浮球式慣性平臺內(nèi)部流場及力學特性研究.pdf

1、浮球式慣性平臺是一種新型的無框架平臺式慣性測量系統(tǒng)，浮球平臺利用浮球代替框架系統(tǒng)，有利于提高慣性測量組合的測量精度和對惡劣動態(tài)環(huán)境的適應能力。我國在精密制造、電路設計等方面取得巨大進步，已具備開展浮球平臺研制的能力。本文研究了浮球平臺的流場和力學特性，以期為浮球平臺的研制工作打下堅實基礎。本文的主要工作包括以下幾個方面：
　　1.浮球平臺流場為封閉流場并呈現(xiàn)出多入口多出口的特性，根據(jù)浮球平臺的流場結(jié)構(gòu)，選取合適的流場計算區(qū)域并進行

2、網(wǎng)格劃分，利用計算流體力學的方法對浮球平臺懸浮液的流動進行仿真計算，得到流場的壓力分布和速度矢量分布。流場壓力分布表明懸浮墊對內(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)球體所受流場干擾力矩遠小于外球殼所受干擾力矩，表明懸浮液對載體角運動運動具有隔離作用。
　　2.針對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，建立載體加速運動下內(nèi)球體動力學模型，仿真分析了過載大小、過載方向、懸浮液流量、懸浮墊初始間隙及不同過載激勵對內(nèi)球體運動的影響。分析結(jié)果表明，這些因素影響內(nèi)球體在外球殼內(nèi)的偏心距和振動穩(wěn)定時間。
　　3.研究了浮球平臺內(nèi)球體受到的粘性力矩。首先根據(jù)瑞利準則判斷外球殼轉(zhuǎn)動引起的懸浮液流動為穩(wěn)定流動。在此基礎上，根據(jù)同心球面間的流動特性建立了外球殼轉(zhuǎn)動下光滑內(nèi)球體所受粘性力矩模型，基于流體靜壓潤滑理論推導了適用于

4、懸浮墊的柱坐標形式雷諾方程，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)動時懸浮墊所受粘性力矩的模型。對比模型計算值與CFD計算值和實驗值表明，粘性力矩模型計算值與CFD計算值和實驗值存在差別，但均屬同一數(shù)量級，可為浮球平臺穩(wěn)定控制的設計提供參考。
　　4.基于浮球平臺的液壓支承系統(tǒng)，推導了發(fā)射慣性系下浮球平臺的導航解算方程，經(jīng)積分計算后，得到加速度，速度及位移的解算值。對比解算值和實際值可得，根據(jù)內(nèi)球體感應出的加速度