×
13.02.2018
218.016.1e91

ДВУХСТЕПЕННОЙ ПОПЛАВКОВЫЙ ГИРОСКОП

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002641018
Дата охранного документа
15.01.2018
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов. Сущность изобретения заключается в том, что электроды на внутренней поверхности цилиндра двухстепенного поплавкового гироскопа устанавливают таким образом, что плоскость симметрии i-той пары электродов в каждой системе, проходящая через продольную ось корпуса, составляет с плоскостью, проходящей через ось вращения ротора гиромотора и продольную ось корпуса, угол, равный α=180⋅(2i+1)/m, где m - количество электродов в одной системе, i=0, 1, 2… - порядковый номер плоскости симметрии пары электродов. Технический результат – уменьшение времени готовности гироскопа, расширение диапазона функционирования гироскопа без потери точности. 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве прецизионных двухстепенных поплавковых гироскопов (далее - гироскоп).

Известен двухстепенной поплавковый гироскоп [1]. Гироскоп содержит герметичный корпус, цилиндрическую поплавковую камеру с гиромотором, установленную в жидкости внутри корпуса, бесконтактный подвес поплавковой камеры электромагнитного типа, включающий два конусных ротора, размещенных по торцам камеры, и два статора, установленных на соответствующих торцевых крышках. Обмотки статоров подключены к блоку управления положением камеры относительно корпуса. На внешней цилиндрической части корпуса размещены обмотка обогрева и обмотка термодатчика. На торцевой крышке установлен сильфон для компенсации объемного расширения жидкости.

Недостатком гироскопа является низкая точность, обусловленная нестабильностью момента, действующего со стороны электромагнитного подвеса. Причиной нестабильности момента является нестабильность параметров материала - феррита, применяемого для изготовления элементов подвеса, его чувствительность к изменениям внешних условий.

Известен также двухстепенной поплавковый гироскоп [2], который принимаем за прототип. Гироскоп содержит герметичный корпус с двумя торцевыми крышками, цилиндрическую поплавковую гирокамеру, установленную в корпусе на ограничительных камневых опорах. Зазор между корпусом гироскопа и гирокамерой заполнен поддерживающей жидкостью, радиальный электростатический подвес гирокамеры, включающий цилиндр с двумя идентичными системами пар электродов, установленными на внутренней поверхности цилиндра вдоль поплавковой камеры, изолированных от корпуса. В каждой системе плоскость симметрии первой пары электродов, проходящая через продольную ось корпуса гироскопа, совпадает с плоскостью, проходящей через ось вращения ротора гиромотора и продольную ось корпуса. Плоскость симметрии второй пары электродов, проходящая через продольную ось корпуса гироскопа, совпадает с плоскостью, проходящей через измерительную ось и продольную ось корпуса. Гироскоп содержит также систему управления электростатическим подвесом, обмотку обогрева и обмотку термодатчика, размещенные на наружной цилиндрической поверхности корпуса, датчик угла, датчик момента.

Недостатками гироскопа-прототипа являются:

- длительное время готовности, определяемое временем приведения поплавковой гирокамеры в положение центрирования;

- малый диапазон угловых скоростей, в котором гироскоп функционирует без потери точности, определяемый способностью подвеса компенсировать силы от действия гироскопического момента, возникающего при вращении гироскопа вокруг продольной оси подвеса поплавковой камеры. Превышение сил от действия гироскопического момента, сил, прикладываемых со стороны электростатического подвеса, приводит к развороту камеры до механического контакта в ограничительных опорах, что обуславливает снижение точности гироскопа.

Указанные недостатки обусловлены недостаточной силой, действующей со стороны электростатического подвеса.

Задачей настоящего изобретения является совершенствование конструкции поплавкового двухстепенного гироскопа.

Достигаемый технический результат - уменьшение времени готовности гироскопа, расширение диапазона функционирования гироскопа без потери точности.

Поставленная задача решается тем, что в известном двухстепенном поплавковом гироскопе, содержащем корпус с двумя торцевыми крышками; цилиндрическую поплавковую гирокамеру, установленную в корпусе на ограничительных камневых опорах; поддерживающую жидкость, заполняющую зазор между корпусом гироскопа и гирокамерой; радиальный электростатический подвес гирокамеры, включающий цилиндр, установленный внутри корпуса соосно с ним, на внутренней поверхности которого вдоль поплавковой камеры изолированно от корпуса установлены две идентичные системы электродов, жестко связанных с цилиндром; систему управления электростатическим подвесом; обмотку обогрева и обмотку термодатчика, размещенные на наружной цилиндрической поверхности корпуса; датчик угла; датчик момента. При этом электроды на внутренней поверхности цилиндра установлены таким образом, что плоскость симметрии i-й пары электродов в каждой системе, проходящая через продольную ось корпуса, составляет с плоскостью, проходящей через ось вращения ротора гиромотора и продольную ось корпуса, угол, равный:

α=180⋅(2i+1)/m,

где i=0, 1, 2… - порядковый номер плоскости симметрии пары электродов;

m - количество электродов в одной системе.

Предлагаемое изобретение поясняется фиг. 1, 2, 3.

На фигурах 1, 2, 3 приняты следующие обозначения:

1 - гироскоп,

2 - корпус,

3, 4 - торцевые крышки,

5 - цилиндр,

6 - цилиндрическая поплавковая гирокамера (далее - гирокамера),

7 - ограничительные камневые опоры (далее - опоры),

81-111, 82-112 - электроды,

12 - жидкость,

13 - датчик угла,

14 - датчик момента,

15 - обмотка обогрева,

16 - обмотка термодатчика,

17, 18 - блоки управления,

19 - схема измерения линейного перемещения гирокамеры (далее - емкостной датчик),

20 - высоковольтный усилитель (далее - усилитель),

21 - генератор,

22 - сильфон,

n - количество систем в подвесе (в данном случае n=2),

А - плоская развертка двух ортогональных систем электродов,

X, Y, Z - оси симметрии двух ортогональной системы координат,

O - центр двух ортогональных системы координат,

A1 - плоская развертка первой ортогональной системы из m=4,

X1, Y1, Z1 - оси симметрии первой ортогональной системы координат,

O1 - центр первой ортогональной системы координат,

А2 - плоская развертка второй ортогональной систем из m=4,

Х2, Y2, Z2 - оси симметрии второй ортогональной системы координат,

О2 - центр второй ортогональной системы координат,

С - конденсаторы системы измерения перемещения,

α - угол между осью ортогональной системы координат и осью,

ζ - ось из начала координат и центром электрода.

Предлагаемый гироскоп 1 (фиг. 1) состоит из корпуса 2 с двумя торцевыми крышками 3, 4; цилиндра 5 (выполнен из материала с электроизоляционными свойствами, например, из керамики), установленного внутри корпуса 2 соосно с ним; цилиндрической поплавковой гирокамеры 6, установленной внутри корпуса 2 соосно с цилиндром 5 на ограничительных камневых опорах 7. На внутренней поверхности цилиндра 5 вдоль цилиндрической поверхности гирокамеры 6 установлены две системы при n=2, m=2(n+2)=8 электродов. Электроды жестко связаны с цилиндром 5.

Зазор между блоком электродов и гирокамерой 6 заполнен жидкостью 12 с удельным весом, близким к удельному весу поплавковой гирокамеры 6. Опоры 7 необходимы для обеспечения технологичности сборки гироскопа 1, кроме того, они ограничивают перемещения гирокамеры 6 в рабочем зазоре гироскопа 1. На оси гирокамеры 6 установлены датчик угла 13 и датчик момента 14. Обмотка обогрева 15 и обмотка термодатчика 16 размещены на наружной цилиндрической поверхности корпуса 2 и подключены к системе регулирования температуры гироскопа 1 (не показана). Система регулирования температуры настроена на поддержание температуры в рабочем зазоре гироскопа 1, близкой к температуре нулевой плавучести гирокамеры 6. На торцевой крышке 4 установлен сильфон 22 для компенсации объемных расширений жидкости 12.

На фиг. 2 показана развертка цилиндра для n=2, содержащая электроды 81-111 (82-112).

Электроды на внутренней поверхности цилиндра 5 установлены таким образом, что плоскость симметрии i-й пары электродов в каждой системе, проходящая через продольную ось ОХ корпуса 2, составляет с плоскостью, проходящей через ось вращения ротора гиромотора OZ и продольную ось ОХ корпуса 2, угол, равный α=180⋅(2i+1)/m.

На фиг. 3 показана система для m=4. В этом случае плоскость симметрии OXξ11(OXξ12) электродов 91 (92) располагается под углом α1=45° к плоскости OXZ, проходящей через ось вращения ротора OZ гиромотора и продольную ось ОХ корпуса 2; плоскость симметрии OXξ21(OXξ22) электродов 81 (82) располагается соответственно под углом α2=135°.

Противолежащая пара электродов в каждой системе (на фиг. 3 пара 81-101 и пара 91-111) подключена к соответствующему блоку управления (на фиг. 3 к блокам управления 17 и 18) положением гирокамеры 6 относительно соответствующих электродов. Каждый блок управления, например блок 17, содержит схему измерения перемещения гирокамеры 6 относительно этих электродов (емкостной датчик 19), усилитель 20, генератор 21 для питания емкостного датчика 19. Принцип построения генератора 21, емкостного датчика 19 и усилителя 20 аналогичен принципу построения устройств, приведенных в [2].

Работа гироскопа 1 происходит следующим образом. Гироскоп 1 ориентируют в положение, при котором его продольная ось ОХ горизонтальна. Осуществляют нагрев гироскопа 1 до расчетного (заданного) значения температуры. Приводят гирокамеру 6 в центрируемое положение (положение, в котором сигналы емостного датчика 19 электростатического подвеса равны нулю, а механический контакт в опорах 7 отсутствует); параметры центрируемого положения определяют и фиксируют заранее, для чего включают электростатический подвес. С учетом предлагаемой ориентации электродов, для случая m=8, n=2 (фиг. 3) в каждой n-й системе, установленной по торцам гирокамеры 6, на гирокамеру будет действовать сила R=(Fsinα1+Fsinα2), где F - сила, действующая со стороны двух электродов одной системы n. Со стороны двух систем n будет действовать сила, равная P=2R. Под действием равнодействующей силы Р гирокамера 6 начнет перемещается в центрируемое положение. Время перемещения гирокамеры 6 определяется величиной силы Р.

При вращении основания с гироскопом 1 вокруг продольной оси ОХ возможность перемещения гирокамеры 6 в рабочем зазоре под действием сил гироскопического момента исключается установкой двух систем электродов, создающих угловую жесткость подвеса. Причем диапазон скоростей, при котором гироскоп функционирует без потери точности, без возникновения механического контакта в опорах 7 определяется величиной силы, прикладываемой к гирокамере 6 со стороны электродов 101, 91 (102, 92). С учетом предлагаемой ориентации электродов, для случая m=8, n=2 (фиг. 3) со стороны одной и второй системы на камеру будут действовать силы одного порядка и направленные в противоположные стороны, предотвращающие разворот гирокамеры.

По сравнению с прототипом:

- Время готовности гироскопа, определяемое временем центрирования поплавковой гирокамеры, уменьшается. Уменьшение времени достигается за счет увеличения силы, прикладываемой к поплавковой гирокамере со стороны двух систем электростатического подвеса. В прототипе эта сила равна P1=2F. Для случая m=8, . Увеличение силы достигается путем изменения ориентации электродов.

- Увеличивается диапазон функционирования гироскопа без потери точности. Увеличение диапазона происходит за счет увеличения силы, прикладываемой со стороны электростатического подвеса для компенсации сил от гироскопического момента при вращении гироскопа с основанием вокруг его продольной оси ОХ. В прототипе эта сила равна P3=F. В предлагаемом гироскопе (фиг. 3) . Увеличение силы достигается также путем изменения ориентации электродов.

Таким образом, достигается заявленный технический результат.

На предприятии предлагаемое устройство изготовлено и испытано. Получены положительные результаты. Разработана техническая документация гироскопа. В настоящее время осуществляется подготовка производства поплавковых гироскопов с радиальным электростатическим подвесом поплавковой гирокамеры.

Литература

1. У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард. Теория, проектирование и испытания гироскопов // М.: Мир, 1972, с. 288, 292.

2. Патент РФ №2591287.

Двухстепенной поплавковый гироскоп, содержащий корпус с двумя торцевыми крышками, цилиндрическую поплавковую гирокамеру, установленную в корпусе на ограничительных камневых опорах, поддерживающую жидкость, заполняющую зазор между корпусом гироскопа и гирокамерой, радиальный электростатический подвес гирокамеры, включающий цилиндр, установленный внутри корпуса соосно с ним, на внутренней поверхности которого вдоль поплавковой камеры изолированно от корпуса установлены две идентичные системы электродов, жестко связанных с цилиндром, геометрический центр поверхности плоской развертки одной системы электродов лежит по одну сторону от плоскости, перпендикулярной продольной оси гироскопа, делит цилиндрическую поверхность встроенного цилиндра на две равные части и симметричен геометрическому центру поверхности плоской развертки второй системы, систему управления электростатическим подвесом, обмотку обогрева и обмотку термодатчика, размещенные на наружной цилиндрической поверхности корпуса, датчик угла, датчик момента, отличающийся тем, что электроды на внутренней поверхности цилиндра установливают таким образом, что плоскость симметрии i-той пары электродов в каждой системе, проходящая через продольную ось корпуса, составляет с плоскостью, проходящей через ось вращения ротора гиромотора и продольную ось корпуса, угол, равный α=180⋅(2i+1)/m, где m - количество электродов в одной системе, i=0, 1, 2… - порядковый номер плоскости симметрии пары электродов.
ДВУХСТЕПЕННОЙ ПОПЛАВКОВЫЙ ГИРОСКОП
ДВУХСТЕПЕННОЙ ПОПЛАВКОВЫЙ ГИРОСКОП
ДВУХСТЕПЕННОЙ ПОПЛАВКОВЫЙ ГИРОСКОП
ДВУХСТЕПЕННОЙ ПОПЛАВКОВЫЙ ГИРОСКОП
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 94 items.
20.02.2014
№216.012.a277

Установка для напыления покрытий на прецизионные детали узлов гироприборов

Изобретение относится к установке для напыления покрытий на прецизионные детали узлов гироприборов и может быть использовано в точном приборостроении. Мишень-распылитель создает кольцевую зону потока испаряемого материала средним диаметром D. Держатели с узлами крепления напыляемых деталей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507306
Дата охранного документа: 20.02.2014
27.05.2014
№216.012.caac

Способ изготовления газодинамического подшипника поплавкового гироскопа

Изобретение относится к способу изготовления газодинамического подшипника поплавкового гироскопа. Осуществляют формообразование фланца и опоры с полусферическими встречно обращенными рабочими поверхностями. Ионным травлением выполняют на рабочей поверхности опоры диаметра D аэродинамический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517650
Дата охранного документа: 27.05.2014
20.08.2014
№216.012.ed21

Способ определения погрешности двухстепенного поплавкового гироскопа

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов. Заявлен способ определения погрешности двухстепенного поплавкового гироскопа, включающий установку гироскопа на неподвижном основании,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526513
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.10.2014
№216.012.feb4

Электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора и способ определения углового положения оси ротора

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации электростатических гироскопов со сферическим ротором и оптической системой съема информации об угловом положении оси ротора относительно корпуса. Достигаемым техническим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531060
Дата охранного документа: 20.10.2014
27.06.2015
№216.013.5a2b

Способ измерения физической неэлектрической величины

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве измерительных преобразователей неэлектрических величин типа датчиков угловых скоростей, датчиков линейных, угловых ускорений и т.д. Согласно заявленному изобретению преобразуют измеряемую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554624
Дата охранного документа: 27.06.2015
27.06.2015
№216.013.5a2f

Способ выставки осевого зазора в газодинамическом подвесе оси вращения ротора гиромотора

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве гиромоторов с газодинамическим подвесом оси вращения ротора, состоящего из двух полусферических опорных узлов, каждый из которых содержит опору и фланец. Технический результат -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554628
Дата охранного документа: 27.06.2015
27.06.2015
№216.013.5a32

Стенд для выработки угловых колебаний в двух плоскостях

Предложенное изобретение используется для оценки динамических погрешностей микромеханических и других малогабаритных инерциальных систем. Заявленный стенд предназначен для выработки угловых колебаний в двух плоскостях, изменяющихся по гармоническому закону в расширенном частотном диапазоне,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554631
Дата охранного документа: 27.06.2015
10.07.2015
№216.013.5e5e

Устройство для напыления тонкопленочных покрытий на сферические роторы электростатического гироскопа

Изобретение относится к устройствам для напыления покрытий на сферические роторы электростатических гироскопов и может быть использовано в точном приборостроении. Устройство содержит вакуумную камеру, внутри которой размещены источник распыления и механизм вращения ротора в виде двух рамок,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555699
Дата охранного документа: 10.07.2015
27.07.2015
№216.013.6863

Способ обнаружения и сопровождения целей циклически работающей системой наблюдения, состоящей из нескольких разнородных приемных каналов

Изобретение относится к области создания систем наблюдения, состоящих из нескольких разнородных приемных каналов. Существо предлагаемого изобретения состоит в том, что если условию идентичности наблюдаемой и комплексной цели удовлетворяет несколько комплексных целей, то из них выбирается та,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558276
Дата охранного документа: 27.07.2015
20.08.2015
№216.013.72fc

Микромеханический вибрационный гироскоп

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при создании таких средств измерения угловой скорости движения основания, как вибрационные гироскопы. Микромеханический вибрационный гироскоп содержит основание, инерционный диск, имеющий одинаковую толщину и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561006
Дата охранного документа: 20.08.2015
Showing 1-10 of 52 items.
20.02.2014
№216.012.a277

Установка для напыления покрытий на прецизионные детали узлов гироприборов

Изобретение относится к установке для напыления покрытий на прецизионные детали узлов гироприборов и может быть использовано в точном приборостроении. Мишень-распылитель создает кольцевую зону потока испаряемого материала средним диаметром D. Держатели с узлами крепления напыляемых деталей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507306
Дата охранного документа: 20.02.2014
27.05.2014
№216.012.caac

Способ изготовления газодинамического подшипника поплавкового гироскопа

Изобретение относится к способу изготовления газодинамического подшипника поплавкового гироскопа. Осуществляют формообразование фланца и опоры с полусферическими встречно обращенными рабочими поверхностями. Ионным травлением выполняют на рабочей поверхности опоры диаметра D аэродинамический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517650
Дата охранного документа: 27.05.2014
20.08.2014
№216.012.ed21

Способ определения погрешности двухстепенного поплавкового гироскопа

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов. Заявлен способ определения погрешности двухстепенного поплавкового гироскопа, включающий установку гироскопа на неподвижном основании,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526513
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.10.2014
№216.012.feb4

Электростатический гироскоп с оптическим считыванием положения оси ротора и способ определения углового положения оси ротора

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации электростатических гироскопов со сферическим ротором и оптической системой съема информации об угловом положении оси ротора относительно корпуса. Достигаемым техническим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531060
Дата охранного документа: 20.10.2014
27.06.2015
№216.013.5a2b

Способ измерения физической неэлектрической величины

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве измерительных преобразователей неэлектрических величин типа датчиков угловых скоростей, датчиков линейных, угловых ускорений и т.д. Согласно заявленному изобретению преобразуют измеряемую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554624
Дата охранного документа: 27.06.2015
27.06.2015
№216.013.5a2f

Способ выставки осевого зазора в газодинамическом подвесе оси вращения ротора гиромотора

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве гиромоторов с газодинамическим подвесом оси вращения ротора, состоящего из двух полусферических опорных узлов, каждый из которых содержит опору и фланец. Технический результат -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554628
Дата охранного документа: 27.06.2015
27.06.2015
№216.013.5a32

Стенд для выработки угловых колебаний в двух плоскостях

Предложенное изобретение используется для оценки динамических погрешностей микромеханических и других малогабаритных инерциальных систем. Заявленный стенд предназначен для выработки угловых колебаний в двух плоскостях, изменяющихся по гармоническому закону в расширенном частотном диапазоне,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554631
Дата охранного документа: 27.06.2015
10.07.2015
№216.013.5e5e

Устройство для напыления тонкопленочных покрытий на сферические роторы электростатического гироскопа

Изобретение относится к устройствам для напыления покрытий на сферические роторы электростатических гироскопов и может быть использовано в точном приборостроении. Устройство содержит вакуумную камеру, внутри которой размещены источник распыления и механизм вращения ротора в виде двух рамок,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555699
Дата охранного документа: 10.07.2015
27.07.2015
№216.013.6863

Способ обнаружения и сопровождения целей циклически работающей системой наблюдения, состоящей из нескольких разнородных приемных каналов

Изобретение относится к области создания систем наблюдения, состоящих из нескольких разнородных приемных каналов. Существо предлагаемого изобретения состоит в том, что если условию идентичности наблюдаемой и комплексной цели удовлетворяет несколько комплексных целей, то из них выбирается та,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558276
Дата охранного документа: 27.07.2015
20.08.2015
№216.013.72fc

Микромеханический вибрационный гироскоп

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при создании таких средств измерения угловой скорости движения основания, как вибрационные гироскопы. Микромеханический вибрационный гироскоп содержит основание, инерционный диск, имеющий одинаковую толщину и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561006
Дата охранного документа: 20.08.2015
+ добавить свой РИД