АМОРТИЗАТОР СИСТЕМЫ ВИБРОЗАЩИТЫ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
SHOCK ABSORBER OF THE VIBRATION PROTECTION SYSTEM OF AN INERTIAL NAVIGATION SYSTEM

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, к средствам защиты от вибрационных и ударных нагрузок, воздействующих на бесплатформенную инерциальную навигационную систему в процессе эксплуатации воздушного судна.
Эксплуатация воздушного судна полностью зависит от нормального функционирования бортового радиоэлектронного оборудования. В авиационной промышленности в системах ориентации и навигации важнейшую роль играет точность измерения параметров перемещения объекта в пространстве. Основными негативными механическими факторами, влияющими на точность измерения перемещения летательного аппарата в пространстве с помощью навигационной системой, являются вибрация и удары. Для снижения влияния ударо-вибрационного воздействия на объект применяются системы виброзащиты, основу которых составляют амортизаторы. В бесплатформенных инерциальных навигационных системах (БИНС), в блоках чувствительных элементов (БЧЭ) и блоках лазерных гироскопов (БЛГ) применяется система амортизации, предназначенная для защиты от вибрации и ударов. При использовании лазерных гироскопов на базе кольцевых лазеров (КЛ) с виброчастотной подставкой, система амортизации облегчает работу виброчастотой подставки и раскачку виброподвесов за счет снижения инерционных свойств самого БЛГ. Это способствует снижению энергопотребления виброчастотной подставки и всего БЛГ в целом.
Таким образом, в условиях работы высокоманевренных объектов (в условиях жестких вибрационных и ударных перегрузок) в выпускаемых изделиях семейства БИНС очень важно применять качественные амортизаторы, от которых зависит частота резонанса всей амортизационной системы изделия в целом.
В настоящее время в разных системах амортизации применяются амортизаторы различных конструкций, основу которых составляет резиновый массив и металлический корпус. При этом в результате проведенного исследования процессов упругих взаимодействий между компонентами инерциальной системы типа БИНС, протекающих при проверке корпусов БЛГ на добротность, был сделан вывод о том, что результаты проверки в первую очередь определяются жесткостными параметрами амортизаторов и виброподвесов, а при пониженной температуре - изменением упругих свойств резины, применяемой в амортизаторах. Основным элементом системы амортизации является резинометаллический амортизатор, предназначенный для гашения свободных колебаний БЧЭ и поглощения толчков и ударов за счет диссипатиции энергии внешнего вибрационного и ударного воздействий, действующих на систему БИНС со стороны летательного аппарата (ЛА).
Из уровня техники известны конструкции амортизаторов, относящихся к устройствам виброзащиты различного электронного оборудования.
Например, из уровня техники известен амортизатор устройства крепления амортизированной платформы к корпусу радиоэлектронного блока (патент на полезную модель RU №118157 U1, МПК H05K 5/06, опубл. 10.07.2012 г.), упругий элемент которого помещен своими торцами в металлические стаканы и привулканизирован к их днищам, при этом каждый нижний стакан имеет хвостовик с резьбой для крепления амортизатора к днищу нижней части корпуса, а в днище каждого верхнего стакана имеется резьбовое отверстие для винтового крепления амортизированной платформы.
Недостатком известного амортизатора является конструктивное его выполнение неравночастотным, что в результате большой нагрузки повышает вероятность отрыва резинового массива от днищ металлических стаканов и таким образом существенно уменьшает срок эксплуатации.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности признаков является амортизатор системы виброзащиты инерциальной навигационной системы (патент на полезную модель RU №131150U1, МПК G01C 21/00, опубл. 10.08.2013 г.), включающий полую стойку, упругий элемент, образованный двумя однотипными резиновыми втулками, имеющими форму тел вращения, установленными на стойке симметрично и контактирующие своими опорными поверхностями с амортизируемым корпусом БЧЭ, при этом стойка снабжена проходящим через ее отверстие крепежным элементом, причем верхний конец стойки выполнен в виде развальцованного соединения с первым регулировочным кольцом, контактирующим с верхней частью корпуса БИНС, а нижняя часть стойки выполнена с цилиндрическим отверстием под втулку элемента крепления амортизатора к корпусу БИНС, контактирующему с опорной поверхностью стойки через второе регулировочное кольцо.
Недостатками конструктивного решения прототипа является то, что упругий элемент амортизатора выполнен в виде двух двухсторонних упругих упоров, каждый из которых образован двумя однотипными резиновыми втулками, имеющими форму тел вращения. В результате разделения массива резины в амортизаторе при закреплении резиновых втулок практически всегда будет возникать несимметрия установки (то есть погрешность установки), а значит осевая и радиальная жесткость будет различной, что приводит к неравножесткости конструкции амортизатора, а, следовательно, отрицательно сказывается на характеристиках, как отдельного амортизируемого узла, так и на изделии в целом, на котором стоит такого типа опора. Конструкция также усложнена наличием регулировочных колец, что повышает вероятность появления дополнительного конструкционного резонанса самого амортизатора. Кроме того, наличие большого количества конструктивных элементов увеличивает габаритно-весовые параметры и усложняет процесс монтажа/демонтажа в процессе эксплуатации.
Техническими результатами, на достижение которых направлено заявляемое изобретение, являются улучшение частотных характеристик амортизатора, повышение надежности устройства крепления блока чувствительных элементов к корпусу инерциальной навигационной системы, а также снижение трудоемкости монтажа и демонтажа амортизатора в процессе эксплуатации.
Заявленные технические результаты достигаются амортизатором системы виброзащиты инерциальной навигационной системы, включающим втулку с осевым каналом, установленным на втулку упругим элементом, имеющим форму тела вращения, при этом на упругом элементе выполнена кольцевая оправка по меньшей мере с двумя равноудаленными от центральной оси точками крепления к корпусу блока чувствительных элементов, при этом внутренняя поверхность упругого элемента, контактирующая с ответной частью втулки, в продольном осевом сечении сформирована из встречно направленных симметрично усеченных участков, переходящих в промежуточный цилиндрический участок со стороны своих малых оснований, а наружная поверхность упругого элемента в продольном осевом сечении сформирована из симметрично усеченных конических участков, сопряженных со стороны своих больших оснований с образованием по поперечной плоскости симметрии наружной кольцевой проточки под ответную поверхность кольцевой оправки.
Предлагаемая конструкция амортизатора позволяет по сравнению с прототипом упростить процесс монтажа/демонтажа за счет минимального количества конструктивных элементов.
БЧЭ
При этом выполнение амортизатора в виде единой неразборной конструкции в сочетании с формообразованием рабочей поверхности упругого элемента позволяет, согласно проведенным экспериментальным исследованиям, достичь оптимальных частотных характеристик амортизатора. Так при нагрузке m/4 (где m - масса блока чувствительных элементов) амортизатор обеспечивает необходимую резонансную частоту 60…80 Гц, требуемую для стабильной работы частотной подставки гироскопических каналов инерциальной системы. Таким образом при эксплуатационных нагрузках обеспечивается существенное снижение свободных колебаний блока БЧЭ и поглощение толчков и ударов, действующих на инерциальную навигационную систему, что позволяет в результате повысить точность ее параметров.
Конструктивное выполнение оправки амортизатора с двумя точками крепления, равноудаленными от центральной оси амортизатора, обеспечивают его надежное и жесткое крепление на корпусе БЧЭ, что в конечном итоге повышает надежность всего устройства крепления БЧЭ к корпусу инерциальной навигационной системы.
В предпочтительном варианте выполнения амортизатора кольцевая поверхность проточки упругого элемента может быть сформирована из прямоугольного углубления со скошенными периферийными участками, что повышает надежность фиксации кольцевой оправки на упругом элементе.
Угол наклона конических участков внутренней поверхности упругого элемента целесообразно выполнять 20-25 градусов, а угол наклона конических участков наружной поверхности упругого элемента - 70-80 градусов. Расчетно-экспериментальным путем установлено, что такая конусность поверхностей упругого элемента позволяет обеспечить оптимальные частотные характеристики амортизатора.
6
5
При этом упругий элемент предпочтительно выполнять из резины ИРП-1354 НТА, которая обладает высокой температурной устойчивостью (от минус 60 до 150)°С, имеет повышенные механические свойства, стойкость к магнитным полям и озоностойкость, твердость по Шору А составляет 45-66 ед. Шор А. Присутствие в каучуке винильной группы делает резину устойчивой к тепловому старению, а введение в каучук фенольной группы (СН) повышает сопротивляемость резины действию радиации.
Сущность настоящего изобретения поясняется чертежами, где:
- на Фиг. 1, 2 показан амортизатор в продольном разрезе;
- на Фиг. 3 - общий вид БИНС с внешними крепежными элементами амортизаторов;
- на Фиг. 4 - амортизатор с внешними крепежными элементами в продольном разрезе;
- на Фиг. 5 - амортизатор, вид сбоку;
- на Фиг. 6 - амортизатор, общий вид слева;
- на Фиг. 7 - амортизатор, общий вид справа.
Конструктивно амортизатор содержит корпус 1 (см. фиг. 4), состоящий из продольной оси в виде внутренней втулки 2, выполняемой предпочтительно, из стали, а также установленного на втулку 2 упругого элемента 3 и кольцевой оправки 4 (см. фиг. 1), выполняемой, предпочтительно, из алюминиевого сплава. Втулка 2 имеет фигурную наружную поверхность из последовательно расположенных концевого цилиндрического участка 5, усеченно-конического участка 6, цилиндрического участка 7 и концевого усеченно-конического участка 8, при этом участки 6, 7, 8 образуют фигурную плоскость контакта с внутренней поверхностью упругого элемента 3. Осевой канал втулки 2 сформирован из трех соосных частей - цилиндрической части 14, промежуточной цилиндрической части 15 меньшего диаметра и конической части 16. Цилиндрическая часть 15 выполнена с резьбой 17 для соединения с конструкцией моноблока 18 посредством крепежного элемента, например, винта 19 (см. фиг. 3, 4). При этом больший диаметр цилиндрической части 14 обеспечивает свободное продвижение винта 19 в осевом канале, упрощая процесс монтажа/демонтажа. Выполнение части 16 осевого канала в виде усеченного конуса обеспечивает балансировку веса как амортизатора, так и системы в целом, а также упрощение всей конструкции амортизатора (посредством уменьшения массы). Кольцевая оправка 4 имеет две точки крепления в виде равноудаленных от центральной оси проушин 9 с отверстиями 10 для надежного закрепления амортизатора к корпусу БЧЭ 20 (см. фиг. 3). Кольцевая оправка 4 состоит из кольцевых выступа 11 и ребер жесткости 12 и 13, при этом наружная поверхность ребра жесткости 12 служит дополнительным упором при креплении амортизатора к корпусу БЧЭ. Выступ 11 с внутренними поверхностями ребер жесткости 12, 13 образуют плоскость контакта с ответной поверхностью упругого элемента 3.
На фиг. 2 показан общий вид амортизатора в продольном разрезе, где буквой А обозначена внутренняя поверхность упругого элемента, контактирующая с участками 6, 7, 8 втулки 2, а буквой Б - внешняя поверхность упругого элемента 3, контактирующая с выступом 11 и внутренними поверхностями ребер жесткости 12, 13 оправки 4, определяющие частотные характеристики амортизатора. При этом расчетно-экспериментальным путем установлено, что указанная конфигурация упругого элемента обеспечивает при последующих нагрузках существенное снижение свободных колебаний блока БЧЭ и поглощение толчков и ударов, действующих на систему БИНС.
По технологическому процессу сборки после вулканизации резиновая смесь упругого элемента 3 помещается между оправой 4 и втулкой 2, соприкасающихся с резиной, поверхности которых предварительно смазаны клеем, после чего резиновая смесь принимает форму определенной конфигурации. Собранный амортизатор (см. фиг. 5-7) после прохождения режима стабилизации комплектуется в группы, образуя, таким образом, систему виброзащиты БИНС.
Процесс монтажа каждого амортизатора системы виброзащиты БИНС осуществляется следующим образом.
Амортизатор с помощью винтов 21 (см. фиг. 4) через отверстия 10 в проушинах 9 оправки 4 устанавливается на крепежные площадки корпуса БЧЭ 20 таким образом, что концевой конусный участок 8 свободно располагается внутри посадочного отверстия 28 в корпусе БЧЭ 20. Затем на внутреннюю втулку 2 устанавливают втулку 22 для выборки зазора между торцевой частью цилиндрического участка 5 втулки 2 и внутренней поверхностью корпуса моноблока БЧЭ 18, после чего через отверстие 23 корпуса 18 прижимают втулку 24 с резиновым уплотнителем 25 и затем фиксируют винтом 19 в промежуточной цилиндрической части 15 втулки 2 посредством резьбового соединения. Такая точка крепления обеспечивает надежное закрепление амортизатора на стенке корпуса навигационной системы.
Процесс монтажа завершается креплением герметичной заглушки 26 к втулке 24 с помощью винтов 27.
Предлагаемый амортизатор в собранном виде имеет малые габариты (в предпочтительном варианте - 30×44×23 мм) и небольшой вес (в предпочтительном варианте - 35 г), конструкция которого выдерживает широкополосную случайную вибрацию, характерную для объектов, на которые ставится системы БИНС, а также удары одиночные и многократного действия с деформациями, удовлетворяющими требованиям навигационной системы в целом. Амортизатор эксплуатируют при температуре от минус 60°С до плюс 80°С (по ТУ). Номинальная нагрузка при ходе амортизатора до 0,5 мм в зависимости от исполнения составляет 5 кг.