ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ПРИБОР

Предлагаемое изобретение относится к области гироскопических приборов, используемых в системах управления артиллерийских управляемых снарядов (АУС).

Известен гироскоп для снаряда [1] , содержащий ротор, подвешенный в кардановом подвесе, в котором подшипники ротора и рамок включают подшипники качения, установленные в эластичных втулках, а на подвижных элементах карданова подвеса выполнены опорные поверхности, расположенные одна относительно другой с зазором такой величины, что подшипники качения, подвешенные эластично, разгружаются при действии заранее установленного значения ускорения. Недостатком данной конструкции гироскопа является ее сложность и работоспособность только при вполне определенных перегрузках.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является гирокоординатор (ГК) головки самонаведения артиллерийского управляемого снаряда "Копперхед" [2], содержащий корпус, ротор, ориентированный по продольной оси снаряда, установленный во внутреннем кардановом подвесе, размещенном в основании карданова подвеса, пружинный двигатель, размещенный в корпусе ГК. С целью исключения воздействия на опоры и рамки карданова подвеса инерционной нагрузки ротора в гирокоординаторе используется специальная втулка "Gotcha", размещенная между ротором и корпусом и выполненная в виде подвижного в продольном направлении разрезного кольца с выступами, контактирующими с проточкой, выполненной в теле ротора, которая передает нагрузку, действующую в момент выстрела, на корпус прибора, минуя рамки карданова подвеса и его опоры. Кроме того, в качестве опор карданова подвеса используются специальные передающие нагрузку подшипники, которые при выстреле под действием инерционных усилий деформируются до тех пор, пока зазор между наружным и внутренним кольцами не выберется. Увеличенная под действием нагрузки несущая поверхность значительно повышает прочностные характеристики подшипника и предохраняет его от разрушения. Когда нагрузка снимается, зазор между кольцами восстанавливается и подшипник освобождается.

Конструкция гирокоординатора, обеспечивая разгрузку опор и рамок от инерционной нагрузки корпуса ротора, не позволяет разгрузить рамки карданова подвеса и подшипники ротора от инерционной нагрузки и фланца ротора, а также внутренней рамки и основания карданова подвеса и, кроме того, требует разработки специальных деформирующихся подшипников.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение ударной прочности гироскопического прибора АУС путем разгрузки опор ротора и карданова подвеса от инерционной нагрузки элементов конструкции ротора и основания карданова подвеса.

Указанная задача достигается тем, что в гироскопическом приборе артиллерийского управляемого снаряда, содержащем корпус, ротор, размещенный на оси, установленной на подшипниках во внутренней рамке внутреннего карданова подвеса и ориентированной по продольной оси снаряда, контактирующий с корпусом через подвижную в осевом направлении опору пружинный двигатель, основание карданова подвеса, в нем основание карданова подвеса установлено с возможностью перемещения в продольном направлении относительно корпуса, на наружной цилиндрической поверхности основания карданова подвеса, контактирующей с внутренним витком пружинного двигателя, выполнен бурт, наружный радиус которого больше внутреннего радиуса задней стенки полости ротора, в которой размещен пружинный двигатель, на величину не менее толщины ленты пружинного двигателя, расположенного между ними, ротор установлен с возможностью продольного перемещения относительно оси, и на его переднем торце установлена втулка, контактирующая торцевой поверхностью внутренней проточки с передним торцом гайки, размещенной на оси, между гайкой и ротором установлен упругий элемент, жесткость которого меньше жесткости наружной рамки карданова подвеса в направлении оси ротора, а минимальная разность глубины проточки во втулке и высоты гайки больше суммарного зазора между буртом и стенкой полости.

На чертеже изображен общий вид описываемого устройства в осевом сечении. Ротор 1 установлен на оси 2, размещенной на подшипниках во внутренней рамке 3 карданова подвеса, включающего в себя также наружную рамку 4, установленную в основании 5 карданова подвеса. Основание 5 размещено в корпусе 6 с возможностью продольного перемещения относительно него. Пружинный двигатель 7, предназначенный для разгона ротора 1, размещен в его внутренней полости и в заведенном состоянии намотан на цилиндрическую поверхность "а" основания 5 карданова подвеса. На основании 5 выполнен цилиндрический бурт 8, наружный радиус "R" которого превышает внутренний радиус "R₁" задней стенки полости ротора не менее чем на толщину ленты пружинного двигателя. Ротор 1 может перемещаться в продольном направлении относительно оси 2 на величину зазора "S", определяемого как разность глубины проточки втулки 9, установленной на переднем торце ротора 1, и высоты гайки 10, помещенной на оси 2. Фиксация ротора относительно оси осуществляется упругим элементом 11. В заарретированном положении ротор 1 контактирует с корпусом 6 гироскопа через подвижную в осевом направлении опору 12. Удержание ротора от вращения в заарретированном положении осуществляется фиксатором 13, для перемещения которого используется пиротехнический элемент 14.

Гироскопический прибор АУС, устанавливаемый в снаряде по продольной оси, приводится в действие на траектории, поэтому при выстреле гироскоп заарретирован. В процессе действия стартового ускорения при выстреле инерционная нагрузка от ротора 1 через опору 12 передается на корпус 6 гироскопа, минуя опоры и рамки карданова подвеса. Основание 5 карданова подвеса под действием ускорения перемещается относительно корпуса 6 и ротора 1, выбирая суммарный зазор "S^*" между буртом 8 и задней стенкой полости ротора, равный сумме зазоров между буртом и лентой пружинного двигателя "S₁" и между лентой и задней стенкой полости ротора "S₂". После выбора зазора "S*" инерционная нагрузка основания 5 карданова подвеса оказывается приложенной через бурт 8 и ленту пружинного двигателя 7 к ротору и далее через опору 12 к корпусу 6.

Разгрузка опор и рамок от инерционной нагрузки основания карданова подвеса обеспечивается, если суммарный зазор "S*" меньше величины "S" возможного перемещения ротора относительно основания. В этом случае на опоры действует сила, равная разности инерционной силы рамок карданова подвеса и силы упругости пружины 11. Так как размеры рамок малы, то малы их массы и, следовательно, инерционные силы, создаваемые ими, что обеспечивает прочность подшипниковых опор и карданова подвеса.

Если величина перемещения карданова подвеса "S" меньше суммарного зазора "S^*", то до того, как основание своим буртом упрется в ротор, произойдет деформация элементов карданова подвеса (наружной рамки, как наименее жесткого элемента) на величину D = S^* - S и к опорам и рамкам будет приложено усилие F = C x D, где С - жесткость наружной рамки.

В случае, если величина жесткости упругого элемента больше жесткости наружной рамки, как наименее жесткого элемента карданова подвеса, то перемещение основания в пределах зазора S^* будет осуществляться не за счет перемещения оси ротора относительно ротора в пределах зазора S, а за счет деформации наружной рамки, что повлечет нагружение опор и рамок.

Для обеспечения надежного упора основания карданова подвеса в ротор, осуществляемого через витки заведенного пружинного двигателя, и достаточной жесткости необходимо осуществлять передачу инерционного усилия основания не менее чем через виток пружинного двигателя. Это условие выполняется при наружном радиусе бурта, большем внутреннего радиуса задней стенки полости ротора не менее чем на толщину ленты двигателя.

При выходе снаряда из канала ствола его элементы испытывают ускорение обратного знака, чем при выстреле, вызванное восстановлением снарядом первоначальной формы. В этом случае несущим элементом, воспринимающим нагрузку и осуществляющим передачу усилия на корпус, является основание карданова подвеса. При действии этого ускорения на гироскопический прибор, ротор под действием силы инерции перемещается, выбирая зазор "S^*" в направлении бурта. После его выбора задняя стенка полости ротора через витки заведенного пружинного двигателя опирается на бурт основания. Если величина зазора "S^*" меньше зазора "S", инерционное усилие ротора передается на корпус прибора, минуя опоры и рамки карданова подвеса.

После окончания действия ускорения упругий элемент 11 возвращает ротор в исходное положение относительно карданова подвеса и прибор готов к работе. Запуск гироскопа осуществляется по команде с программного устройства на траектории. При подаче электрического импульса срабатывает пиротехнический элемент 14, освобождая фиксатор 13. Ротор 1 под действием момента пружинного двигателя 7 разворачивает фиксатор 13 и начинает разгоняться. По окончании разгона опора 12 перемещается относительно корпуса 6, обеспечивая ротору возможность прокачки.

Проведенные испытания предложенной конструкции гироскопического прибора показали, что он выдерживает воздействие одиночного удара с перегрузкой до 11000 ед. без изменения точностных характеристик.

Источники информации
1. Патент Великобритании N 2129554 от 16.04.1980 г.

2. "Electronic packaging and production" 1980 г., т. 20, N 5, с. 68- 86 (рис. 11).