Способ технического обслуживания системы инерциальной навигации и стабилизации
METHOD FOR MAINTENANCE OF SYSTEM OF INERTIAL NAVIGATION AND STABILIZATION

Изобретение относится к техническому обслуживанию систем инерциальной навигации и стабилизации (СИНС) на основе двухстепенных поплавковых гироскопов (ДПГ) и может быть использовано для повышения точности и прогнозирования отказов поплавковых гироскопов при эксплуатации СИНС.
о
Известен способ диагностики состояния газодинамической опоры (ГДО) ДПГ  [1], включающий определение времени выбега (ВВ) ротора на последовательных этапах изготовления и испытаний гироскопа, отличающийся тем, что определяют абсолютное и относительное изменение времени выбега ротора гироскопа по сравнению с временем выбега на предыдущем этапе, сравнивают эти изменения с установленными допусками и бракуют гироскоп при превышении установленных допустимых значений. Для  СИНС на ДПГ в документации установлены определенные ограничения по сроку службы, техническому ресурсу и количеству пусков ДПГ. Обычно это 10 лет, 30000 часов и 1000 пусков, соответственно. Соблюдение этих условий обеспечивается за счет ведения формуляра, в который регулярно заносятся срок службы и использованный технический ресурс. В процессе эксплуатации в гироскопах происходят различные деградационные процессы, обусловленные качеством изготовления деталей, узлов и гироскопа в целом, старением, временем работы и количеством пусков изделия. Среди них: старение металлов и материалов, гажение компаундов, развитие микротрещин, полимеризация в зоне трения органических и других продуктов, засорение рабочих зазоров ГДО и т.д. Эти процессы ускоряются при интенсивных механических, электрических, тепловых, радиационных и электромагнитных воздействиях. Применительно  к ДПГ это ударные воздействия до 15 g, вибрации, тепловые удары при каждом включении СИНС с повышением температуры внутри поплавковой камеры (ПК) ДПГ на 50-60С, периодические электромагнитные воздействия от электрических машин гироприбора на ДПГ при вращении азимутальной платформы. Центростремительное ускорение на периферийных точках роторов гиромотора (ГМ) превышает 1000 g.
При исследовании отказов ДПГ фиксируются некоторые результаты различных деградационных процессов. Среди них:
-износ нитрид-титанового покрытия деталей ГДО - фланцев и опор,
-формирование фрагментов кольцевого образования на цилиндрической поверхности цапф опор ПО-0.7 в зоне контакта с бушонами,
- образование микрочастиц во взвеси демпфирующей жидкости Д8-06Н в результате шаржирования керамическим цилиндром материала ВАД-1Ф корпуса гироскопа при изменениях температуры прибора при включениях и выключениях,
- перемещение с изоляции проводов ГМ микрокаплей клея 98БН, попавшего туда с конусной поверхности цилиндра  при склеивании ПК,
- формирование налета порошка белого цвета на сферах опор вблизи малого торца, а также на фасках перехода от сферы к отверстию на  фланцах.
В результате подобных деградационных процессов происходит изменение некоторых параметров гироскопа, в том числе и нестабильности скорости ухода (СУ). Обычно это сопровождается снижением точностных параметров ДПГ. Частично потеря точности компенсируется при периодическом техническом обслуживании (ТО) СИНС.
Известен способ технического обслуживания СИНС на ДПГ, который заключается в периодическом определении параметров всех чувствительных элементов (ДПГ и акселерометров) СИНС в реальном запуске и их обновлении в памяти вычислителя СИНС для использования при новых запусках до очередного технического обслуживания (Регламент 1) [2, 3, 4]. Аналогичный способ используется и после замены любого чувствительного элемента  в СИНС (Регламент 2). Однако при этом способе ТО СИНС не измеряется время выбега гиромоторов ДПГ и не определяется остаточный ресурс гироскопа до отказа, в том числе до заклинивания гиромотора (ЗГМ).
Решаемая техническая проблема - совершенствование способа технического обслуживания СИНС на основе ДПГ на этапе эксплуатации.
Достигаемый технический результат - возможность диагностики текущего состояния ГДО двухстепенных поплавковых гироскопов в СИНС по динамике изменения времени выбега в процессе эксплуатации с учетом количества пусков гироскопов, что, соответственно, повышает достоверность контроля качества текущего состояния ГДО.
Сущность предлагаемого способа
Способ технического обслуживания системы инерциальной навигации и стабилизации (СИНС) на основе двухстепенных поплавковых гироскопов, заключающийся в периодическом определении параметров двухстепенных поплавковых гироскопов СИНС и их обновлении в вычислителе  СИНС для использования при очередных пусках, отличающийся тем, что на этапе эксплуатации осуществляется диагностика состояния газодинамической опоры ротора каждого  двухстепенного поплавкового гироскопа за счет  определения времени выбега  ротора каждого гироскопа и  его сравнении с допустимым значением времени  выбега, рассчитываемого  с учетом числа пусков СИНС.
Время выбега гироскопа и  динамика его изменения являются наиболее информативными параметрами, отражающими изменения текущего состояния ГДО ротора, деградирующее в процессе эксплуатации ДПГ.
При этом определяют ВВ ротора каждого гироскопа СИНС  и сравнивают полученные значения с установленными допусками (допустимыми значениями). В случае  несоответствия ВВ установленным допускам  соответствующий гироскоп бракуется и заменяется. В случае соответствия ВВ действующим допускам результаты ТО запоминаются в памяти вычислителя СИНС и ТО заканчивается. При анализе динамики ВВ учитывается текущее значение количества пусков каждого гироскопа. Исследования отказов ДПГ подтвердили, что к отказу гироскопа с ЗГМ (?)  приводит определенное количество пусков-остановов  гироскопа. Это убедительно показала статистика отказов с ЗГМ с учетом типа системы, где работал заклинивший гироскоп. Например, в гравиметрах среднее время наработки до отказа  составило 4000-5000 часов, а в СИНС – меньше тысячи часов. Это обусловлено в основном тем, что гравиметры запускаются в год всего 2-3 раза, а СИНС – десятки раз. Именно поэтому в СИНС на ДПГ меньше среднее время наработки до отказа  при отказах с ЗГМ.
При запуске ГМ до срабатывания газодинамической опоры имеет место режим сухого трения. При исследовании таких отказов были выявлены несколько источников микрогрязи, накапливающейся в рабочем зазоре (РЗ) ГДО и приводящей в итоге к ЗГМ. Очевидно, что  отказ происходит в результате постепенного монотонного ухудшения характеристик гироскопа в процессе эксплуатации. В нашем случае – это постепенное засорение РЗ ГДО, ведущее к ухудшению соотношения между пусковым моментом ГМ и величиной сухого трения в ГДО. При разработке ДПГ был создан многократный запас пускового момента  для преодоления сил сухого трения при запуске ГМ. Но по мере накопления в РЗ ГДО микрогрязи возрастают силы сухого трения и при очередной попытке запуска гироскопа пускового момента не хватает для преодоления возросшего сухого трения. ГМ не запускается и фиксируется ЗГМ. Все это подтверждает, что деградационные процессы, приводящие к ЗГМ, наиболее интенсивно развиваются при запуске и выключении гироскопов. По времени оба эти процесса занимают соответственно всего 6 - 10 с и 85 - 120 с, а их активная часть с наличием сухого трения и того меньше. На этапе изготовления и испытаний ДПГ время выбега  составляет 100 с. Если ВВ при эксплуатации снижается до 70 с, то гироскоп в соответствии с технической документацией  должен быть забракован. Действующий допуск на ограничение количества пусков-остановов ГМ составляет 1000. Получаем выражение для расчета допустимого  значения  ВВдоп:
ВВдоп(n)=100 - 0,03 n ,
где  n – количество пусков гироскопа.
Реализация предлагаемого способа поясняется следующим примером. При приемо-сдаточных испытаниях СИНС были измерены и зафиксированы ВВ для каждого из трех двухстепенных поплавковых гироскопов. Они составили следующие значения ВВх1, ВВу1 и ВВz1 (соответственно 105 с,102 с, 110 с), где х, у, z индексы гироскопов в СИНС, а 1 соответствует учету состоявшихся количества пусков. При дальнейшей эксплуатации в памяти СИНС фиксируются нарастающее количество пусков изделия и, следовательно, каждого гироскопа. Очередное ТО произведено при 50-ом пуске системы, т.е. n=50. Получены  следующие значения ВВх50, ВВу50 и ВВz50 (104 с,101 с и 109 с). Все в порядке – можно продолжать эксплуатацию. Следующее ТО провели при 100-ом пуске. Получили следующие значения ВВх100, ВВу100 и ВВz100 (104 с,101 с и 104 с). Ситуация с гироскопами х и у не вызывает сомнений. А вот гироскоп z требует повышенного внимания, т.к. произошло заметное снижение его ВВ с 51-го по 100-й пуски. Но пока по всем трем гироскопам измеренное значение ВВ превышает ВВдоп(100), равное 97. Очередное ТО провели при 200-ом пуске. Получили следующие значения ВВ: 103 с,100 с и 91 с. Ситуация с гироскопами х и у не вызывает сомнений. А вот гироскоп z требует замены, поскольку его ВВ стало меньше ВВдоп(200), равного 94 с.
Таким образом заявленный технический результат достигнут.
На предприятии предлагаемый способ технического обслуживания проверен. Получены положительные результаты. Продолжается набор статистики для уточнения значений  ВВдоп(n). Подготовлена  корректировка  эксплуатационной документации некоторых модификаций СИНС.
Используемая литература
1. Патент РФ №2690231.
2. Патент РФ №2193754.
3. Шарыгин Б.Л.  Морская система инерциальной навигации и стабилиза-ции. Двадцать лет развития // Гироскопия и навигация.  2020. №3. С.122-131.
4. Пешехонов В.Г., Миронов Ю.В., Шарыгин Б.Л. Единая система инерциальной навигации и стабилизации "Ладога-М" // Морская  радиоэлектроника.  2003. №1 (4).