浮球式慣性平臺(tái)內(nèi)部流場(chǎng)及力學(xué)特性研究.pdf

1、浮球式慣性平臺(tái)是一種新型的無(wú)框架平臺(tái)式慣性測(cè)量系統(tǒng)，浮球平臺(tái)利用浮球代替框架系統(tǒng)，有利于提高慣性測(cè)量組合的測(cè)量精度和對(duì)惡劣動(dòng)態(tài)環(huán)境的適應(yīng)能力。我國(guó)在精密制造、電路設(shè)計(jì)等方面取得巨大進(jìn)步，已具備開(kāi)展浮球平臺(tái)研制的能力。本文研究了浮球平臺(tái)的流場(chǎng)和力學(xué)特性，以期為浮球平臺(tái)的研制工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本文的主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　1.浮球平臺(tái)流場(chǎng)為封閉流場(chǎng)并呈現(xiàn)出多入口多出口的特性，根據(jù)浮球平臺(tái)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，選取合適的流場(chǎng)計(jì)算區(qū)域并進(jìn)行

2、網(wǎng)格劃分，利用計(jì)算流體力學(xué)的方法對(duì)浮球平臺(tái)懸浮液的流動(dòng)進(jìn)行仿真計(jì)算，得到流場(chǎng)的壓力分布和速度矢量分布。流場(chǎng)壓力分布表明懸浮墊對(duì)內(nèi)球體起主要的液體靜壓支承作用；外球殼不同轉(zhuǎn)速下，內(nèi)球體所受流場(chǎng)干擾力矩遠(yuǎn)小于外球殼所受干擾力矩，表明懸浮液對(duì)載體角運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)具有隔離作用。
　　2.針對(duì)懸浮墊球面液壓支承力作用，根據(jù)液體靜壓支承原理，分析了懸浮墊液壓支承的承載能力、液膜剛度和阻尼特性，建立了懸浮墊液壓支承力模型。根據(jù)內(nèi)球體上懸浮墊的位置分布

3、及懸浮墊液壓支承力模型，建立載體加速運(yùn)動(dòng)下內(nèi)球體動(dòng)力學(xué)模型，仿真分析了過(guò)載大小、過(guò)載方向、懸浮液流量、懸浮墊初始間隙及不同過(guò)載激勵(lì)對(duì)內(nèi)球體運(yùn)動(dòng)的影響。分析結(jié)果表明，這些因素影響內(nèi)球體在外球殼內(nèi)的偏心距和振動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間。
　　3.研究了浮球平臺(tái)內(nèi)球體受到的粘性力矩。首先根據(jù)瑞利準(zhǔn)則判斷外球殼轉(zhuǎn)動(dòng)引起的懸浮液流動(dòng)為穩(wěn)定流動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)同心球面間的流動(dòng)特性建立了外球殼轉(zhuǎn)動(dòng)下光滑內(nèi)球體所受粘性力矩模型，基于流體靜壓潤(rùn)滑理論推導(dǎo)了適用于

4、懸浮墊的柱坐標(biāo)形式雷諾方程，并結(jié)合內(nèi)球體懸浮墊與外球殼轉(zhuǎn)軸的幾何關(guān)系，建立了外球殼轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)懸浮墊所受粘性力矩的模型。對(duì)比模型計(jì)算值與CFD計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值表明，粘性力矩模型計(jì)算值與CFD計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值存在差別，但均屬同一數(shù)量級(jí)，可為浮球平臺(tái)穩(wěn)定控制的設(shè)計(jì)提供參考。
　　4.基于浮球平臺(tái)的液壓支承系統(tǒng)，推導(dǎo)了發(fā)射慣性系下浮球平臺(tái)的導(dǎo)航解算方程，經(jīng)積分計(jì)算后，得到加速度，速度及位移的解算值。對(duì)比解算值和實(shí)際值可得，根據(jù)內(nèi)球體感應(yīng)出的加速度