass to the required one leads to a decrease in magnetic induction and, as a consequence, to a decrease in the output voltage in the signal winding U c = f (Φ, α), where Ф is the magnetic flux, α is the mismatch angle between the axis of rotation of the float and the gyro rotor .
Общими признаками с предлагаемым авторами гидродинамическим гироскопом является наличие корпуса, вращающегося от внешнего электродвигателя ротора со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, размещенного в ней сферического поплавка с постоянным кольцевым магнитом, установленным в его экваториальной плоскости, и сигнальной обмотки.Common signs with the hydrodynamic gyroscope proposed by the authors is the presence of a housing rotating from an external rotor motor with a spherical cavity partially filled with liquid, a spherical float placed in it with a permanent ring magnet installed in its equatorial plane, and a signal winding.
Указанных недостатков лишен гидродинамический гироскоп (см. патент РФ №2230293), являющийся наиболее близким по технической сути к изобретению и принятый за прототип.These disadvantages are deprived of a hydrodynamic gyroscope (see RF patent No. 2230293), which is the closest in technical essence to the invention and adopted as a prototype.
Гидродинамический гироскоп содержит корпус, ротор с регулируемой, частично заполненной жидкостью полостью, выполненной из левой и правой жестко соединенных между собой через регулируемый элемент чашек с внутренней сферической поверхностью, центры сфер которых смещены из центра полости ротора, размещенный в полости ротора сферический поплавок с постоянным кольцевым магнитом, установленным в экваториальной плоскости поплавка, цилиндрический магнитопровод, регулируемое корректирующее устройство в виде двух цилиндрических колец из магнитомягкого материала, установленных на внутренней поверхности цилиндрического магнитопровода коаксиально ротору с возможностью аксиального перемещения, сигнальную обмотку, размещенную в зазоре между цилиндрическим магнитопроводом и ротором, электродвигатель, а постоянный кольцевой магнит выполнен в соответствии с соотношением ; ; , где h, δ, DМ - соответственно высота, толщина и наружный диаметр постоянного кольцевого магнита, DП - диаметр поплавка.The hydrodynamic gyroscope contains a housing, a rotor with an adjustable, partially filled with liquid cavity made of left and right cups rigidly interconnected through an adjustable element of cups with an internal spherical surface, the centers of the spheres of which are displaced from the center of the rotor cavity, a spherical float in the rotor cavity with a constant annular a magnet installed in the equatorial plane of the float, a cylindrical magnetic circuit, an adjustable corrective device in the form of two cylindrical rings made of soft material installed on the inner surface of the cylindrical magnetic core coaxially to the rotor with the possibility of axial movement, a signal winding located in the gap between the cylindrical magnetic core and the rotor, an electric motor, and a permanent ring magnet is made in accordance with the ratio ; ; where h, δ, D M - respectively, the height, thickness and outer diameter of the permanent annular magnet, D P - the diameter of the float.
Задачей данного технического решения являлось повышение точности за счет повышения коэффициента передачи, постоянной времени, путем снижения величины перекрестной связи гидродинамического гироскопа.The objective of this technical solution was to increase accuracy by increasing the transmission coefficient, time constant, by reducing the cross-coupling magnitude of the hydrodynamic gyroscope.
Данная задача решена введением регулируемой в аксиальном направлении камеры, обеспечивающей компенсацию уводящих моментов от несферичности поплавка и камеры, введением регулируемого корректирующего устройства в виде 2-х колец из магнитомягкого материала, установленных на внутренней поверхности цилиндрического магнитопровода коаксиально ротору с возможностью аксиального перемещения, и выполнением кольцевого постоянного магнита в соответствии с соотношениями:This problem was solved by introducing an axially adjustable chamber that compensates for leading moments from the non-sphericity of the float and chamber, introducing an adjustable corrective device in the form of 2 rings of magnetically soft material mounted on the inner surface of the cylindrical magnetic core coaxially to the rotor with the possibility of axial movement, and performing an annular permanent magnet in accordance with the ratios:
; ; ; ;
где h, δ, DМ - соответственно высота, толщина и наружный диаметр магнита, DП - диаметр сферического поплавка.where h, δ, D M - respectively, the height, thickness and outer diameter of the magnet, D P - the diameter of the spherical float.
Недостатком прототипа является следующее.The disadvantage of the prototype is the following.
При проектировании гироскопа для повышения крутизны выходной характеристики обмотку съема сигнала обычно стараются выполнить с наибольшей шириной H по длине магнитного зазора, увеличивая число витков. Однако в известном устройстве крутизна характеристики возрастает не пропорционально длине и ширине обмотки из-за большого рабочего зазора Q между магнитом и магнитопроводом и малым отношением , где распределение магнитной индукции неравномерно, что показано на графике фиг.2. Это приводит к увеличению расхода обмоточного провода и увеличению внутреннего сопротивления обмотки.When designing a gyroscope to increase the steepness of the output characteristic, they usually try to perform the signal pickup winding with the largest width H along the length of the magnetic gap, increasing the number of turns. However, in the known device, the steepness of the characteristic does not increase in proportion to the length and width of the winding due to the large working gap Q between the magnet and the magnetic circuit and a small ratio where the distribution of magnetic induction is uneven, as shown in the graph of figure 2. This leads to an increase in the consumption of the winding wire and an increase in the internal resistance of the winding.
Кроме того, изготовление сигнальной обмотки, например с помощью шаблона, перевязывание нитками после снятия с шаблона и установка внутри магнитопровода гироскопа может привести к их геометрическому искажению. Конец последнего витка может под каким угодно углом пересекать основные витки обмотки, что приводит к появлению дополнительного нулевого сигнала (шума) при отсутствии воздействия на гироскоп входной измеряемой угловой скорости, что снижает точность гироскопа.In addition, the manufacture of a signal winding, for example using a template, tying with threads after removal from the template and installing a gyroscope inside the magnetic circuit can lead to their geometric distortion. The end of the last turn can cross the main turns of the winding at any angle, which leads to the appearance of an additional zero signal (noise) in the absence of impact on the gyroscope input measured angular velocity, which reduces the accuracy of the gyroscope.
Другим недостатком прототипа является то, что вследствие неоднородности структуры литейных сплавов, например ЮНДК-24, кривая распределения магнитной индукции по окружности магнита имеет значительную величину 2-й и 3-й гармоники, отношение которых к величине 1-й гармоники составляет до (30...40)%, что приводит к значительному искажению синусоидальной формы напряжения в сигнальной обмотке и, как следствие, к фазовым сдвигам при дальнейшей обработке сигнала с кольцевой сигнальной обмотки в усилительно-преобразовательном тракте системы управления, что снижает точность измерения гидродинамическим гироскопом угловых перемещений объекта, например реактивных снарядов.Another disadvantage of the prototype is that due to the heterogeneous structure of cast alloys, for example, UNDK-24, the distribution curve of the magnetic induction around the circumference of the magnet has a significant value of the 2nd and 3rd harmonics, the ratio of which to the value of the 1st harmonic is up to (30. ..40)%, which leads to a significant distortion of the sinusoidal voltage shape in the signal winding and, as a consequence, to phase shifts during further processing of the signal from the ring signal winding in the amplifier-converter path of the system which reduces the accuracy of a hydrodynamic gyroscope measuring the angular displacements of an object, such as rockets.
Общими признаками с предлагаемым гидродинамическим гироскопом является наличие в прототипе корпуса, ротора с регулируемой, частично заполненной жидкостью полостью, выполненного из левой и правой жестко соединенных между собой через регулируемый элемент чашек с внутренней сферической поверхностью, центры сфер которых смещены из центра полости ротора, размещенный в полости ротора сферический поплавок с установленным в экваториальной плоскости поплавка постоянным кольцевым магнитом, выполненным в соответствии с соотношениями:Common signs with the proposed hydrodynamic gyroscope is the presence in the prototype of the housing, the rotor with an adjustable, partially filled with liquid cavity, made of left and right cups rigidly interconnected through an adjustable element with internal spherical surface, the centers of the spheres of which are offset from the center of the rotor cavity, located in rotor cavity a spherical float with a permanent ring magnet installed in the equatorial plane of the float, made in accordance with the ratios:
; ; ; ;
где h, δ, DМ - соответственно высота, толщина и наружный диаметр постоянного кольцевого магнита, DП - диаметр поплавка, цилиндрического магнитопровода, регулируемого корректирующего устройства в виде двух цилиндрических колец из магнитомягкого материала, установленных на внутренней поверхности цилиндрического магнитопровода коаксиально ротору с возможностью аксиального перемещения, сигнальной обмотки, размещенной в зазоре между магнитопроводом и ротором, электродвигателя.where h, δ, D M are the height, thickness and outer diameter of the permanent ring magnet, respectively, D P is the diameter of the float, cylindrical magnetic circuit, adjustable correction device in the form of two cylindrical rings of soft magnetic material mounted on the inner surface of the cylindrical magnetic circuit coaxially to the rotor with the possibility axial movement of the signal winding located in the gap between the magnetic circuit and the rotor of the electric motor.
В отличие от прототипа в предлагаемом авторами гидродинамическом гироскопе введен полый каркас из электроизоляционного материала с кольцевой проточкой на наружной стороне, установленный внутри цилиндрического магнитопровода с расположением кольцевой проточки симметрично экваториальной плоскости поплавка, кольцевая сигнальная обмотка уложена в кольцевой проточке каркаса в виде многорядовой обмотки с четным количеством рядов с укладкой провода вплотную виток к витку. Ширина кольцевой проточки определяется из соотношения , где Q - расстояние между поверхностями магнитопровода и кольцевого постоянного магнита, h - высота кольцевого постоянного магнита, а кольцевой постоянный магнит выполнен из магнитотвердого сплава на основе Fe-Cr-Co, содержащего (23,5-28,5)% Cr, (11-13)% Со, (0,8-1,0)% Al, (0,5-1,0)% Ni, (0,7-1,0)% V, остальное Fe, подвергнутого пластической деформации со степенью обжатия (50-70)%.In contrast to the prototype, the hydrodynamic gyroscope proposed by the authors introduced a hollow frame made of electrical insulating material with an annular groove on the outside installed inside a cylindrical magnetic circuit with an annular groove located symmetrically to the equatorial plane of the float, the annular signal winding is laid in the annular groove of the frame in the form of an even row winding with an even number rows with laying the wire close to the turn. The width of the annular groove is determined from the ratio where Q is the distance between the surfaces of the magnetic circuit and the annular permanent magnet, h is the height of the annular permanent magnet, and the annular permanent magnet is made of a hard alloy based on Fe-Cr-Co containing (23.5-28.5)% Cr, ( 11-13)% Co, (0.8-1.0)% Al, (0.5-1.0)% Ni, (0.7-1.0)% V, the rest of Fe subjected to plastic deformation with the degree of compression (50-70)%.
Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.It is this that allows us to conclude that there is a causal relationship between the totality of the essential features of the claimed technical solution and the achieved technical result.
Указанные признаки, отличительные от прототипа, и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.These signs, distinguishing from the prototype, and to which the requested amount of legal protection applies, in all cases are sufficient.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности гидродинамического гироскопа. Повышение точности гироскопа обеспечивается за счет увеличения коэффициента передачи, уменьшения величины 2-й и 3-й гармоник синусоидального напряжения в сигнальной обмотке, уменьшения величины нулевого сигнала.The task of the invention is to improve the accuracy of a hydrodynamic gyroscope. Improving the accuracy of the gyroscope is ensured by increasing the transfer coefficient, reducing the values of the 2nd and 3rd harmonics of the sinusoidal voltage in the signal winding, and decreasing the value of the zero signal.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном гидродинамическом гироскопе, содержащем корпус, ротор с регулируемой, частично заполненной жидкостью полостью, выполненной из левой и правой жестко соединенных между собой через регулируемый элемент чашек, центры сфер, которых смещены из центра полости ротора, размещенный в полости ротора сферический поплавок с установленным в его экваториальной плоскости постоянным кольцевым магнитом, выполненным в соответствии с соотношением ; ; где h, δ, DМ - соответственно высота, толщина и наружный диаметр кольцевого магнита, DП - диаметр поплавка, цилиндрический магнитопровод, регулируемое корректирующее устройство в виде двух цилиндрических колец из магнитомягкого материала, установленных на внутренней поверхности цилиндрического магнитопровода коаксиально ротору с возможностью аксиального перемещения, сигнальную обмотку, размещенную в зазоре между цилиндрическим магнитопроводом и ротором, электродвигатель, дополнительно введен полый цилиндрический каркас из электроизоляционного материала с кольцевой проточкой на наружной поверхности, установленный внутри цилиндрического магнитопровода. Кольцевая проточка располагается симметрично относительно экваториальной плоскости поплавка и выполнена шириной, определяемой из соотношения , где Q - расстояние между поверхностями магнитопровода и кольцевого постоянного магнита, h - высота кольцевого магнита. Кольцевая сигнальная обмотка уложена в кольцевой проточке каркаса в виде многорядовой обмотки с укладкой провода вплотную виток к витку с четным количеством рядов. Кольцевой постоянный магнит выполнен из магнитотвердого сплава на основе Fe-Cr-Co, содержащего (23,5-28,5)% Cr, (11-13)% Со, (0,8-1,0)% Al, (0,5-1,0)% Ni, (0,7-1,0)% V остальное Fe, подвергнутого пластической деформации со степенью обжатия (50-70)%.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in a known hydrodynamic gyroscope containing a housing, the rotor with an adjustable, partially filled with liquid cavity made of left and right cups rigidly interconnected through an adjustable element, the centers of the spheres that are offset from the center of the rotor cavity A spherical float placed in the cavity of the rotor with a permanent ring magnet installed in its equatorial plane, made in accordance with the ratio ; ; where h, δ, D M are respectively the height, thickness and outer diameter of the annular magnet, D P is the diameter of the float, a cylindrical magnetic circuit, an adjustable corrective device in the form of two cylindrical rings of magnetically soft material mounted on the inner surface of the cylindrical magnetic circuit coaxially to the rotor with the possibility of axial movement, a signal winding located in the gap between the cylindrical magnetic circuit and the rotor, an electric motor, an additional hollow cylindrical frame made of electric olyatsionnogo material with an annular groove on the outer surface, set inside a cylindrical yoke. The annular groove is located symmetrically relative to the equatorial plane of the float and is made of a width determined from the relation where Q is the distance between the surfaces of the magnetic circuit and the annular permanent magnet, h is the height of the annular magnet. An annular signal winding is laid in the annular groove of the frame in the form of a multi-row winding with laying the wire close to the coil with an even number of rows. The ring permanent magnet is made of a magnetically hard alloy based on Fe-Cr-Co containing (23.5-28.5)% Cr, (11-13)% Co, (0.8-1.0)% Al, (0 , 5-1.0)% Ni, (0.7-1.0)% V the rest of Fe subjected to plastic deformation with a reduction ratio of (50-70)%.
Новая совокупность элементов, а также наличие связей между ними, позволяет, в частности:A new set of elements, as well as the presence of connections between them, allows, in particular:
- за счет введения цилиндрического полого каркаса из электоизоляционного материала с кольцевой проточкой по наружной поверхности и укладки кольцевой сигнальной обмотки в проточке виток к витку с четным количеством витков уменьшить нулевой сигнал гироскопа, а выполнение проточки шириной повысить крутизну характеристики S, уменьшить внутреннее сопротивление обмотки, что улучшает условия согласования с входом блока системы управления, преобразующего выходной сигнал гироскопа, и уменьшить количество обмоточного провода;- due to the introduction of a cylindrical hollow frame made of an insulating material with an annular groove on the outer surface and laying of the annular signal winding in the coil to the coil with an even number of turns, reduce the zero gyro signal, and the groove width increase the steepness of the characteristic S, reduce the internal resistance of the winding, which improves the matching conditions with the input of the control system unit that converts the output signal of the gyroscope, and reduce the number of winding wire;
- за счет выполнения постоянного кольцевого магнита из магнитотвердого сплава на основе Fe-Cr-Co, подвергнутого пластической деформации со степенью обжатия (50-70)% (см. график Фиг.3) уменьшить в 3-4 раза величину 2-й и 3-й гармоник в синусоидальном выходном напряжении в сигнальной обмотке, обеспечить точность выполнения размеров кольцевого магнита и возможность его обработки методом точения.- due to the implementation of a permanent ring magnet of a hard magnetic alloy based on Fe-Cr-Co, subjected to plastic deformation with a compression ratio of (50-70)% (see graph of Figure 3), reduce the values of 2 and 3 by 3-4 times -th harmonics in the sinusoidal output voltage in the signal winding, to ensure the accuracy of the dimensions of the ring magnet and the possibility of its processing by turning.
Это повышает точность гироскопа и технологичность его изготовления.This increases the accuracy of the gyroscope and the manufacturability of its manufacture.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен гидродинамический гироскоп, на фиг.2 приведена схема распределения магнитной индукции В в зазоре между магнитопроводом и постоянным кольцевым магнитом, на фиг.3 показана зависимость 2-й и 3-й гармоник в синусоидальном выходном напряжении с сигнальной кольцевой обмотки в зависимости от степени обжатия сплава на основе Fe-Cr-Co постоянного кольцевого магнита.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a hydrodynamic gyroscope, Fig. 2 shows the distribution of magnetic induction B in the gap between the magnetic circuit and a permanent ring magnet, Fig. 3 shows the dependence of the 2nd and 3rd harmonics in the sinusoidal output voltage from the signal ring winding, depending on the degree of compression of the alloy based on Fe-Cr-Co permanent ring magnet.
Предлагаемый гидродинамический гироскоп содержит корпус 1, вращающийся от внешнего электродвигателя 2, ротор 3, выполненный из левой 4 и правой 5 чашек, жестко соединенных между собой через регулируемый элемент 6. Внутренняя поверхность чашек выполнена сферической, центры сфер левой 4 и правой 5 чашек O1 и О2 соответственно смещены из центра полости О. Образованная полость 7 частично заполнена жидкостью 8, в ней размещен сферический поплавок 9 с установленным в его экваториальной плоскости постоянным кольцевым магнитом 10. В корпусе 1 закреплен цилиндрический магнитопровод 11, на краях которого установлены цилиндрические кольца 12, 13 из магнитомягкого материала. В цилиндрическом магнитопроводе 11 установлен полый цилиндрический каркас 14 с кольцевой проточкой 15, в котором размещена кольцевая сигнальная обмотка 16, уложенная рядами виток к витку с четным количеством рядов.The proposed hydrodynamic gyroscope contains a housing 1, rotating from an external
Гироскоп работает следующим образом.The gyroscope works as follows.
Система координат XYZ связана с ротором 3, система X1Y1Z1 - с поплавком 9. При вращении ротора 3 с угловой скоростью Ω поплавок 9 за счет сил гидродинамического давления со стороны жидкости 8, увлекаемой во вращение внутренней поверхностью чашек 4 и 5, размещается в центре О полости 7 ротора и за счет сил вязкого трения приводится во вращение с угловой скоростью Ω. Оси собственного вращения поплавка 9 и ротора 3 совпадают с осью ОХ. Магнитный поток Ф постоянного кольцевого магнита 10, проходя через воздушный зазор Q, замыкается через магнитопровод 11. Магнитный поток Ф при этом скользит вдоль плоскости витков кольцевой сигнальной катушки 16, не пересекая их. Напряжение Uc на выходе обмотки при этом равно нулю.The coordinate system XYZ is connected with the rotor 3, the system X 1 Y 1 Z 1 - with the float 9. When the rotor 3 is rotated with an angular velocity Ω, the float 9 due to the hydrodynamic pressure from the liquid side 8, entrained by the inner surface of the cups 4 and 5, is placed in the center O of the cavity 7 of the rotor and, due to viscous friction forces, is driven into rotation with an angular velocity Ω. The axis of proper rotation of the float 9 and rotor 3 coincide with the axis OX. The magnetic flux F of the
При угловом перемещении гироскопа, например в плоскости ZOX с угловой скоростью ωВХ на поплавок 9 действует гироскопический момент МГ=Н·ωВХ, где Н - кинитический момент поплавка. Поплавок стремится сохранить свое положение в пространстве, и между осями собственного вращения ротора 3 и поплавка 9 появляется угол рассогласования α=Т·ωВХ, где Т - постоянная времени гироскопа.When the gyroscope is angularly moved, for example, in the ZOX plane with an angular velocity ω ВХ, the float 9 is affected by the gyroscopic moment М Г = Н · ω ВХ , where Н is the kinetic moment of the float. The float tends to maintain its position in space, and between the axes of proper rotation of the rotor 3 and the float 9 there appears a mismatch angle α = T · ω BX , where T is the gyro time constant.
При этом на поплавок 9 действует момент сил вязкого трения МВТ=кВТ· Ω·α, где кВТ - коэффициент сил вязкого трения поплавка о жидкость. Момент МВТ уравновешивает гироскопический момент МГ.At the same time, the moment of viscous friction forces M BT = kT · Ω · α, where kT is the coefficient of viscous friction forces of the float against the liquid, acts on the float 9. Moment M VT balances the gyroscopic moment M G.
При наличие уводящего момента от несферичности поплавка и камеры путем перемещения чашек 4 и 5 вдоль оси ОХ посредством регулируемого элемента 6 уводящий момент сводится к нулю.In the presence of a leading moment from non-sphericity of the float and chamber by moving the cups 4 and 5 along the axis OX by means of an adjustable element 6 reduced to zero.
Уводящий момент от сил магнитного тяжения между постоянным кольцевым магнитом 10 и магнитопроводом 11 компенсируется путем аксиального перемещения цилиндрических колец 12, 13 внутри магнитопровода 11.Leading moment from the forces of magnetic traction between the permanent
При возникновении угла рассогласования а между осями вращения поплавка 9 и ротора 3 магнитный поток Ф пересекает витки сигнальной обмотки 16 под углом α, при этом на выходе сигнальной обмотки появляется напряжение ,When there is a mismatch angle a between the axes of rotation of the float 9 and the rotor 3, the magnetic flux Φ intersects the turns of the signal winding 16 at an angle α, and a voltage appears at the output of the signal winding ,
где - значение магнитной индукции в середине воздушного зазора между кольцевым магнитом 9 и магнитопроводом 11,Where - the value of magnetic induction in the middle of the air gap between the annular magnet 9 and the
S - площадь внешней поверхности кольцевого магнита 10,S is the area of the outer surface of the
N - число витков в кольцевой сигнальной обмотке 16,N is the number of turns in the annular signal winding 16,
Ω - угловая скорость собственного вращения поплавка 9. Ω is the angular velocity of the own rotation of the float 9.
За счет выполнения постоянного кольцевого магнита 10 из сплава на основе Fe-Cr-Co, подвергнутого пластической деформации со степенью обжатия (50-70)% в синусоидальном сигнале Uс на выходе кольцевой сигнальной обмотки 16 величина 2-й и 3-й гармоник не превышает (5-10)% (см. график зависимости на фиг.3).Due to the implementation of a
Выполнение гидродинамического гироскопа в соответствии с изобретением позволило повысить точность гироскопа за счет уменьшения нулевого сигнала, снижения величин 2-й и 3-й гармоник в выходном синусоидальном сигнале, что позволяет улучшить точностные характеристики систем управления и стабилизации реактивных снарядов, в частности, снарядов реактивных систем залпового огня.The implementation of the hydrodynamic gyroscope in accordance with the invention allowed to increase the accuracy of the gyroscope by reducing the zero signal, reducing the values of the 2nd and 3rd harmonics in the output sinusoidal signal, which improves the accuracy characteristics of control systems and stabilization of rockets, in particular, rockets of reactive systems volley fire.
Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов, выполненных в соответствии с изобретением.The indicated positive effect is confirmed by tests of prototypes made in accordance with the invention.
В настоящее время разработана конструкторская документация, намечено серийное производство.Currently, design documentation has been developed, mass production is planned.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006132884/28A RU2310163C1 (en) | 2006-09-14 | 2006-09-14 | Hydrodynamic gyroscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006132884/28A RU2310163C1 (en) | 2006-09-14 | 2006-09-14 | Hydrodynamic gyroscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2310163C1 true RU2310163C1 (en) | 2007-11-10 |
Family
ID=38958346
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006132884/28A RU2310163C1 (en) | 2006-09-14 | 2006-09-14 | Hydrodynamic gyroscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2310163C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2594628C1 (en) * | 2015-04-28 | 2016-08-20 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Two degrees of freedom float gyroscope |
CN112462085A (en) * | 2020-11-17 | 2021-03-09 | 吉林大学 | Electrochemical fluid gyroscope |
-
2006
- 2006-09-14 RU RU2006132884/28A patent/RU2310163C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
АНДРЕЙЧЕНКО К.П. ДИНАМИКА ПОПЛАВКОВЫХ ГИРОСКОПОВ И АКСЕЛЕРОМЕТРОВ. - М.: Машиностроение, 1987, с.7-8. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2594628C1 (en) * | 2015-04-28 | 2016-08-20 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Two degrees of freedom float gyroscope |
CN112462085A (en) * | 2020-11-17 | 2021-03-09 | 吉林大学 | Electrochemical fluid gyroscope |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105136170B (en) | A kind of suspension rotor class gyroscopic drift error high accuracy online compensation method | |
JPS59131028A (en) | Method of orienting rotor shaft of revolution body with magnetic suspension system passive in radial direction and active in axial direction | |
US12013237B2 (en) | Quasi-zero-stiffness based six-degree-of-freedom absolute displacement and attitude measurement device | |
RU2310163C1 (en) | Hydrodynamic gyroscope | |
WO2017098753A1 (en) | Magnetic field measuring method, coil position correction method, and magnetic field measuring apparatus | |
US2815584A (en) | Gyro combining limited freedom and angular rate sensitivity | |
US2173039A (en) | Transmission dynamometer | |
CN107314737A (en) | A kind of magnetic suspension rotor axial displacement radial measurement method | |
CN108710001A (en) | Two axis one gyroaccelerometers of one kind and method of servo-controlling | |
US3089044A (en) | Electromagnetic transducer device | |
RU2594628C1 (en) | Two degrees of freedom float gyroscope | |
KR102558334B1 (en) | Magnetic encoder and its manufacturing method | |
CN104038009A (en) | Hybrid magnetic-circuit torquer and flexible gyroscope comprising the same | |
US3176523A (en) | Two axis rate gyro | |
US3365960A (en) | Gyroscope | |
CN108872637A (en) | A kind of two axis flexible pendulous accelerometers | |
US2953925A (en) | Fluid mass gyroscope | |
RU2410645C1 (en) | Hydrodynamic gyroscope | |
RU2401975C1 (en) | System of angular stabilisation of revolving jet projectile | |
RU2687169C1 (en) | Dynamically tuned gyroscope | |
US4461176A (en) | Miniature gyroscope | |
US3258976A (en) | Azimuth alignment sensor | |
RU2230293C1 (en) | Hydrodynamic gyroscope | |
US4658659A (en) | Gyroscope | |
CN111721962B (en) | Flow velocity measuring method based on Magnus effect |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080915 |