Способ определения момента дифферента гирокамеры двухстепенного поплавкового гироскопа
METHOD FOR DETERMINING TRIM MOMENT OF GYROSCOPIC CHAMBER OF TWO-STAGE FLOAT GYROSCOPE

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации двухстепенных поплавковых гироскопов с бесконтактными опорами гирокамеры, например, электростатическими или магнитными [У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард. Теория, проектирование и испытания гироскопов. // М: Мир, 1972,289 с.].
Известен способ определения момента дифферента гирокамеры двухстепенного поплавкового гироскопа [а.с. СССР №1840722]. При реализации способа работающий гироскоп ориентируется измерительной осью перпендикулярно плоскости меридиана. Затем гироскоп поворачивается вокруг этой оси на 180°, измеряется его выходной сигнал. После чего гироскоп поворачивается в противоположную сторону на 180° и снова измеряется его выходной сигнал. Момент дифферента гирокамеры вычисляется по величинам отрезков времени между окончанием разворота и скачкообразным изменением выходного сигнала гироскопа, происходящим при механическом контакте в опорах.
Недостатком способа является низкая точность определения момента дифферента гирокамеры. Указанный недостаток обусловлен тем, что способ не позволяет измерить дифферент гирокамеры с бесконтактными опорами. В связи с отсутствием механического контакта в бесконтактных опорах гирокамеры, скачкообразных изменений в выходном сигнале при разворотах гироскопа не происходит.
Известен также способ определения момента дифферента гирокамеры двухстепенного поплавкового гироскопа [патент РФ №2591287], который принимаем за прототип. При реализации способа работающий гироскоп с бесконтактными опорами гирокамеры, нагретый до рабочей температуры, ориентируется в положение, при котором его продольная ось горизонтальна, а пара радиальных осей опор, параллельных измерительной оси гироскопа, направлена по вертикали. Затем осуществляется изменение температуры гироскопа последовательно в одну и другую сторону от ее рабочего значения и одновременное измерение контрольных сигналов в каналах бесконтактных опор, оси которых параллельны измерительной оси гироскопа. По результатам измерений определяются температуры, при которых значения измеряемых контрольных сигналов равны нулю.
Рассчитывается момент дифферента Мд по формуле:
2
1
Мд=(Т-Т)/2*К*V*L,
где:
2
1
Т, T - значения температур, при которых значения измеряемых контрольных сигналов в каналах опор бесконтактного подвеса равны нулю;
К - температурный коэффициент поддерживающей жидкости;
V - объем поплавковой гирокамеры (далее гирокамеры);
L - расстояние между центрами приложения сил в опорах бесконтактного подвеса гирокамеры.
Недостатком способа является низкая точность определения момента дифферента гирокамеры. Указанный недостаток обусловлен тем, что в поддерживающей жидкости реальных гироскопов могут присутствовать перемещающиеся нежидкостные включения, например, газообразные включения (пузыри), которые вносят в результаты определения момента дифферента гирокамеры погрешность. Причиной их образования являются технологические погрешности изготовления гироскопа: недостаточное обезгаживание поддерживающей жидкости, недостаточное обезгаживание деталей гироскопа, разгерметизация поплавковой камеры через некачественно выполненные уплотнения или микротрещины и т.д.
Решаемой технической проблемой настоящего изобретения является совершенствование технологического процесса изготовления двухстепенных поплавковых гироскопов.
Достигаемый технический результат - повышение точности определения момента дифферента гирокамеры поплавкового гироскопа и возможность определения наличия нежидкостных компонентов в жидкости гироскопа.
Поставленная проблема решается тем, что в известном способе определения момента дифферента гирокамеры двухстепенного поплавкового гироскопа согласно которому, работающий гироскоп с бесконтактными опорами гирокамеры, нагретый до рабочей температуры ориентируют в положение, при котором его продольная ось горизонтальна, а пара радиальных осей бесконтактных опор гирокамеры, параллельных измерительной оси гироскопа, направлена по вертикали, осуществляют изменение температуры гироскопа последовательно в одну и другую сторону от ее рабочего значения и одновременное измерение контрольных сигналов в каналах опор гирокамеры, оси которых параллельны измерительной оси гироскопа; при этом изменение температуры гироскопа от ее рабочего значения и одновременное измерение контрольных сигналов в каналах бесконтактных опор гирокамеры производят в двух ориентациях, которые гироскоп последовательно занимает после выполнения противоположных наклонов продольной оси гироскопа относительно плоскости горизонта на (50-70)° и уменьшения в каждом из состояний каждого наклона до (1-3)°; по результатам измерений контрольных сигналов в каналах бесконтактных опор гирокамеры в двух ориентациях определяют момент дифферента гирокамеры.
Способ реализуется при выполнении следующих технологических операций:
1. Гироскоп устанавливают на неподвижном основании в положение, при котором его продольная ось горизонтальна, а оси бесконтактных опор гирокамеры, параллельные измерительной оси прибора, направлены по вертикали. Такая ориентация исключает появление в результатах измерений погрешности, обусловленной воздействием на опоры гироскопического момента.
2. Гироскоп приводят в рабочее состояние. Осуществляют нагрев гироскопа до рабочей температуры, взвешивают гирокамеру в бесконтактных опорах, запускают гиромотор.
3. Осуществляют наклон продольной оси гироскопа относительно плоскости горизонта на угол (50-70)°, например, по часовой стрелке. При наличии в поддерживающей жидкости рабочего зазора гироскопа газового пузыря (наиболее часто встречающееся при производстве и эксплуатации гироскопа нежидкостное включение в жидкости рабочего зазора) он переместится в сторону верхнего торца корпуса. Угол наклона не менее 50° выбран, исходя из надежного перемещения пузыря в сторону верхнего торца корпуса; угол не более 70° выбран, исходя из условия исключения (уменьшения) вероятности перехода части пузыря в торцевую часть корпуса.
п
д
1
1
д
п
4. Производят уменьшение угла наклона гироскопа до (1-3)° относительно плоскости горизонта. Угол выбран из условия предотвращения перемещения газового пузыря в рабочем зазоре от занятого им после наклона положения, а также из условия уменьшения составляющей погрешности в определении момента дифферента от заданной в плоскости горизонта первоначальной ориентации гироскопа. В этой ориентации, при размере газового пузыря превышающего рабочий зазор, со стороны пузыря на гирокамеру будет действовать сила давления, которая создаст момент М, например, одного знака с моментом М гирокамеры. Суммарный момент Мд дифферента в этой ориентации будет определяться выражением: Мд=М+М.
1
5. Определяют момент Мд для чего:
раб
1
1
5.1 Уменьшают температуру гироскопа Тг относительно ее рабочего значения Тг, например, дискретным образом. При каждой фиксированной температуре измеряют контрольные сигналы Uk1 и Uk2 в каналах бесконтактных опор гирокамеры, пропорциональные действующим силам. При изменении температуры гироскопа Тг происходит изменение сил действующих в бесконтактных опорах гирокамеры (за счет изменения ее остаточного веса). Определяют температуру Т при которой значение контрольного сигнала в канале одной из бесконтактных опор гирокамеры равно нулю. При этом в этой опоре остаточный вес гирокамеры уравновесит силу, определяемую моментом дифферента Мд
2
5.2 Увеличивают дискретным образом температура гироскопа и одновременно измеряют контрольные сигналы в каналах бесконтактных опор гирокамеры. Определяют температура Т, при которой значение контрольного сигнала в канале другой бесконтактной опоры гирокамеры равно нулю. При этом в этой опоре остаточный вес камеры уравновесит силу, определяемую моментом дифферента.
1
5.3 Рассчитывают момент дифферента Мдпо формуле:
1
2
1
Мд=(T-T)/2*К*V*L
6. Гироскоп возвращают в исходную ориентацию. Производят его нагрев до рабочей температуры.
7. Осуществляют наклон продольной оси гироскопа относительно плоскости горизонта на (50-70)° против часовой стрелке. При этом газовый пузырь в поддерживающей жидкости рабочего зазора гироскопа переместится в сторону противоположного торца корпуса, занявшего верхнее положение.
д
2
2
д
п
8. Производят уменьшение угла наклона гироскопа до (1-3)° относительно плоскости горизонта. При этом со стороны пузыря на гирокамеру будет действовать сила давления, которая будет уменьшать (увеличивать) момент ее дифферента. В этой ориентации со стороны пузыря на гирокамеру будет действовать сила давления, которая создаст момент Мп противоположного по знаку моменту М гирокамеры. Суммарный момент Мд дифферента в этой ориентации будет определяться выражением: Мд=М-М.
2
9. Определяют момент Мд, для чего:
раб
3
2
9.1 Уменьшают температура гироскопа Тг относительно ее рабочего значения Тг, например, дискретным образом. При каждой фиксированной температуре измеряют контрольные сигналы Uk3 и Uk4 в каналах бесконтактных опор гирокамеры, пропорциональные действующим силам. При изменении температуры гироскопа Тг происходит изменение сил действующих в бесконтактных опорах гирокамеры (за счет изменения ее остаточного веса). Определяется температура Т, при которой значение контрольного сигнала в канале одной из бесконтактных опор гирокамеры равно нулю. При этом в этой опоре остаточный вес гирокамеры уравновесит силу, определяемую моментом дифферента Мд.
4
9.2 Увеличивают дискретным образом температуру гироскопа и одновременно измеряется контрольный сигналы в каналах бесконтактных опор гирокамеры. Определяют температуру Т, при которой значение контрольного сигнала в канале другой бесконтактной опоры гирокамеры равно нулю. При этом в этой опоре остаточный вес камеры уравновесит силу, определяемую моментом дифферента.
2
10. Рассчитывают суммарный момент дифферента Мд по формуле:
2
4
3
Мд=(T-T)/2*К*V*L.
11. Определяют момент дифферента Мд гирокамеры из соотношения:
1
2
Мд=(Мд+Мд)/2
12. Определяют момент дифферента Мд от газового пузыря в жидкости рабочего зазора гироскопа из соотношения:
1
2
Мд=(Мд-Мд)/2
По сравнению со способом прототипом при реализации предлагаемого способа:
- Появляется возможность определить наличие/отсутствие пузыря, перемещающегося в жидкости рабочего зазора гироскопа.
- За счет исключения из результатов составляющей момента от газового пузыря повышается точность определения момента дифферента гирокамеры.
Поставленная цель достигнута.
На предприятии предлагаемый способ проверен. Получены положительные результаты. В настоящее время разрабатывается техническая документация для использования предлагаемого решения при производстве двухстепенных поплавковых гироскопов с бесконтактными электростатическими опорами гирокамеры.