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气浮陀螺仪在运载火箭惯性平台系统中作为敏感元件,敏感平台的输入角速度,其精度直接决定了平台系统保持惯性空间基准的精度,从而决定整个火箭系统的惯性导航和入轨精度。陀螺K0项漂移精度控制一直是个技术上的难点,陀螺合格率曾一度降到10﹪以下,严重地影响了研制进度,极大地增加了生产成本,因此本文对陀螺K0项漂移精度的影响因素及其控制技术展开了研究。
首先,本文通过陀螺K0项漂移精度主要影响因素的对比试验,得出了空气轴承涡流力矩是影响陀螺K0项漂移精度的最关键性因素。然后,利用有限元法对空气轴承涡流力矩展开了研究:针对空气轴承窄缝节流轴颈、止推串接的特点及其常见的制造误差模式,建立了空气轴承制造误差对涡流力矩影响的数学模型(包括空气轴承流场特性、涡流力矩、制造误差对涡流力矩影响的数学模型)及其有限元模型;利用MATLAB参数化编程计算分析了空气轴承制造误差对涡流力矩的影响规律,得出浮子圆度误差和窄缝装配误差是引起涡流力矩的最主要因素,且涡流力矩值与浮子安装角以及窄缝倾斜面与径向承载轴线方向的平行度误差有关;通过空气轴承各结构参数与涡流力矩的灵敏度分析,得到了径向平均间隙和窄缝平均间隙对涡流力矩的影响规律及最优值。此外,由于空气轴承承载能力和刚度是评价陀螺可靠性最重要的指标之一,因此本文对空气轴承承载能力和刚度也进行了研究,建立了其数学模型及有限元模型,分析了空气轴承各结构参数对承载能力和刚度的影响规律,为空气轴承的优化设计提供了理论依据。
根据上述研究结论,本文提出了控制陀螺K0项漂移精度的技术方法,即严格控制浮子圆度误差,适当地放宽对空气轴承其它制造误差的要求,合理地选择陀螺工作点,采用成组螺钉紧固装配技术,优化空气轴承的结构参数,不仅可以降低加工难度,提高陀螺合格率,而且可以达到有效地减小涡流力矩,提高陀螺K0项漂移精度的目的。
最后,本文通过试验测试了陀螺空气轴承的承载能力和涡流力矩,并且将试验结果和理论计算结果作了对比,验证了本文数学模型和计算方法的正确性。