氣浮陀螺儀干擾力矩影響因素研究.pdf

1、隨著慣性導航技術的發(fā)展及其應用領域的擴大，慣性系統(tǒng)對陀螺儀漂移精度的要求也越來越高。同時，越來越多的新型陀螺儀逐漸發(fā)展起來，例如：靜電陀螺儀、激光陀螺儀、光纖陀螺儀、振動陀螺儀和微機械陀螺儀等。憑借技術成熟和成本低廉等優(yōu)勢，傳統(tǒng)結構的氣浮陀螺儀仍然在慣性導航領域發(fā)揮著不可替代的作用。然而，受到加工技術等方面的限制，國內氣浮陀螺儀生產合格率和穩(wěn)定性都較低，這大大降低了生產效率、增加了生產成本。影響氣浮陀螺儀漂移精度的因素很多，如加工誤差等

2、引起的渦流力矩和陀螺儀浮子組件質心位置熱不穩(wěn)定性引起的干擾力矩等。這些干擾力矩對漂移精度的影響錯綜復雜，一直制約著氣浮陀螺儀精度的提高。因此，如何有效地控制諸因素引起的干擾力矩以進一步提高氣浮陀螺儀漂移精度是目前迫切需要解決的關鍵問題。
　　本文介紹了氣浮陀螺儀漂移誤差模型，分析了引起陀螺儀K0和K1項漂移系數(shù)增大的影響因素。其中，引起氣浮陀螺儀氣膜不均勻流動的加工誤差等因素影響K0項漂移系數(shù)，而陀螺儀浮子組件質心位置的熱不穩(wěn)定性

3、是影響K1項漂移系數(shù)的主要因素。因此，針對以上問題著重研究了諸因素對氣浮陀螺儀干擾力矩的影響規(guī)律，進而為提高陀螺漂移精度提供理論指導。
　　文中所研究的氣浮陀螺儀各部分氣膜分別采用柱坐標和笛卡爾坐標表達式，即：氣浮陀螺儀止推氣膜部分和節(jié)流狹縫部分使用柱坐標系表達式，而浮子徑向承載氣膜部分則可以展開成笛卡爾坐標系表達式，通過相容性變換實現(xiàn)了柱坐標系與笛卡爾坐標系表達式的統(tǒng)一，進而建立了相同形式的數(shù)學表達式?；跉怏w靜壓潤滑雷諾方程式

4、，利用有限元方法，推導了求解氣浮陀螺儀氣膜壓力分布的有限元方程組。基于Christensen粗糙表面隨機模型，分別推導了考慮縱向和橫向表面粗糙度的雷諾方程。在求得陀螺儀氣膜壓力數(shù)值解的基礎上，給出了根據(jù)有限元節(jié)點壓力求解氣浮陀螺儀渦流力矩和徑向承載能力的計算公式。利用商業(yè)數(shù)學軟件MATLAB，編寫了求解雷諾方程的有限元程序，實現(xiàn)了上述因素對氣浮陀螺儀渦流力矩影響的研究，以及氣膜壓力分布結果的可視化輸出。
　　氣浮陀螺儀加工和裝配中

5、產生的形狀誤差是 K0項漂移系數(shù)的重要影響因素。本文建立了氣浮陀螺儀浮子橢圓形誤差、浮子三棱形誤差、節(jié)流狹縫平行度誤差以及浮子徑向偏心率的數(shù)學模型，并將模型代入有限元方程中，求得了以上因素對氣浮陀螺儀氣膜壓力分布的影響規(guī)律，進而分析了其對渦流力矩的影響，提出了有效控制渦流力矩的方法。此外，還分析了氣膜厚度和供氣壓力對陀螺渦流力矩的影響規(guī)律，并且得到了氣浮陀螺儀節(jié)流狹縫寬度和氣膜厚度的合理匹配數(shù)值。利用圖像處理渦流力矩測試儀，檢測了若干陀

6、螺組件的渦流力矩數(shù)值，一定程度驗證了仿真的合理性。
　　因為氣浮陀螺儀的氣膜厚度很薄，而且渦流力矩是一個敏感量，所以表面粗糙度引起的氣浮陀螺儀浮子周圍氣膜壓力分布變化將對渦流力矩產生影響。建立了表面粗糙度輪廓算術平均偏差與雷諾方程式中表面粗糙度參數(shù)的聯(lián)系，利用推導的考慮表面粗糙度的雷諾方程，研究了表面粗糙度大小和方向對氣浮陀螺儀渦流力矩的影響規(guī)律。
　　氣浮陀螺儀浮子組件質心位置的熱穩(wěn)定性是 K1項漂移系數(shù)的重要影響因素。本