БЕСПЛАТФОРМЕННАЯ ИНЕРЦИАЛЬНАЯ НАВИГАЦИОННАЯ СИСТЕМА
STRAPDOWN INERTIAL NAVIGATION SYSTEM

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:
1
1 - инерциальный моноблок;
1
2 - крышка;
1
3 - монтажная рама;
1
4 - отсек блока электроники;
1
5 - отсек БЧЭ;
1
6 - направляющие отсека блока электроники;
1
7 - крепления для фиксации функциональных элементов в отсеке блока электроники;
1
8 - преобразователь сигналов датчиков;
1
9 - вычислитель;
1
10- технологические разъемы вычислителя;
1
11 - источник вторичного питания;
12 - сетевой преобразователь напряжения;
1
13 - БЧЭ;
1.1,
1.2
1414 - пермалоевые экраны;
1
15 - амортизаторы;
1
16 - крепежные элементы амортизаторов;
1
17 - кольцевые лазеры;
1
18 - блок акселерометров;
1
19- высоковольтный источник напряжения;
1
20 - устройство регулирования периметра и контроля;
1
21 - герметичный люк;
1
22 - врубной разъем;
1.1
1.2
23, 23 - центрирующие отверстия;
1
24 - ручки;
25 - упоры;
1
26 - основание монтажной рамы;
1
27 - стенка монтажной рамы;
1
28 - промежуточный соединитель БИНС с внешними устройствами;
1.1
1.2
29, 29 - разъемы промежуточного соединителя;
1.1
1.2
30, 30 - направляющие штыри;
31 - тарированные элементы крепления инерциального моноблока;
1
32 - направляющие монтажной рамы;
1
33 - отверстия для крепления монтажной рамы на платформе объекта;
1
34 - калиброванное цилиндрическое отверстие;
1
35 - калиброванный паз;
На Фиг. 5-8, 10-16 представлена БИНС, выполненная в соответствии со вторым предпочтительным вариантом реализации изобретения, где:
2
1 - инерциальный моноблок;
2
2 - крышка;
2
3 - монтажная рама;
2
4 - отсек блока электроники;
2
5 - отсек БЧЭ;
2
6 - направляющие отсека блока электроники;
2
7 - крепления для фиксации функциональных элементов в отсеке блока электроники;
2
8 - преобразователь сигналов датчиков;
2
9 - вычислитель;
2
10 - технологические разъемы вычислителя;
2
11 - источник вторичного питания;
2
13 - БЧЭ;
2.1
2.2
14 14 - пермалоевые экраны;
2
15 - амортизаторы;
2
16 - крепежные элементы амортизаторов;
2
17- кольцевые лазеры;
2
18 - блок акселерометров;
2
19- высоковольтный источник напряжения;
2
20 - устройство регулирования периметра и контроля;
2
21 - герметичный люк;
2.1
2.2
23 23 - центрирующие отверстия;
2
24 - ручка;
2
30 - направляющий штырь;
2
33 - отверстия для крепления монтажной рамы на платформе объекта;
1
36 - герметичный электрический разъем;
1
37 - крепежные болты;
38 - горизонтальная опорная поверхность моноблока;
39 - упоры;
1
40 - клапан;
41 - центрирующий паз;
1
42 - 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:
3
1 - инерциальный моноблок;
3
3 - монтажная рама;
3
4 - отсек блока электроники;
3
5 - отсек БЧЭ;
3
6 - направляющие отсека блока электроники;
3
7 - крепления для фиксации функциональных элементов в отсеке блока электроники;
3
8 - преобразователь сигналов датчиков;
3
9 - вычислитель;
3
10 - технологические разъемы вычислителя;
3
11 - источник вторичного питания;
3
13 - БЧЭ;
3.1
3.2
14, 14 - пермалоевые экраны;
3
15 - амортизаторы;
3
16 - крепежные элементы амортизаторов;
3
17 - кольцевые лазеры;
3
18 - блок акселерометров;
3
19 - высоковольтный источник напряжения;
3
20 - устройство регулирования периметра и контроля;
3
21 - герметичный люк;
3
24 - ручки;
3.1
3.2
30, 30 - направляющие штыри;
3
33 - отверстия для крепления монтажной рамы на платформе объекта;
3
35 - калиброванный паз;
2.1,
2.2
36 36 - герметичные электрические разъемы;
2
37 - крепежные болты;
2
40 - клапан;
2
42 - 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.
1
1
1
На Фиг. 1-10 представлена БИНС, выполненная в соответствии с первым предпочтительным вариантом реализации изобретения и состоящая из инерциального моноблока (1) с крышкой (2) и монтажной рамы (3).
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1.1
1.2
1
1
1
1
1
1
Инерциальный моноблок (1) имеет отсеки (4) и (5) (Фиг. 2). В отсек (4) по направляющим (6) корпуса моноблока (1) на коммутационную плату (на чертежах не показана) с помощью креплений (7) своими разъемами установлены преобразователь сигналов датчиков (8), вычислитель (9), имеющий технологические разъемы (10) и источник вторичного питания (11), а также закрепленный на передней стенке корпуса сетевой преобразователь напряжения (12). В отсеке (4) установлен БЧЭ (13), закрытый со всех сторон пермалоевыми экранами (14), (14) (Фиг. 5) и закрепленный к стенкам корпуса четырьмя амортизаторами (15) (Фиг. 6) посредством крепежных элементов (16) (Фиг. 3, 4) - по два амортизатора с каждой стороны БЧЭ. В трех взаимно ортогональных полостях БЧЭ расположены кольцевые лазеры (17) (Фиг. 7), а в четвертой - блок акселерометров (18) (Фиг. 8), высоковольтный источник напряжения (19) и устройство регулирования периметра и контроля (20).
1
1
1
1
1
1
1
1
1.1
1
1.2
Внешний вид моноблока (1) показан на Фиг. 3, 4. Корпус моноблока закрывается крышкой (2) (Фиг. 1), имеющей съемный герметичный люк (21) для доступа во внутреннюю полость отсека (4) к технологическим разъемам (10) вычислителя (9). На передней стенке корпуса моноблока, ближней к отсеку (4) (Фиг. 4), выполнен врубной разъем (22) и два центрирующих отверстия (23). На противоположной внешней стороне корпуса моноблока установлены ручки (24), упоры (25), а также выполнено центрирующее отверстие (23).
1
1
1
1
1.1
1.2
1.1
1
1.2
1.1
1.1
1.2
1.2
1
1
1
1
Монтажная рама (3) (Фиг. 9, 10) состоит из основания (26) и стенки (27). В стенке выполнен промежуточный соединитель (28) с разъемами (29), (29). При этом разъем (29) смонтирован со стороны основания и выполнен ответным врубному разъему (22), а разъем (29) - с наружной стороны основания и предназначен для соединения с внешними устройствами. На стенке со стороны основания выполнены два направляющих штыря (30), ответных центрирующим отверстиям (23). На конце основания рамы установлен еще один направляющий штырь (30), ответный центрирующему отверстию (23) и два тарированных элемента крепления (31) для фиксации передней части рамы на упорах (25). На горизонтальной поверхности основания рамы (Фиг. 10) закреплены направляющие (32), для установки инерциального моноблока, а также выполнены четыре отверстия (33) для жесткого крепления рамы на платформе объекта (например, к профилям самолета под кабиной экипажа), калиброванное отверстие (34) и калиброванный паз (35) для выставки системы относительно строительных осей объекта.
2
1
2
2
1
2
2
1
2
2
2
2
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 (1) установлен герметичный электрический разъем (36) (Фиг. 13) и ручка (24). На нижней части этой стенки параллельно боковым стенкам моноблока (Фиг. 14) расположены направляющий штырь (30) и крепежные болты (37) для закрепления моноблока на раме (3). Снаружи днища корпуса моноблока на задней стенке выполнена горизонтальная опорная поверхность (38), на которой установлены два упора (39). Моноблок выполнен с герметичной крышкой (2) (Фиг. 13), снабженной клапаном для герметизации и заполнения моноблока осушенным азотом (40) и герметичным люком (21) для доступа во внутреннюю полость отсека (4) к технологическим разъемам (10) вычислителя (9).
2
1
1
2
В переднем торце монтажной рамы (Фиг. 15) выполнен центрирующий паз (41) для направляющего штыря (30) и два резьбовых отверстия (42) под крепежные болты (37), 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 (33) (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.
3
3
3
3
3
2
3
3
2.1
2.2
3.1
2
3.2
Внешний вид моноблока (1) в сборе с монтажной рамой (3) показан на Фиг. 17. В соответствии с указанным вариантом моноблок имеет две герметичные крышки (46) и (47), первая из которых закрывает отсек блока электроники (4) и вторая, соответственно, отсек БЧЭ (5) (Фиг. 19). На крышке (46) расположен съемный люк (21), обеспечивающий доступ во внутреннюю полость моноблока. Крышка (47) снабжена клапаном (40) для герметизации и заполнения отсека (5) осушенным азотом. На внешней поверхности передней стенки расположены две ручки (24) и герметичные электрические разъемы - разъем (36), расположенный на передней стенке, а также три разъема (36), размещенных на горизонтальной планке (48). Ниже, расположен направляющий штырь (30) и два крепежных болта (37) (Фиг. 18). Два других направляющих штыря (30) установлены на нижней части противоположной стенки моноблока.
3
3
3.1
3.2
3
В отсеке (4) на коммутационной плате (на чертежах не показана) установлены преобразователь сигналов датчиков (8), вычислители (9 и (9), а также закрепленный на передней стенке корпуса моноблока источник вторичного питания (11). 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).
2.1
2.2
3.1
3.2
2
2
3
3
На узких торцах передней и задней стороны монтажной рамы выполнены центрирующие отверстия (23) и (23) (Фиг. 21) под направляющие штыри (30) и, соответственно, (30). Кроме того, на переднем торце расположены два резьбовых отверстия (42) для закрепления моноблока в раме крепежными болтами (37). На широкой стороне рамы (Фиг. 22) имеются два калиброванных цилиндрических отверстия (33) и калиброванный паз (35) для установки рамы на платформу объекта и выставки БИНС относительно его строительных осей.
2.1
3
3
3.1
3.2
3
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). БЧЭ (13) содержит три лазерных гироскопа (ЛГ) и три акселерометра (АК), ориентированные в ортогональной приборной системе координат XYZ. Преобразователь сигналов датчиков (8) 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) формирует инерциальную информацию, управляет преобразователем сигналов датчиков, осуществляет встроенный контроль инерциальных подсистем и прием внешней информации от навигационного комплекса; вычислитель (9) осуществляет комплексную обработку инерциальной и спутниковой информации, поступающей из приемо-измерительного блока СНС (49), а также контроль достоверности спутниковой информации. Источник вторичного питания (11) 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.