Способ коррекции перпендикулярности оси ротора гироскопа и гироскопический прибор
Способ и прибор предназначены для использования на вращающихся по крену управляемых ракетах, например, в качестве гирокоординаторов. Технический результат - повышение точности гироскопического прибора с обеспечением достаточной надежности в условиях вибрационных и ударных возмущений с одновременным упрощением конструкции. Направление отклонения оси ротора определяют дискретно во времени с частотой опроса, кратной частоте вращения ракеты. Полученную информацию о направлении отклонения оси ротора запоминают в паузах между опросами. Датчик направления отклонения внутренней рамки выполнен в виде трех плоских и параллельных друг другу ламелей. Ламели размещены на изоляционной плате и установлены тангенциально на внутренней поверхности корпуса симметрично относительно плоскости, проходящей перпендикулярно оси наружной рамки через центр карданова подвеса. Продольная ось симметрии средней ламели совпадает с плоскостью, проходящей перпендикулярно оси наружной рамки через центр карданова подвеса. Упругий контакт выполнен в виде U-образного контакта-перемычки и закреплен на конце оси внутренней рамки симметрично относительно плоскости, проходящей перпендикулярно оси наружной рамки через ось вращения ротора, с размещением точек контактирования относительно места крепления по направлению вращения корпуса. Ламели установлены на корпусе с возможностью пересечения их окружностями, образованными точками контактирования U-образного контакта-перемычки в плоскостях, перпендикулярных оси наружной рамки. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области ракетной техники, а более конкретно к гироскопическим приборам, используемым на вращающихся по крену управляемых ракетах, например, в качестве гирокоординаторов, которые предназначены для преобразования сигналов управления ракетой из системы координат, связанной с пусковой установкой, в систему координат, связанную с вращающейся по крену ракетой.
Гирокоординатор представляет собой трехстепенной гироскоп с размещением оси наружной рамки вдоль оси вращающейся по крену ракеты. По оси наружной рамки, которая является измерительной, устанавливается датчик угла крена, а ось внутренней рамки является осью прецессии. При воздействии на гироскоп относительно наружной оси моментов внешних сил, а также при наличии углов разворота продольной оси ракеты ось ротора вместе с внутренней рамкой отклоняется вокруг оси прецессии от перпендикулярного к оси наружной рамки положения на большой угол, что приводит к ухудшению точности и потере работоспособности гироскопа. Известен способ коррекции перпендикулярности оси ротора гироскопа и устройство для его осуществления [1], который заключается в определении направления и величины угла отклонения оси ротора от перпендикуляра к оси наружной рамки карданова подвеса, усилении в блоке электроники полученного сигнала об угле отклонения и создании момента коррекции по оси наружной рамки в пропорциональном режиме в соответствии с направлением отклонения. Данный способ коррекции предъявляет высокие требования к выходным характеристикам датчика системы коррекции в части формы сигнала, его линейности во всем диапазоне рабочих углов, стабильности выходного параметра и, как следствие, не обеспечивает достаточной простоты реализации схемы управления моментом коррекционного двигателя. В части устройства показана принципиальная конструктивная схема гироскопического прибора (силовой гирорамы), содержащего корпус, внутреннюю и наружную рамки карданова подвеса, ротор, потенциометрический датчик, включающий обмотку и упругий контакт (движок), электродвигатель и усилитель. В этой конструкции гироскопического прибора потенциометрический датчик вырабатывает сигнал, пропорциональный углу поворота внутренней рамки (оси ротора), в соответствии с величиной и знаком которого электродвигатель создает момент силы по оси наружной рамки, приводящий ось ротора к перпендикулярному относительно оси наружной рамки положению. Недостатком рассматриваемого устройства и соответственно указанного способа коррекции перпендикулярности оси ротора гироскопа является невысокая точность работы гироскопического прибора с обеспечением низкой надежности в условиях вибрационных и ударных возмущений из-за постоянного действия в процессе работы значительного момента со стороны потенциометрического датчика, обусловленного присутствием существенного трения между подвижной частью датчика и неподвижной: упругим контактом (движком) и обмоткой, и вызывающего уход наружной рамки от первоначального положения, а также наличия шума в выходном сигнале потенциометрического датчика, который появляется вследствие нарушения контакта между упругим контактом (движком) и обмоткой при действии вибрационных и ударных возмущений, причем амплитуда шума оказывается соизмеримой со значением полезного сигнала. При этом происходящий в процессе эксплуатации гироскопического прибора износ трущихся элементов потенциометрического датчика ведет к засорению шарикоподшипниковых опор продуктами износа, что ухудшает точностные характеристики. Кроме того, размещение элементов потенциометрического датчика на рамках карданова подвеса требует применения токопередающих скользящих контактов для передачи электрической энергии с корпуса на обмотку датчика и полезного сигнала с упругого контакта (движка) в обратном направлении, что приводит как к увеличению моментов трения по осям карданова подвеса, так и возникновению шумов в выходном сигнале датчика, а также усложняет конструкцию и увеличивает габариты прибора. Из известных способов коррекции перпендикулярности оси ротора гироскопа и устройств для его осуществления наиболее близкими к предлагаемым по своей технической сущности являются способ, заключающийся в определении направления отклонения оси ротора от перпендикулярного к оси наружной рамки положения и использовании полученной информации для управления в постоянном (релейном) режиме моментом коррекционного двигателя по оси наружной рамки и гироскопический прибор [2], содержащий корпус, внутреннюю и наружную рамки карданова подвеса, ротор, ламельный датчик, включающий ламели и упругий контакт (щетку), коррекционный двигатель (рабочий механизм). В данной конструкции гироскопического прибора при замыкании упругим контактом (щеткой) ламельного датчика одной из двух ламелей, в случае отклонения оси ротора от перпендикулярного к оси наружной рамки положения, коррекционный двигатель (рабочий механизм) создает момент, возвращающий ось ротора в исходное положение. Указанный способ коррекции существенно более прост в реализации, поскольку отсутствует необходимость в определении величины угла отклонения и, как следствие, упрощает схему управления коррекционным двигателем. В рассматриваемом устройстве это достигается использованием для определения направления отклонения оси ротора ламельного датчика, имеющего простую конструкцию. Кроме того, требования, предъявляемые данным способом коррекции к выходным характеристикам датчика системы коррекции, невысоки, так как для управления моментом коррекционного двигателя необходимо получать и различать на выходе датчика лишь два, причем, устойчивых состояния, значительно отличающихся друг от друга по уровню снимаемого сигнала, что повышает надежность работы в условиях вибрационных и ударных возмущении. Также в ламельном датчике трение между его взаимодействующими элементами: упругим контактом (щеткой) и ламелью, несколько ниже за счет возможности получения высокой чистоты контактирующей поверхности ламели. Однако применение указанного способа коррекции перпендикулярности оси ротора гироскопа и устройства, реализующего данный способ, на вращающихся по крену управляемых ракетах также не позволяет получить высокую точность работы гироскопического прибора с обеспечением достаточной надежности в условиях вибрационных и ударных возмущений из-за постоянного действия со стороны ламельного датчика момента, обусловленного присутствием трения между подвижной частью датчика и неподвижной: упругим контактом (щеткой) и ламелями, и вызывающего уход наружной рамки от первоначального положения, и из-за искажения информации с ламельного датчика в случае нарушения контакта между упругим контактом (щеткой) и ламелями при действии вибрационных и ударных возмущении, что приводит к прохождению ложных команд на отключение или переключение направления действия момента коррекционного двигателя. Кроме того, использование рассматриваемого способа коррекции и гироскопического прибора на вращающихся по крену управляемых ракетах делает необходимым применение значительного количества токопередающих скользящих контактов для передачи электрических сигналов с корпуса на наружную и внутреннюю рамки, где размещены элементы ламельного датчика, и обратно, что вызывает увеличение моментов трения по осям карданова подвеса и появление дополнительных источников искажения полезного сигнала датчика системы коррекции при вибрационных и ударных возмущениях. При этом использование упругих токоподводов с целью передачи электрических сигналов непосредственно с вращающегося корпуса на датчик системы коррекции, обеспечивающих работу лишь на малых углах поворота подвижных узлов гироскопического устройства и приводящих к появлению моментов тяжения токоподводов по осям карданова подвеса, неприемлемо в гироскопах вращающихся по крену управляемых ракет. Элементы ламельного датчика (упругий контакт, ламели), токопередающих скользящих контактов (щетки, контактные кольца) подвержены износу при проведении проверочных и приемо-сдаточных испытаний в процессе сборки гироскопического прибора, при работе в составе вращающейся по крену управляемой ракеты, что ведет к загрязнению шарикоподшипниковых опор продуктами износа и, следовательно, к увеличению моментов трения и ухудшению точностных характеристик. Следует отметить, что расположение ламельного датчика на рамках карданова подвеса усложняет конструкцию и увеличивает габариты гироскопического прибора. Изобретение актуально в связи с тем, что требования к основным выходным характеристикам гироскопических приборов, в частности точности измерения углов, надежности работы, постоянно повышаются в условиях возрастания воздействия ударных, вибрационных и других возмущений вследствие увеличения сложности решаемых управляемыми ракетами задач (увеличение дальности работы, скоростей, углов разворота.), ограничения массо-габаритных характеристик и требований по простоте конструкции и изготовления. Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности гироскопического прибора путем значительного уменьшения величины ухода наружной рамки карданова подвеса за счет снижения моментов трения в контуре системы коррекции с обеспечением достаточной надежности гироскопического прибора в условиях вибрационных и ударных возмущений с одновременным упрощением конструкции. Для достижения поставленной задачи в способе коррекции перпендикулярности оси ротора гироскопа вращающейся по крену управляемой ракеты, заключающемся в определении направления отклонения оси ротора от перпендикуляра к оси наружной рамки карданова подвеса и использовании полученной информации для управления моментом коррекционного двигателя: - направление отклонения оси ротора определяют дискретно во времени с частотой опроса, кратной частоте вращения ракеты; - полученную информацию о направлении отклонения оси ротора запоминают в паузах между опросами. Для достижения поставленной задачи в гироскопическом приборе вращающейся по крену управляемой ракеты, состоящем из корпуса, внутренней и наружной рамок карданова подвеса, ротора, датчика направления отклонения внутренней рамки, включающего ламели и упругий контакт, коррекционного двигателя и электронного блока системы коррекции: - датчик направления отклонения внутренней рамки выполнен в виде трех плоских и параллельных друг другу ламелей; - ламели размещены на изоляционной плате и установлены тангенциально на внутренней поверхности корпуса, симметрично относительно плоскости, проходящей перпендикулярно оси наружной рамки через центр карданова подвеса; - продольная ось симметрии средней ламели совпадает с плоскостью, проходящей перпендикулярно оси наружной рамки через центр карданова подвеса; - упругий контакт выполнен в виде U-образного контакта-перемычки; - закреплен на конце оси внутренней рамки симметрично относительно плоскости, проходящей перпендикулярно оси наружной рамки через ось вращения ротора, с размещением точек контактирования относительно места крепления по направлению вращения корпуса; - ламели установлены на корпусе с возможностью пересечения их окружностями, образованными точками контактирования U-образного контакта-перемычки в плоскостях, перпендикулярных оси наружной рамки. Сущностью данного предлагаемого изобретения в части способа является определение направления отклонения оси ротора от перпендикуляра к оси наружной рамки карданова подвеса во время вращения ракеты в течение минимально коротких интервалов времени опроса, минимально требуемое количество раз за период вращения и запоминание полученной информации на значительно большие интервалы времени для использования в управлении коррекционным двигателем. Сущностью данного предлагаемого изобретения в части устройства является максимально возможное исключение вредных моментов, вносимых в гироскопический прибор датчиком системы коррекции и вызывающих уход рамок карданова подвеса, и сведение к минимуму возможности искажения полезного сигнала датчика системы коррекции, за счет исключения необходимости передачи электрических сигналов с вращающегося корпуса прибора на наружную и внутреннюю рамки карданова подвеса и в обратном направлении, обеспечения минимально необходимого для получения информации с датчика времени взаимодействия подвижной его части с неподвижной при вращении корпуса прибора. На фиг. 1 показан предлагаемый гироскопический прибор, общий вид, на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 увеличенный разрез Б-Б на фиг. 2. Гироскопический прибор содержит ротор 1 (фиг. 1) в кардановом подвесе, образованном внутренней 2 и наружной 3 рамками, установленный посредством фланцев 4 и 5 в цилиндрическом корпусе 6, оптронный датчик угла крена 7, расположенный по оси наружной рамки 3, коррекционный двигатель 8, также расположенный по оси наружной рамки 3 с противоположной от оптронного датчика угла крена 7 стороны, электронный блок системы коррекции 9, который установлен совместно с печатной платой 10 во фланце 5. Оптронный датчик угла крена 7 состоит из фотодиода 11 и излучающего диода 12, размещенных в отверстиях корпуса датчика 13, установленного в цилиндрический корпус 6 гироскопического прибора, и растра 14, закрепленного на оси наружной рамки 3. Коррекционный двигатель 8 представляет собой асинхронный двигатель переменного тока и состоит из статора 15, чья обмотка уложена в катушки 16, и короткозамкнутого ротора 17, обмотка которого выполнена в виде "беличьего колеса". По оси внутренней рамки 2 расположен датчик направления отклонения 18, три ламели 19 (фиг. 2, 3) которого размещены параллельно с небольшим зазором (
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3