ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГИРОСКОП
HYDRODYNAMIC GYROSCOPE

Изобретение относится к гироскопическим приборам, а именно к гидродинамическим гироскопам, и может быть использовано в системах управления реактивных снарядов, преимущественно в системах угловой стабилизации снарядов залпового огня.
Известен гидродинамический гироскоп (см., например, И.А.Горенштейн. Гидродинамические гироскопы. - М.: Машиностроение, 1972, с.104-105), принятый за аналог, который содержит корпус, вращающийся ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, размещенный в ней сферический поплавок с запрессованным в него постоянным стержневым магнитом.
Недостатком этого гироскопа является повышенное время выхода на режим, так как перед раскруткой ротора поплавок в сферической камере занимает произвольное положение, что увеличивает время его перемещения до совмещения плоскости вращения постоянного магнита с плоскостью, перпендикулярной оси вращения ротора.
Задачей данного технического решения являлось получение сигнала, пропорционального угловой скорости перемещения корпуса гироскопа.
Таким образом общими признаками с предлагаемым авторами гидродинамическим гироскопом является наличие корпуса, вращающегося ротора со сферической полостью, заполненной жидкостью, размещенного в ней сферического поплавка.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является гидродинамический гироскоп по патенту РФ №2217700, G01C 19/00, опубл. 27.11.03 г., бюлл. №33, принятый авторами за прототип, содержащий корпус, электродвигатель, ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, размещенный в полости ротора сферический поплавок со сквозным аксиальным отверстием, устройство аксиального центрирования поплавка в виде шарика, жестко установленного в центре поплавка и двух осевых опор, установленных в сферической полости по оси ее вращения.
Недостатком прототипа является применение для вращения ротора электродвигателя, который раскручивает ротор до рабочей угловой скорости за достаточно большое время, составляющее 30-50 сек, что не позволяет при использовании гидродинамического гироскопа в системах угловой стабилизации реактивных снарядов РСЗО повысить темп стрельбы.
Задачей данного технического решения являлось сокращение времени выхода гироскопа на режим путем аксиального центрирования поплавка и ограничения угла отклонения экваториальной плоскости поплавка от плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, введением двух осевых опор и выполнением в поплавке аксиального сквозного отверстия и установкой шарика в центре поплавка.
Общими признаками с предлагаемым гидродинамическим гироскопом является наличие в прототипе корпуса, ротора со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, двигателя, соединенного посредством муфты с осью ротора, сферического поплавка со сквозным аксиальным отверстием, помещенного в сферическую полость ротора, устройства аксиального центрирования поплавка в виде шарика, жестко закрепленного в центре поплавка, и двух осевых опор, установленных в сферической полости по оси ее вращения.
п
п
п
В отличие от прототипа, в предлагаемом авторами гидродинамическом гироскопе двигатель содержит спиральную ленточную пружину, соединенную неразъемно одним концом с ободом, укрепленным на корпусе, а другим концом со втулкой для навивки пружины во внутренней полости обода, которая установлена с возможностью вращения на валу двигателя, вал со стороны, противоположной муфте, с помощью храповика и защелки соединен со стенкой обода, укрепленного на корпусе, причем втулка при навитой пружине посредством подпружиненного радиального стопора введена в зацепление с выемкой на валу двигателя, которая в сечении вала выполнена в форме кулачка, при этом защелка храповика установлена с возможностью взаимодействия с пиротехническим толкателем через поворотный рычаг, а диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке и диаметр осевых опор выбирается из соотношений D/D=0,15-0,2 и d/D=0,06-0,09, где D - диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке, d - диаметр осевых опор, D - диаметр поплавка.
Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.
Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.
Задачей предлагаемого изобретения является сокращение времени готовности гидродинамического гироскопа, и, соответственно, темпа стрельбы РСЗО.
п
п
п
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном гидродинамическом гироскопе, содержащем корпус, ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, двигатель, соединенный посредством муфты с осью ротора, сферический поплавок со сквозным аксиальным отверстием, помещенный в сферическую полость ротора, устройство аксиального центрирования поплавка в виде шарика, жестко закрепленного в центре поплавка, и двух осевых опор, установленных в сферической полости по оси ее вращения, особенность заключается в том, что двигатель содержит спиральную ленточную пружину, соединенную неразъемно одним концом с ободом, укрепленным на корпусе, а другим концом с втулкой для навивки пружины во внутренней полости обода, которая установлена с возможностью вращения на валу двигателя, вал со стороны, противоположной муфте, с помощью храповика и защелки соединен со стенкой обода, укрепленного на корпусе, причем втулка при навитой пружине посредством подпружиненного радиального стопора введена в зацепление с выемкой на валу двигателя, которая в сечении вала выполнена в форме кулачка, при этом защелка храповика установлена с возможностью взаимодействия с пиротехническим толкателем через поворотный рычаг, а диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке и диаметр осевых опор выбирается из соотношений D/D=0,15-0,2 и d/D=0,06-0,09, где D - диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке, d - диаметр осевых опор, D - диаметр поплавка.
Новая совокупность элементов, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счет:
п
п
п
- выполнения двигателя со спиральной ленточной пружиной, выполнения диаметров сквозного аксиального отверстия в поплавке и диаметров осевых опор с соответствии с соотношением D/D=0,15-0,2 и d/D=0,06-0,09, где D - диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке, d - диаметр осевых опор, D - диаметр поплавка, сократить время готовности гидродинамического гироскопа с 30-50 сек до 0,5-1 сек и, соответственно, повысить темп стрельбы реактивными снарядами систем залпового огня.
п
п
При D/D>0,2 снижается точность гидродинамического гироскопа, а при D/D<0,15 уменьшается диапазон измерения угловых отклонений реактивного снаряда.
п
п
При d/D>0,09 также уменьшается диапазон измеряемых отклонений снаряда, а при d/D<0,06 увеличивается время готовности гидродинамического гироскопа.
п
п
п
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в известном гидродинамическом гироскопе, содержащем корпус, ротор со сферической полостью, частично заполненной жидкостью, двигатель, соединенный посредством муфты с осью ротора, сферический поплавок со сквозным аксиальным отверстием, помещенный в сферическую полость ротора, устройство аксиального центрирования поплавка в виде шарика, жестко закрепленного в центре поплавка и двух осевых опор, установленных в сферической полости по оси ее вращения, в отличие от прототипа, согласно изобретению двигатель содержит спиральную ленточную пружину, соединенную неразъемно одним концом с ободом, укрепленным на корпусе, а другим концом с втулкой для навивки пружины во внутренней полости обода, которая установлена с возможностью вращения на валу двигателя, вал со стороны, противоположной муфте, с помощью храповика и защелки соединен со стенкой обода, укрепленного на корпусе, причем втулка при навитой пружине посредством подпружиненного радиального стопора введена в зацепление с выемкой на валу двигателя, которая в сечении вала выполнена в форме кулачка, при этом защелка храповика установлена с возможностью взаимодействия с пиротехническим толкателем через поворотный рычаг, а диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке и диаметр осевых опор выбирается из соотношений D/D=0,15-0,2 и d/D=0,06-0,09, где D - диаметр сквозного аксиального отверстия в поплавке, d - диаметр осевых опор, D - диаметр поплавка.
р
п
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид гидродинамического гироскопа, на фиг.2 - вид А гидродинамического гироскопа, на фиг.3 приведены графики зависимости угловой скорости ротора ω (график 1) и поплавка ω (график 2) от времени t.
Гидродинамический гироскоп содержит корпус 1, ротор 2 со сферической полостью 3, частично заполненной жидкостью 4, сферический поплавок 5 со сквозным аксиальным отверстием 6, жестко закрепленный в центре поплавка 5 шарик 7, осевые опоры 8 и 9, двигатель 10, соединенный с осью ротора 2 посредством муфты 11 и содержащий вал 12, спиральную ленточную пружину 13, соединенную неразъемно одним концом 14 с ободом 15, укрепленным на корпусе 16 двигателя 10, а другим концом 17 с втулкой 18 для навивки пружины 13 во внутренней полости обода 15, установленной с возможностью вращения на валу 12 двигателя 10. Вал 12 со стороны, противоположной муфте 11, с помощью храповика 19 и защелки 20 соединен со стенкой обода 15, укрепленного на корпусе 16.
Втулка 18 при навитой пружине 13 посредством подпружиненного радиального стопора 21, контактирующего с пружиной 22, введена в зацепление с выемкой 23 на валу 12, которая в сечении вала 12 выполнена в форме кулачка 24.
Защелка 20, поджатая пружиной 25 к храповику 19, установлена с возможностью взаимодействия с пиротехническим толкателем 26 через поворотный рычаг 27.
1
1
1
Система координат OXYZ связана с корпусом 1 гироскопа, система OXYZ связана со сферическим поплавком 5,  - вектор измеряемой угловой скорости поворота корпуса 1 гироскопа,  - вектор угловой скорости вращения ротора 2,  - вектор угловой скорости вращения поплавка 5, F - усилие, действующее на рычаг 27 со стороны пиротолкателя 26.
Гидродинамический гироскоп работает следующим образом.
р
р
На пиротехнический толкатель 26 подается ток. В результате толкатель 26 создает усилие F, которое воздействует через рычаг 27 на защелку 20, преодолевая усилие пружины 25. Защелка 20 освобождает храповик 19, который вместе с валом 12 под действием пружины 13 через муфту 11 разгоняет ротор 2 до угловой скорости ω за время примерно 0,05…0,07 с, в течение которого пружина 13 перематывается со втулки 18 на обод 15 и освобождает стопор 21, который под действием пружины 22 и кулачка 24 освобождает втулку 18 от связи с валом 12. Ротор 2 приобретает максимальную скорость ω, которую обеспечивает ему пружина 13, и в дальнейшем вращается по инерции.
п
п
раб
Поплавок 5 за счет сил вязкого трения жидкости 4 приводится во вращение с угловой скоростью ω, которая возрастает до рабочей угловой скорости ω  за время 0,5…1 с.
о
п
п
п
Быстрому разгону поплавка 5 до рабочей угловой скорости способствует удерживание поплавка 5 в центре сферической камеры 3 посредством шарика 7, установленного в центре аксиального сквозного отверстия 6 между осевыми опорами 8 и 9 и ограничение угла наклона экваториальной плоскости поплавка 5 к оси вращения ротора 2 в пределах (5…7) выполнением диаметра D сквозного аксиального отверстия 6 и диаметров d осевых опор 8 и 9 в соответствии с соотношением D/D=0,15-0,2, d/D=0,06-0,09, где D - диаметр поплавка.
вх
При угловом перемещении гироскопа, например, в плоскости ZOX с угловой скоростью ω на поплавок 5 действует гироскопический момент. Поплавок 5 стремится сохранить свое положение в пространстве, и между осями собственного вращения ротора 2 и поплавка 5 появляется угол рассогласования α. При этом на поплавок действует момент сил вязкого трения, который уравновешивает гироскопический момент.
Выполнение гидродинамического гироскопа в соответствии с изобретением позволило сократить время готовности гироскопа (выхода на режим) с 30…50 с до 0,5…1 с, что обеспечило повышение темпа стрельбы реактивных систем залпового огня (РСЗО) снарядами с системой угловой стабилизации, в которой в качестве датчика угловых отклонений используется предлагаемый гидродинамический гироскоп.
Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов, выполненных в соответствии с изобретением.
В настоящее время разработана конструкторская документация, намечено серийное производство.