Двухстепенной поплавковый гироскоп
TWO DEGREES OF FREEDOM FLOATED GYROSCOPE

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов.
Известен двухстепенной поплавковый гироскоп [1]. Гироскоп содержит цилиндрический корпус с двумя торцевыми крышками, цилиндрическую поплавковую камеру с гиромотором, установленную на камневых опорах внутри корпуса, датчик угла, датчик момента. Зазор между корпусом и поплавковой камерой заполнен поддерживающей жидкостью. На наружной поверхности корпуса размещены обмотки обогрева и термодатчика, установлен экран, предназначенный для защиты гироскопа от воздействий внешнего магнитного поля. На внешних поверхностях торцевых крышек корпуса установлены цилиндрические цапфы устройства установки гироскопа.
Недостатком данного гироскопа является низкая точность из-за наличия в его выходном сигнале составляющей от погрешности углов выставки осей гироскопа в заданную ориентацию. Погрешность выставки обусловлена технологическими погрешностями изготовления и сборки элементов устройства установки.
Известен также двухстепенной поплавковый гироскоп [2], который принимаем за прототип. Гироскоп содержит цилиндрический корпус (далее - корпус) с двумя торцевыми крышками, поплавковую камеру с гиромотором, установленную в корпусе на ограничительных камневых опорах, датчик угла, датчик момента. На внешней цилиндрической поверхности корпуса расположено устройство установки, выполненное в виде кругового фланца с продольной осью, совпадающей с продольной осью корпуса; защитный магнитный экран (далее - экран), защищающий гироскоп от воздействия внешнего магнитного поля; обмотки обогрева и термодатчика. Экран состоит из двух частей в виде цилиндрических стаканов, установленных на корпусе гироскопа по обе стороны от фланца устройства установки. Корпус выполнен из материала, не обладающего магнитными свойствами.
Недостатком гироскопа является низкая точность. Указанный недостаток обусловлен:
- Наличием в выходном сигнале гироскопа составляющей погрешности от момента возмущения, создаваемого конвективными потоками жидкости. Причиной образования конвективных потоков является температурная неоднородность внутренней поверхности корпуса гироскопа, контактирующая в рабочем зазоре с поддерживающей жидкостью. Температурная неоднородность корпуса обусловлена разной интенсивностью отвода тепла от его участков, расположенных вдоль продольной оси. Тепло с части корпуса, на которой размещен фланец устройства установки, контактирующий с основанием, как правило, металлическим, отводится на основание более интенсивно, чем тепло от поверхности остальной части корпуса в окружающую среду. При контакте неравномерно нагретой внутренней поверхности корпуса с поддерживающей жидкостью в ней образуются конвективные потоки, являющиеся источником возмущающего момента.
- Появлением составляющей погрешности в выходном сигнале гироскопа в результате воздействия температуры окружающей гироскоп среды на параметры обмотки термодатчика, размещенной на внешней цилиндрической поверхности корпуса.
- Появлением дополнительной составляющей погрешности в выходном сигнале гироскопа при воздействии внешнего магнитного поля, вектор напряженности которого направлен вдоль продольной оси корпуса гироскопа (недостаточность осевого экранирования). Причиной низкого значения коэффициента осевого экранирования является неидеальность цилиндрических экранов - наличие сопротивления прохождению магнитного потока из-за разрыва поверхности экрана в области немагнитного установочного фланца на корпусе прибора, в результате чего часть магнитного потока проникает внутрь прибора.
Решаемой технической проблемой является совершенствование конструкции поплавкового двухстепенного гироскопа.
Достигаемый технический результат - повышение точности гироскопа.
Поставленная задача решается тем, что в известном двухстепенном поплавковом гироскопе, содержащем цилиндрический корпус с двумя торцевыми крышками и с устройством установки, выполненном в виде кругового фланца (далее - фланца) на внешней поверхности корпуса заодно с ним, с продольной осью, совпадающей с продольной осью корпуса; обмотки термодатчика и нагревателя, размещенные на корпусе; цилиндрическую поплавковую камеру (далее - поплавковая камера) с гиромотором, установленную внутри корпуса на камневых опорах; зазор между корпусом и поплавковой камерой заполнен поддерживающей жидкостью; датчик угла; датчик момента; защитный магнитный экран, состоящий из двух частей в виде цилиндрических стаканов, установленных на корпусе по обе стороны от фланца устройства установки: корпус гироскопа выполнен в виде двух цилиндров, установленных соосно с зазором один внутри другого, при этом внешний цилиндр корпуса выполнен заодно с фланцем устройства установки, а обмотки термодатчика и нагревателя размещены на внешней поверхности внутреннего цилиндра, при этом внешний цилиндр корпуса гироскопа выполнен из магнитомягкого материала.
Предлагаемое изобретение поясняется рисунком (фиг. 1), на котором изображен общий вид гироскопа.
Предлагаемый гироскоп 1 (фиг. 1) состоит из корпуса с торцевыми крышками 2, устройством установки, цилиндрической поплавковой камеры 3 с гиромотором 4, датчика угла и датчика момента (на рисунке не показаны). Поплавковая камера 3 установлена внутри корпуса на камневых опорах 5. Для разгрузки камневых опор 5 зазор между корпусом и поплавковой камерой 3 заполнен поддерживающей жидкостью 6 с плотностью, близкой к плотности поплавковой камеры 3. Корпус гироскопа выполнен в виде двух цилиндров 7 и 8, установленных соосно с зазором один внутри другого. На внешней поверхности внутреннего цилиндра 8 по всей его длине размещены обмотки термодатчика 9 и нагревателя 10, подключенные к блоку (на рисунке не показан) регулирования температуры гироскопа 1. Внешний цилиндр 7 корпуса выполнен заодно с устройством установки гироскопа 1, которое представляет собой круговой фланец 11 на его поверхности. Продольная ось фланца совпадает с продольной осью внешнего цилиндра 7. Для защиты корпуса от механических повреждений по обе стороны фланца 11 устройства установки размещен защитный экран, состоящий из двух частей 12 и 13 в виде цилиндрических стаканов. Внешний цилиндр 7 корпуса гироскопа 1 выполнен из магнитомягкого материала.
Работа гироскопа 1 происходит следующим образом. Гироскоп 1 устанавливают и крепят на основании, например, на платформе гиростабилизатора (на рисунке не показана) с помощью устройства установки. Приводят в рабочее состояние. Для этого запускают гиромотор 4, включают питание блока регулирования температуры гироскопа 1. За счет тепла выделяемой обмоткой нагревателя 10, расположенной на внешней поверхности внутреннего цилиндра 8 корпуса, происходит его нагрев. Внешний цилиндр 7 нагревается за счет передачи тепла от обмотки нагревателя 10 через зазор между цилиндрами 7 и 8 с одинаковой интенсивностью по всей длине зазора. При равномерной отдаче тепла от обмотки нагревателя 10 по всей длине зазора происходит равномерный нагрев внутреннего цилиндра 8, равномерное распределение температуры на его внутренней поверхности, контактирующей с поддерживающей жидкостью 6. Из-за отсутствия градиента температур конвективные потоки в поддерживающей жидкости 6 не образуются, соответственно не образуются создаваемые ими моменты возмущения.
При изменении температуры среды, окружающей гироскоп 1, происходит ее воздействие на параметры обмотки термодатчика 9, размещенного на внешней поверхности цилиндра 8. При этом воздействие происходит через «тепловой экран», образованный зазором между цилиндрами 7 и 8 корпуса.
При воздействии внешнего магнитного поля, вектор напряженности которого направлен вдоль продольной оси гироскопа 1, магнитный поток беспрепятственно проходит через внешний цилиндр 7 корпуса, выполненный из магнитомягкого материала.
По сравнению с прототипом точность предлагаемого устройства повышается. Повышение точности происходит путем:
- Исключения (уменьшения) составляющей погрешности в выходном сигнале гироскопа от действия моментов, образованных конвективными потоками жидкости, за счет исключения (уменьшения) температурной неоднородности поверхности корпуса контактирующей с поддерживающей жидкостью.
- Исключения (уменьшения) составляющей погрешности, появляющейся в выходном сигнале гироскопа от воздействия температуры окружающей гироскоп среды на параметры обмотки термодатчика, за счет исключения прямого контакта обмотки термодатчика с окружающей средой.
- Исключения (уменьшения) составляющей погрешности, появляющейся в выходном сигнале гироскопа от воздействия внешнего магнитного поля, вектор напряженности которого направлен вдоль продольной оси гироскопа. При выполнении внешнего цилиндра корпуса из магнитомягкого материала магнитный поток беспрепятственно проходит через данный цилиндр, не попадая внутрь гироскопа.
Таким образом достигается заявленный технический результат.
На предприятии ЦНИИ "Электроприбор" предлагаемое устройство изготовлено и испытано. Получены положительные результаты. Разработана техническая документация гироскопа.
Используемая литература:
1 У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард. Теория, проектирование и испытания гироскопов // М.: Мир, 1972, с. 288, 292.
2 Е.А. Никитин, А.А. Балашова. Проектирование дифференцирующих и интегрирующих гироскопов и акселерометров // М.: Машиностроение, 1969, с. 107.