Способ определения момента дифферента гирокамеры двухстепенного поплавкового гироскопа

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации двухстепенных поплавковых гироскопов с бесконтактными опорами гирокамеры, например, электростатическими или магнитными [У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард. Теория, проектирование и испытания гироскопов. // М: Мир, 1972,289 с.].

Известен способ определения момента дифферента гирокамеры двухстепенного поплавкового гироскопа [а.с. СССР №1840722]. При реализации способа работающий гироскоп ориентируется измерительной осью перпендикулярно плоскости меридиана. Затем гироскоп поворачивается вокруг этой оси на 180°, измеряется его выходной сигнал. После чего гироскоп поворачивается в противоположную сторону на 180° и снова измеряется его выходной сигнал. Момент дифферента гирокамеры вычисляется по величинам отрезков времени между окончанием разворота и скачкообразным изменением выходного сигнала гироскопа, происходящим при механическом контакте в опорах.

Недостатком способа является низкая точность определения момента дифферента гирокамеры. Указанный недостаток обусловлен тем, что способ не позволяет измерить дифферент гирокамеры с бесконтактными опорами. В связи с отсутствием механического контакта в бесконтактных опорах гирокамеры, скачкообразных изменений в выходном сигнале при разворотах гироскопа не происходит.

Известен также способ определения момента дифферента гирокамеры двухстепенного поплавкового гироскопа [патент РФ №2591287], который принимаем за прототип. При реализации способа работающий гироскоп с бесконтактными опорами гирокамеры, нагретый до рабочей температуры, ориентируется в положение, при котором его продольная ось горизонтальна, а пара радиальных осей опор, параллельных измерительной оси гироскопа, направлена по вертикали. Затем осуществляется изменение температуры гироскопа последовательно в одну и другую сторону от ее рабочего значения и одновременное измерение контрольных сигналов в каналах бесконтактных опор, оси которых параллельны измерительной оси гироскопа. По результатам измерений определяются температуры, при которых значения измеряемых контрольных сигналов равны нулю.

Рассчитывается момент дифферента Мд по формуле:

Мд=(Т₂-Т₁)/2*К*V*L,

где:

Т₂, T₁ - значения температур, при которых значения измеряемых контрольных сигналов в каналах опор бесконтактного подвеса равны нулю;

К - температурный коэффициент поддерживающей жидкости;

V - объем поплавковой гирокамеры (далее гирокамеры);

L - расстояние между центрами приложения сил в опорах бесконтактного подвеса гирокамеры.

Недостатком способа является низкая точность определения момента дифферента гирокамеры. Указанный недостаток обусловлен тем, что в поддерживающей жидкости реальных гироскопов могут присутствовать перемещающиеся нежидкостные включения, например, газообразные включения (пузыри), которые вносят в результаты определения момента дифферента гирокамеры погрешность. Причиной их образования являются технологические погрешности изготовления гироскопа: недостаточное обезгаживание поддерживающей жидкости, недостаточное обезгаживание деталей гироскопа, разгерметизация поплавковой камеры через некачественно выполненные уплотнения или микротрещины и т.д.

Решаемой технической проблемой настоящего изобретения является совершенствование технологического процесса изготовления двухстепенных поплавковых гироскопов.

Достигаемый технический результат - повышение точности определения момента дифферента гирокамеры поплавкового гироскопа и возможность определения наличия нежидкостных компонентов в жидкости гироскопа.

Поставленная проблема решается тем, что в известном способе определения момента дифферента гирокамеры двухстепенного поплавкового гироскопа согласно которому, работающий гироскоп с бесконтактными опорами гирокамеры, нагретый до рабочей температуры ориентируют в положение, при котором его продольная ось горизонтальна, а пара радиальных осей бесконтактных опор гирокамеры, параллельных измерительной оси гироскопа, направлена по вертикали, осуществляют изменение температуры гироскопа последовательно в одну и другую сторону от ее рабочего значения и одновременное измерение контрольных сигналов в каналах опор гирокамеры, оси которых параллельны измерительной оси гироскопа; при этом изменение температуры гироскопа от ее рабочего значения и одновременное измерение контрольных сигналов в каналах бесконтактных опор гирокамеры производят в двух ориентациях, которые гироскоп последовательно занимает после выполнения противоположных наклонов продольной оси гироскопа относительно плоскости горизонта на (50-70)° и уменьшения в каждом из состояний каждого наклона до (1-3)°; по результатам измерений контрольных сигналов в каналах бесконтактных опор гирокамеры в двух ориентациях определяют момент дифферента гирокамеры.

Способ реализуется при выполнении следующих технологических операций:

1. Гироскоп устанавливают на неподвижном основании в положение, при котором его продольная ось горизонтальна, а оси бесконтактных опор гирокамеры, параллельные измерительной оси прибора, направлены по вертикали. Такая ориентация исключает появление в результатах измерений погрешности, обусловленной воздействием на опоры гироскопического момента.

2. Гироскоп приводят в рабочее состояние. Осуществляют нагрев гироскопа до рабочей температуры, взвешивают гирокамеру в бесконтактных опорах, запускают гиромотор.

3. Осуществляют наклон продольной оси гироскопа относительно плоскости горизонта на угол (50-70)°, например, по часовой стрелке. При наличии в поддерживающей жидкости рабочего зазора гироскопа газового пузыря (наиболее часто встречающееся при производстве и эксплуатации гироскопа нежидкостное включение в жидкости рабочего зазора) он переместится в сторону верхнего торца корпуса. Угол наклона не менее 50° выбран, исходя из надежного перемещения пузыря в сторону верхнего торца корпуса; угол не более 70° выбран, исходя из условия исключения (уменьшения) вероятности перехода части пузыря в торцевую часть корпуса.

4. Производят уменьшение угла наклона гироскопа до (1-3)° относительно плоскости горизонта. Угол выбран из условия предотвращения перемещения газового пузыря в рабочем зазоре от занятого им после наклона положения, а также из условия уменьшения составляющей погрешности в определении момента дифферента от заданной в плоскости горизонта первоначальной ориентации гироскопа. В этой ориентации, при размере газового пузыря превышающего рабочий зазор, со стороны пузыря на гирокамеру будет действовать сила давления, которая создаст момент М_п, например, одного знака с моментом М_д гирокамеры. Суммарный момент Мд₁ дифферента в этой ориентации будет определяться выражением: Мд₁=М_д+М_п.

5. Определяют момент Мд₁ для чего:

5.1 Уменьшают температуру гироскопа Тг относительно ее рабочего значения Тг_раб, например, дискретным образом. При каждой фиксированной температуре измеряют контрольные сигналы Uk1 и Uk2 в каналах бесконтактных опор гирокамеры, пропорциональные действующим силам. При изменении температуры гироскопа Тг происходит изменение сил действующих в бесконтактных опорах гирокамеры (за счет изменения ее остаточного веса). Определяют температуру Т₁ при которой значение контрольного сигнала в канале одной из бесконтактных опор гирокамеры равно нулю. При этом в этой опоре остаточный вес гирокамеры уравновесит силу, определяемую моментом дифферента Мд₁

5.2 Увеличивают дискретным образом температура гироскопа и одновременно измеряют контрольные сигналы в каналах бесконтактных опор гирокамеры. Определяют температура Т₂, при которой значение контрольного сигнала в канале другой бесконтактной опоры гирокамеры равно нулю. При этом в этой опоре остаточный вес камеры уравновесит силу, определяемую моментом дифферента.

5.3 Рассчитывают момент дифферента Мд₁по формуле:

Мд₁=(T₂-T₁)/2*К*V*L

6. Гироскоп возвращают в исходную ориентацию. Производят его нагрев до рабочей температуры.

7. Осуществляют наклон продольной оси гироскопа относительно плоскости горизонта на (50-70)° против часовой стрелке. При этом газовый пузырь в поддерживающей жидкости рабочего зазора гироскопа переместится в сторону противоположного торца корпуса, занявшего верхнее положение.

8. Производят уменьшение угла наклона гироскопа до (1-3)° относительно плоскости горизонта. При этом со стороны пузыря на гирокамеру будет действовать сила давления, которая будет уменьшать (увеличивать) момент ее дифферента. В этой ориентации со стороны пузыря на гирокамеру будет действовать сила давления, которая создаст момент Мп противоположного по знаку моменту М_д гирокамеры. Суммарный момент Мд₂ дифферента в этой ориентации будет определяться выражением: Мд₂=М_д-М_п.

9. Определяют момент Мд₂, для чего:

9.1 Уменьшают температура гироскопа Тг относительно ее рабочего значения Тг_раб, например, дискретным образом. При каждой фиксированной температуре измеряют контрольные сигналы Uk3 и Uk4 в каналах бесконтактных опор гирокамеры, пропорциональные действующим силам. При изменении температуры гироскопа Тг происходит изменение сил действующих в бесконтактных опорах гирокамеры (за счет изменения ее остаточного веса). Определяется температура Т₃, при которой значение контрольного сигнала в канале одной из бесконтактных опор гирокамеры равно нулю. При этом в этой опоре остаточный вес гирокамеры уравновесит силу, определяемую моментом дифферента Мд₂.

9.2 Увеличивают дискретным образом температуру гироскопа и одновременно измеряется контрольный сигналы в каналах бесконтактных опор гирокамеры. Определяют температуру Т₄, при которой значение контрольного сигнала в канале другой бесконтактной опоры гирокамеры равно нулю. При этом в этой опоре остаточный вес камеры уравновесит силу, определяемую моментом дифферента.

10. Рассчитывают суммарный момент дифферента Мд₂ по формуле:

Мд₂=(T₄-T₃)/2*К*V*L.

11. Определяют момент дифферента Мд гирокамеры из соотношения:

Мд=(Мд₁+Мд₂)/2

12. Определяют момент дифферента Мд от газового пузыря в жидкости рабочего зазора гироскопа из соотношения:

Мд=(Мд₁-Мд₂)/2

По сравнению со способом прототипом при реализации предлагаемого способа:

- Появляется возможность определить наличие/отсутствие пузыря, перемещающегося в жидкости рабочего зазора гироскопа.

- За счет исключения из результатов составляющей момента от газового пузыря повышается точность определения момента дифферента гирокамеры.

Поставленная цель достигнута.

На предприятии предлагаемый способ проверен. Получены положительные результаты. В настоящее время разрабатывается техническая документация для использования предлагаемого решения при производстве двухстепенных поплавковых гироскопов с бесконтактными электростатическими опорами гирокамеры.