БЕСПЛАТФОРМЕННАЯ ИНЕРЦИАЛЬНАЯ НАВИГАЦИОННАЯ СИСТЕМА

Область техники

Изобретение относится к бесплатформенным инерциальным навигационным системам (БИНС) и предназначено для определения пилотажно навигационных параметров движения, географических координат и параметров углового положения самолета в пространстве, и обеспечивает соответствующей информацией экипаж и другие системы комплекса пилотажно-навигационного оборудования.

Из уровня техники известны БИНС, например, системы Ltn-90 (производитель Northrop Grumman Guidance&Electronics Company, США), IRS (производитель Honeywell, США), а также выбранная в качестве прототипа система Ltn-101 (производитель Northrop Grumman Guidance&Electronics Company, США), состоящие из инерциального информационного моноблока и монтажной рамы, при этом корпус инерциального информационного моноблока вместе с крышкой выполнен в виде полого прямоугольного параллелепипеда с наружным оребрением стенок, внутри которого расположены блок чувствительных элементов (БЧЭ), прикрепленный к боковым стенкам с помощью амортизаторов, преобразователь сигналов датчиков, вычислитель инерциальной навигационной системы и источник вторичного питания, на торцевой стенке корпуса расположен электрический разъем.

Все указанные известные системы обладают следующими недостатками:

1. Выполнением чувствительных элементов в разных корпусах, что ведет к увеличению массо-габаритных параметров БИНС, а так же к необходимости соединения базовых поверхностей корпусов чувствительных элементов с кронштейном, обеспечивающим формирование блока чувствительных элементов, то есть к переходным поверхностям между взаимными ориентациями осей чувствительности этих элементов, которые вносят дополнительную нестабильность взаимной ориентации осей и, как следствие снижению точности системы.

2. Отсутствует доступ к технологическому разъему вычислителя инерциальной навигационной системы, что усложняет процесс плановой калибровки системы.

Настоящее изобретение предназначено для преодоления указанных выше недостатков уровня техники и обеспечивает достижение следующих технических результатов:

- Уменьшение массо-габаритных параметров БИНС при повышении точности формирования выходной информации системы.

- Упрощение доступа к технологическому разъему вычислителя инерциальной навигационной системы с целью упрощения процесса плановой калибровки БИНС.

Раскрытие изобретения

В соответствии с изложенным выше, предлагается изобретение, существенные признаки которого, перечисленные ниже, позволяют обеспечить преодоление существующих недостатков уровня техники и обеспечить достижение раскрываемых в данном описании технических результатов.

В соответствии с изобретением предлагается БИНС, включающая инерциальный моноблок, выполненный, по меньшей мере, с одной герметичной крышкой, и монтажную раму, снабженные фиксирующими элементами для закрепления моноблока на монтажной раме, при этом корпус моноблока имеет на наружной поверхности по меньшей мере одну ручку для переноса и перемещения моноблока в монтажной раме, а также соединительные элементы для электрической связи функциональных элементов БИНС с внешними устройствами, при этом упомянутые функциональные элементы размещены внутри инерциального моноблока и выполнены в виде связанных между собой БЧЭ, преобразователя сигналов датчиков, по меньшей мере, одного вычислителя, а также источника вторичного питания, при этом согласно изобретению внутренняя полость инерциального моноблока содержит разделенные перегородкой первый и второй отсеки, причем в первом отсеке установлен БЧЭ, выполненный в виде единого корпуса кубической формы с герметизируемыми с помощью крышек четырьмя полостями, при этом в трех взаимно ортогональных полостях расположены кольцевые лазеры прямоугольной формы с функциональной электроникой лазерного гироскопа, а в четвертой - высоковольтный источник напряжения, устройство регулирования периметра и контроля лазерных гироскопов, а также блок из трех акселерометров, размещенных в едином жестком корпусе, обеспечивающем при его закреплении в БЧЭ параллельность осей чувствительности акселерометров и кольцевых лазеров, при этом корпус БЧЭ закрыт снаружи магнитными экранами и снабжен амортизаторами для крепления к стенкам инерциального моноблока, а во втором отсеке установлены упомянутые источник вторичного питания, преобразователь сигналов датчиков и, по меньшей мере, один вычислитель, при этом в герметичной крышке инерциального моноблока выполнен герметично закрывающийся съемный люк.

Заявленный технический результат, заключающийся в уменьшении массо-габаритных параметров БИНС и повышению точности формирования ее выходной информации, достигается за счет выполнения корпуса моноблока двухсекционным с размещением всех чувствительных элементов в едином блоке БЧЭ с исключением упомянутых выше присущих прототипу переходных поверхностей.

При этом выполнение в крышке моноблока герметично закрывающегося съемного люка, - упрощает процесс доступа к технологическому разъему вычислителя инерциальной системы, обеспечивая, таким образом, снижение трудозатрат и времени на осуществление плановой калибровки БИНС.

В соответствии с предложенным изобретением предусматриваются следующие предпочтительные варианты исполнения БИНС:

1. Моноблок выполняется с двумя ручками, соединительным элементом в виде врубного разъема, а также фиксирующими элементами в виде трех центрирующих отверстий и двух упоров таким образом, что на внешней стороне задней стенки корпуса установлен врубной разъеа, выполнены первое и второе центрирующие отверстия, а на внешней стороне передней стенки корпуса расположены ручки, упоры и третье центрирующее отверстие. При этом монтажная рама указанного моноблока включает основание и прикрепленную к нему стенку, и выполнена с соединительным и фиксирующими элементами таким образом, что в стенку вмонтирован промежуточный соединитель, имеющий на внешней стороне стенки разъем для функционального соединения с внешними устройствами, при этом на внутренней стороне стенке также выполнены два направляющих штыря под упомянутые первое и второе центрирующие отверстия, на конце основания расположены направляющий штырь под упомянутое третье центрирующее отверстие и два тарированных элемента крепления моноблока для его фиксации на упомянутых упорах, на поверхности монтажной рамы выполнены направляющие для установки моноблока, а также четыре отверстия для его закрепления на платформе объекта, калиброванное отверстие и калиброванный паз для выставки инерциальной навигационной системы относительно строительных осей объекта.

2. Инерциальный моноблок выполняется с ручкой, фиксирующими элементами в виде направляющего штыря, двух крепежных болтов и упоров, а также соединительными элементами в виде электрического разъема источника вторичного питания таким образом, что на внешней стороне передней стенки корпуса установлен герметичный электрический разъем и ручка, на нижней части корпуса со стороны разъема параллельно боковым стенкам расположен направляющий штырь и крепежные болты, а на внешней стороне задней стенки корпуса перпендикулярно горизонтальной опорной поверхности установлены два упора. При этом монтажная рама указанного моноблока выполняется с фиксирующими элементами в виде центрирующего паза под упомянутый направляющий штырь и двух резьбовых отверстий под упомянутые крепежные болты, расположенными на передней стенке корпуса рамы, упорной планки с наклонной упорной поверхностью для фиксации упомянутых упоров, расположенной на задней стенке корпуса рамы перпендикулярно горизонтальной направляющей поверхности, а также, выполненных на широкой стороне корпуса рамы трех отверстий для закрепления рамы на платформе объекта и дополнительного калиброванного паза для выставки инерциальной навигационной системы относительно строительных осей объекта.

3. Инерциальный моноблок выполняется с двумя ручками, фиксирующими элементами в виде трех направляющих штырей и двух крепежных болтов, а также соединительными элементами в виде четырех герметичных электрических разъемов источника вторичного питания таким образом, что на внешней вертикальной поверхности передней стенки корпуса расположены две ручки и первый герметичный электрический разъем, а в нижней части этой стенки имеется дополнительная полость, закрытая планкой, на которой установлены второй, третий и четвертый герметичные электрические разъемы, при этом в нижней части передней стенки корпуса размещен первый направляющий штырь, а в нижней части задней стенки -второй и третий направляющие штыри, причем на передней стенке на уровне первого направляющего штыря расположены два крепежных болта. При этом монтажная рама указанного моноблока выполняется с фиксирующими элементами в виде трех центрирующих отверстий под упомянутые направляющие штыри, двух резьбовых отверстий под упомянутые крепежные болты, калиброванных паза и двух цилиндрических отверстий для закрепления рамы на платформе объекта и ее выставки инерциальной навигационной системы относительно строительных осей объекта, при этом на малых сторонах рамы выполнены центрирующие и резьбовые отверстия, а на широкой стороне расположены со стороны передней стенки моноблока первое калиброванное цилиндрическое отверстие и со стороны задней его стенки калиброванный паз и второе калиброванное цилиндрическое отверстие.

Для любого из указанных вариантов воплощения БИНС возможны следующие частные случаи осуществления изобретения:

- Магнитные экраны, закрывающие корпус БЧЭ, могут быть выполнены из пермаллоя;

- Крепление корпуса БЧЭ к стенкам инерциального моноблока целесообразно осуществлять четырьмя амортизаторами по два на двух противоположных стенках таким образом, что каждая пара амортизаторов расположена по ортогональным гипотенузам куба БЧЭ;

- Электронный отсек инерциального моноблока может дополнительно содержать коммутационную плату, на которую по направляющим корпуса с помощью разъемов и креплений установлены упомянутые преобразователь сигналов датчиков, вычислитель и источник вторичного питания, выполненные в виде отдельных субблоков.

При этом в электронном отсеке инерциального моноблока согласно первому варианту воплощения предложенной системы может быть дополнительно установлен сетевой преобразователь напряжения.

При этом первый и второй вариант воплощения БИНС предусматривает наличие у инерциального моноблока одной герметичной крышки, в которой выполняется герметично закрывающийся съемный люк, упрощающий доступ к технологическому разъему вычислителя.

Причем, во втором варианте крышка моноблока может быть дополнительно снабжена клапаном для герметизации и заполнения отсека БЧЭ осушенным азотом.

В третьем же варианте воплощения предложенной системы корпус моноблока выполняется с двумя герметичными крышками, одна из которых закрывает отсек блока электроники, а другая - отсек БЧЭ. При этом крышка отсека БЧЭ снабжена клапаном для герметизации и заполнения отсека осушенным азотом, а крышка отсека блока электроники - герметично закрывающимся съемным люком, с возможностью доступа к технологическому разъему вычислителя.

Кроме того, согласно третьему варианту воплощения предложенной системы, вычислитель выполняется из двух блоков: блока формирования инерциальной информации, управления преобразователем сигналов датчиков, встроенного контроля инерциальных подсистем и приема информации от спутниковой навигационной системы, а также блока комплексной обработки инерциальной и спутниковой информации и контроля достоверности спутниковой информации.

Кроме того, согласно третьему варианту воплощения предложенной системы, на коммутационной плате может быть дополнительно размещен модуль коммутации меток, либо приемо-измерительный блок спутниковой навигационной системы.

При этом в случае наличия последнего, на внешней вертикальной поверхности передней стенки корпуса моноблока выполняется соединительный элемент в виде высокочастотного разъема приемо-измерительного блока спутниковой навигационной системы.

Осуществление изобретения

Дальнейшее описание содержит отсылки на элементы чертежей (Фиг. 1-23), предназначенных для наглядного отображения сущности предложенного изобретения. Следует учитывать, что сведения, раскрытые на чертежах, предназначены лишь для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и специалисту будут понятны другие возможные варианты осуществления предложенного изобретения.

На Фиг. 1-10 представлена БИНС, выполненная в соответствии с первым предпочтительным вариантом реализации изобретения, где:

1₁ - инерциальный моноблок;

2₁ - крышка;

3₁ - монтажная рама;

4₁ - отсек блока электроники;

5₁ - отсек БЧЭ;

6₁ - направляющие отсека блока электроники;

7₁ - крепления для фиксации функциональных элементов в отсеке блока электроники;

8₁ - преобразователь сигналов датчиков;

9₁ - вычислитель;

10₁- технологические разъемы вычислителя;

11₁ - источник вторичного питания;

12 - сетевой преобразователь напряжения;

13₁ - БЧЭ;

14_1.1, 14_1.2 - пермалоевые экраны;

15₁ - амортизаторы;

16₁ - крепежные элементы амортизаторов;

17₁ - кольцевые лазеры;

18₁ - блок акселерометров;

19₁- высоковольтный источник напряжения;

20₁ - устройство регулирования периметра и контроля;

21₁ - герметичный люк;

22₁ - врубной разъем;

23_1.1, 23_1.2 - центрирующие отверстия;

24₁ - ручки;

25 - упоры;

26₁ - основание монтажной рамы;

27₁ - стенка монтажной рамы;

28₁ - промежуточный соединитель БИНС с внешними устройствами;

29_1.1, 29_1.2 - разъемы промежуточного соединителя;

30_1.1, 30_1.2 - направляющие штыри;

31 - тарированные элементы крепления инерциального моноблока;

32₁ - направляющие монтажной рамы;

33₁ - отверстия для крепления монтажной рамы на платформе объекта;

34₁ - калиброванное цилиндрическое отверстие;

35₁ - калиброванный паз;

На Фиг. 5-8, 10-16 представлена БИНС, выполненная в соответствии со вторым предпочтительным вариантом реализации изобретения, где:

1₂ - инерциальный моноблок;

2₂ - крышка;

3₂ - монтажная рама;

4₂ - отсек блока электроники;

5₂ - отсек БЧЭ;

6₂ - направляющие отсека блока электроники;

7₂ - крепления для фиксации функциональных элементов в отсеке блока электроники;

8₂ - преобразователь сигналов датчиков;

9₂ - вычислитель;

10₂ - технологические разъемы вычислителя;

11₂ - источник вторичного питания;

13₂ - БЧЭ;

14_2.1 14_2.2 - пермалоевые экраны;

15₂ - амортизаторы;

16₂ - крепежные элементы амортизаторов;

17₂- кольцевые лазеры;

18₂ - блок акселерометров;

19₂- высоковольтный источник напряжения;

20₂ - устройство регулирования периметра и контроля;

21₂ - герметичный люк;

23_2.1 23_2.2 - центрирующие отверстия;

24₂ - ручка;

30₂ - направляющий штырь;

33₂ - отверстия для крепления монтажной рамы на платформе объекта;

36₁ - герметичный электрический разъем;

37₁ - крепежные болты;

38 - горизонтальная опорная поверхность моноблока;

39 - упоры;

40₁ - клапан;

41 - центрирующий паз;

42₁ - резьбовые отверстия;

43 - упорная планка;

44 - наклонная опорная поверхность монтажной рамы;

45 - направляющие.

На Фиг. 5-8, 17-22 представлена БИНС, выполненная в соответствии с третьим предпочтительным вариантом реализации изобретения, где:

1₃ - инерциальный моноблок;

3₃ - монтажная рама;

4₃ - отсек блока электроники;

5₃ - отсек БЧЭ;

6₃ - направляющие отсека блока электроники;

7₃ - крепления для фиксации функциональных элементов в отсеке блока электроники;

8₃ - преобразователь сигналов датчиков;

9₃ - вычислитель;

10₃ - технологические разъемы вычислителя;

11₃ - источник вторичного питания;

13₃ - БЧЭ;

14_3.1, 14_3.2 - пермалоевые экраны;

15₃ - амортизаторы;

16₃ - крепежные элементы амортизаторов;

17₃ - кольцевые лазеры;

18₃ - блок акселерометров;

19₃ - высоковольтный источник напряжения;

20₃ - устройство регулирования периметра и контроля;

21₃ - герметичный люк;

24₃ - ручки;

30_3.1, 30_3.2 - направляющие штыри;

33₃ - отверстия для крепления монтажной рамы на платформе объекта;

35₃ - калиброванный паз;

36_2.1, 36_2.2 - герметичные электрические разъемы;

37₂ - крепежные болты;

40₂ - клапан;

42₂ - резьбовые отверстия;

46 - крышка отсека блока электроники;

47 - крышка БЧЭ;

48 - горизонтальная планка;

49 - приемо-измерительный блок СНС;

50 - модуль коммутации меток;

51 - высокочастотный разъем;

52 - заглушка.

На Фиг. 1-10 представлена БИНС, выполненная в соответствии с первым предпочтительным вариантом реализации изобретения и состоящая из инерциального моноблока (1₁) с крышкой (2₁) и монтажной рамы (3₁).

Инерциальный моноблок (1₁) имеет отсеки (4₁) и (5₁) (Фиг. 2). В отсек (4₁) по направляющим (6₁) корпуса моноблока (1₁) на коммутационную плату (на чертежах не показана) с помощью креплений (7₁) своими разъемами установлены преобразователь сигналов датчиков (8₁), вычислитель (9₁), имеющий технологические разъемы (10₁) и источник вторичного питания (11₁), а также закрепленный на передней стенке корпуса сетевой преобразователь напряжения (12). В отсеке (4₁) установлен БЧЭ (13₁), закрытый со всех сторон пермалоевыми экранами (14_1.1), (14_1.2) (Фиг. 5) и закрепленный к стенкам корпуса четырьмя амортизаторами (15₁) (Фиг. 6) посредством крепежных элементов (16₁) (Фиг. 3, 4) - по два амортизатора с каждой стороны БЧЭ. В трех взаимно ортогональных полостях БЧЭ расположены кольцевые лазеры (17₁) (Фиг. 7), а в четвертой - блок акселерометров (18₁) (Фиг. 8), высоковольтный источник напряжения (19₁) и устройство регулирования периметра и контроля (20₁).

Внешний вид моноблока (1₁) показан на Фиг. 3, 4. Корпус моноблока закрывается крышкой (2₁) (Фиг. 1), имеющей съемный герметичный люк (21₁) для доступа во внутреннюю полость отсека (4₁) к технологическим разъемам (10₁) вычислителя (9₁). На передней стенке корпуса моноблока, ближней к отсеку (4₁) (Фиг. 4), выполнен врубной разъем (22₁) и два центрирующих отверстия (23_1.1). На противоположной внешней стороне корпуса моноблока установлены ручки (24₁), упоры (25), а также выполнено центрирующее отверстие (23_1.2).

Монтажная рама (3₁) (Фиг. 9, 10) состоит из основания (26₁) и стенки (27₁). В стенке выполнен промежуточный соединитель (28₁) с разъемами (29_1.1), (29_1.2). При этом разъем (29_1.1) смонтирован со стороны основания и выполнен ответным врубному разъему (22₁), а разъем (29_1.2) - с наружной стороны основания и предназначен для соединения с внешними устройствами. На стенке со стороны основания выполнены два направляющих штыря (30_1.1), ответных центрирующим отверстиям (23_1.1). На конце основания рамы установлен еще один направляющий штырь (30_1.2), ответный центрирующему отверстию (23_1.2) и два тарированных элемента крепления (31) для фиксации передней части рамы на упорах (25). На горизонтальной поверхности основания рамы (Фиг. 10) закреплены направляющие (32₁), для установки инерциального моноблока, а также выполнены четыре отверстия (33₁) для жесткого крепления рамы на платформе объекта (например, к профилям самолета под кабиной экипажа), калиброванное отверстие (34₁) и калиброванный паз (35₁) для выставки системы относительно строительных осей объекта.

На Фиг. 11-16 представлена БИНС, выполненная в соответствии со вторым предпочтительным вариантом реализации изобретения, с конструктивным выполнением БЧЭ (10) согласно Фиг. 5-8. На наружной поверхности передней стенки корпуса моноблока (1₂) установлен герметичный электрический разъем (36₁) (Фиг. 13) и ручка (24₂). На нижней части этой стенки параллельно боковым стенкам моноблока (Фиг. 14) расположены направляющий штырь (30₂) и крепежные болты (37₁) для закрепления моноблока на раме (3₂). Снаружи днища корпуса моноблока на задней стенке выполнена горизонтальная опорная поверхность (38), на которой установлены два упора (39). Моноблок выполнен с герметичной крышкой (2₂) (Фиг. 13), снабженной клапаном для герметизации и заполнения моноблока осушенным азотом (40₁) и герметичным люком (21₂) для доступа во внутреннюю полость отсека (4₂) к технологическим разъемам (10₂) вычислителя (9₂).

В переднем торце монтажной рамы (Фиг. 15) выполнен центрирующий паз (41) для направляющего штыря (30₂) и два резьбовых отверстия (42₁) под крепежные болты (37₁), на противоположном торце установлена упорная планка (43) с наклонной опорной поверхностью (44) для фиксации задней части рамы на упорах (39). На горизонтальной поверхности рамы имеются направляющие (45) для установки моноблока, а также три отверстия (33₂) (Фиг. 16) для закрепления рамы на платформе объекта и дополнительное калиброванное отверстие (46) для выставки БИНС относительно строительных осей объекта.

На Фиг. 16-22 - представлена БИНС, выполненная в соответствии с третьим предпочтительным вариантом реализации изобретения с конструктивным выполнением БЧЭ (10) согласно Фиг. 5-8.

Внешний вид моноблока (1₃) в сборе с монтажной рамой (3₃) показан на Фиг. 17. В соответствии с указанным вариантом моноблок имеет две герметичные крышки (46) и (47), первая из которых закрывает отсек блока электроники (4₃) и вторая, соответственно, отсек БЧЭ (5₃) (Фиг. 19). На крышке (46) расположен съемный люк (21₃), обеспечивающий доступ во внутреннюю полость моноблока. Крышка (47) снабжена клапаном (40₂) для герметизации и заполнения отсека (5₃) осушенным азотом. На внешней поверхности передней стенки расположены две ручки (24₃) и герметичные электрические разъемы - разъем (36_2.1), расположенный на передней стенке, а также три разъема (36_2.2), размещенных на горизонтальной планке (48). Ниже, расположен направляющий штырь (30_3.1) и два крепежных болта (37₂) (Фиг. 18). Два других направляющих штыря (30_3.2) установлены на нижней части противоположной стенки моноблока.

В отсеке (4₃) на коммутационной плате (на чертежах не показана) установлены преобразователь сигналов датчиков (8₃), вычислители (9_3.1 и (9_3.2), а также закрепленный на передней стенке корпуса моноблока источник вторичного питания (11₃). В зависимости от конфигурации БИНС на коммутационной плате устанавливается приемо-измерительный блок СНС (49) (Фиг. 19) или модуль коммутации меток (50) (Фиг. 20). При этом в верхней части передней стенки моноблока расположено гнездо (на чертежах не показано), в которое при наличии в составе БИНС приемо-измерительного блока СНС (49) устанавливается высокочастотный разъем (51) (Фиг. 19), а при отсутствии - ставится заглушка (52) (Фиг. 20).

На узких торцах передней и задней стороны монтажной рамы выполнены центрирующие отверстия (23_2.1) и (23_2.2) (Фиг. 21) под направляющие штыри (30_3.1) и, соответственно, (30_3.2). Кроме того, на переднем торце расположены два резьбовых отверстия (42₂) для закрепления моноблока в раме крепежными болтами (37₂). На широкой стороне рамы (Фиг. 22) имеются два калиброванных цилиндрических отверстия (33₃) и калиброванный паз (35₃) для установки рамы на платформу объекта и выставки БИНС относительно его строительных осей.

Связи между функциональными элементами БИНС отображены на Фиг. 23 (на примере третьего варианта системы). Связь БИНС с внешними устройствами (системами пилотажно-навигационного комплекса, а также с самолетными системами) осуществляется в виде цифрового кода и разовых команд через герметичный разъем (36_2.1). БЧЭ (13₃) содержит три лазерных гироскопа (ЛГ) и три акселерометра (АК), ориентированные в ортогональной приборной системе координат XYZ. Преобразователь сигналов датчиков (8₃) обеспечивает синхронное преобразование информационных и вспомогательных аналоговых сигналов ЛГ и АК в цифровой код, а также формирование сигналов управления функциональной электроникой ЛГ. Функциональное распределение между вычислителями следующие: вычислитель (9_3.1) формирует инерциальную информацию, управляет преобразователем сигналов датчиков, осуществляет встроенный контроль инерциальных подсистем и прием внешней информации от навигационного комплекса; вычислитель (9_3.2) осуществляет комплексную обработку инерциальной и спутниковой информации, поступающей из приемо-измерительного блока СНС (49), а также контроль достоверности спутниковой информации. Источник вторичного питания (11₃) обеспечивает формирование всех необходимых напряжений из бортового питания.

Приведенная выше информация изложена с полнотой, которая позволяет специалисту в данной области техники ясно понять сущность предложенного изобретения и осуществить его, опираясь на материалы описания и известные сведения, существующие в уровне техники на дату подачи настоящей заявки.