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液浮陀螺仪是整个惯性稳定平台系统中的核心元件,其工作精度和可靠性直接影响着整个惯性平台系统的工作精度,提高液浮陀螺仪的工作精度是当前惯性技术领域中的重要课题。
温度是影响液浮陀螺仪工作精度的主要环境因素,液浮陀螺仪内部的工作温度的波动和陀螺浮子组件周围的温度梯度都会引起误差。对液浮陀螺仪温度场进行分析和热优化改进是提高液浮陀螺仪工作精度的迫切需要。
本文着重对某型号液浮陀螺仪温度场进行了分析研究。首先根据液浮陀螺仪的误差模型推导了液浮陀螺仪内部的工作温度的波动和陀螺浮子组件周围的温度梯度对液浮陀螺仪精度影响的计算公式。然后利用热传导有限单元法理论建立了该型号液浮陀螺仪的稳态温度场模型和瞬态温度场模型,利用功能强大的有限元分析软件ANSYS Workbench完成了对该型号液浮陀螺仪的稳态温度场以及瞬态温度场的仿真分析和计算,并将仿真结果与温度实验的结果进行了比较,验证了温度场模型建立的正确性。从实验数据和分析结果中发现该型号液浮陀螺仪浮子组件在输出轴方向存在较大的温度梯度,以及陀螺内部材料的选取有可能影响陀螺达到稳定状态的时间。为使液浮陀螺仪的温度场均匀,针对这陀螺仪浮子组件上存在的较大温度梯度,提出了通过改变加热片的分布密度来优化该型号液浮陀螺仪的温度场分布情况的优化设计方案,使浮子组件的温度场分布更加均匀。最后通过有限元仿真分析从理论上验证了优化方案。
本课题的研究成功,得到了该型号液浮陀螺仪温度场分布情况,不仅对该型号液浮陀螺仪的改进有指导意义,也为进行进一步的多场耦合分析及设计提供了参考。