將陀螺框架組件用高密度液體懸浮.利用阿基米德原理使浮液浮力完全克服重�,實�(xiàn)中性懸浮使其支承軸承卸�,這種陀螺儀稱為全液浮陀螺儀,簡稱液浮陀螺儀(fluid floated gyroscope)�
液浮陀螺儀是目前慣性導航系�(tǒng)中應用極為廣泛的一種陀螺儀,它屬于框架式陀�,其高速旋�(zhuǎn)的陀螺轉(zhuǎn)子是由陀螺馬達驅(qū)動的。液浮陀螺儀的主要特點是�(zhuǎn)子密封在充有惰性氣體的浮球(或浮�)�(nèi),而浮球懸浮于氟油之中,通過精確的靜平衡以及溫度控制,使浮球所受的浮力與該組件的重力完全平衡,從而保證浮球定位用的寶石軸承上的摩擦力矩降到極微小的程��
液浮陀螺儀通常按不同結(jié)�(gòu)、工作原�、功能等進行分類,常見的分類有以下幾��
1)按自�(zhuǎn)軸所具有的進動自由度數(shù)目分為:單自由度液浮陀螺和雙自由度液浮陀��
2)按所采用的懸浮支承是單一的或是多重的分為:液浮陀�(fluid floated gyroscope)、兩浮陀�(dual-floated gyroscope)(采用動壓氣浮�(zhuǎn)�、液浮框�)、三浮陀�(triple-floated gyroscope)(采用動壓氣浮�(zhuǎn)子、液浮框�、磁浮定�)�
單自由度液浮陀螺儀
各組成部分的主要作用及特點如下所述�
1)陀螺電機:提供陀螺動量矩,通常采用3相或2相磁滯同步電�,也可采用永磁電機等,一般為�(nèi)定子外轉(zhuǎn)子形�。其軸承既可以是滾珠軸承,也可以是動壓氣浮軸��
2)傳感器組件:將浮子組件相對于殼體的機械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化為電信�,通常有動圈式和微動同步器式角度傳感器�
3)力矩器組件:利用電磁原理�(chǎn)生力�,常見有永磁式力矩器和電磁式力矩��
4)浮子組件(即陀螺組�):通常為圓柱形,也有紡錘形(即陀螺房),其�(nèi)裝有電機,預抽真空并充以一定』蕞力的高純度氦氣或氫氣,外部充滿懸浮液�,兩端有浮子配平機構(gòu),中間為樞軸(即進動�)�
5)輸出軸承:由安裝在浮子組件上的一對樞軸和與其同心的安裝在殼體(或端�)上的一對寶石軸承組�。樞軸和寶石軸承由特殊材料制�,要求耐磨、硬度高、摩擦系�(shù)�、抗沖擊。也可同時采用磁懸浮支承.利用電磁力將浮子定位于支承中心�
6)殼體組件:提供密閉液浮環(huán)境和溫控組件�
7)浮液:通常為具有一定黏性的高密度液�,提供懸�、阻尼以及抗振、熱傳遞等作�,常見的有氟氯油、氟溴油、硅油等�
8)平衡機構(gòu):利用增重或減重以及�(zhì)心沿軸、徑向位移使浮子合力與合力矩均趨于零,滿足力學平衡條件�
9)引線裝置:通過軟導�(即導電游�)和絕緣子將電�、傳感器、力矩器、磁懸浮等電磁元件輸電由�(nèi)部引出�
10)限位裝置:限定浮子組件沿輸出軸的�(zhuǎn)��
11)溫控組件:由位于陀螺內(nèi)部和殼體上的熱敏絲和加熱絲組成.與外圍溫控電路一起控制陀螺懸浮溫度。用測溫絲測量陀螺實際工作溫��
12)波紋管組件:補償由于溫度變化引起的浮液體積變��
13)陀螺外罩:起電磁屏�、保護和附帶保溫作用�
雙自由度液浮陀螺儀
陀螺電機采用高精度滾珠軸承支承在密封的陀螺球(也稱浮球)�(nèi),為獲得較大動量矩采用丁字形外轉(zhuǎn)子結(jié)�(gòu)。陀螺球由兩個半球殼體密封組�,內(nèi)充氫氣或氦氣,以減少電機運轉(zhuǎn)風阻,防止零件和潤滑劑氧�,提高導熱�。陀螺球上裝有密封的絕緣子.其上焊接導電游絲.供信號傳輸和電源供電用。三心調(diào)整裝置制成一組合件.同定在陀螺球兩端。陀螺球懸浮在浮液中,用寶石軸承定位。為獲得兩個轉(zhuǎn)動自由度.設計了�(huán)形裝�。起萬向支架作用。環(huán)上安裝兩對正交的寶石軸承座.分別與陀螺球和基座上的軸頸配合.形成陀螺垂直軸和水平軸。軸頸裝有調(diào)整和鎖定機構(gòu),保證軸向間�。在工作溫度�,陀螺呈工性懸?。∏蚴艿降母×εc重力相等而使�(nèi)、外�(huán)寶石軸承支承卸載,軸承支承僅起定位作�。陀螺兩個輸出軸裝有兩個動圈式傳感器和兩個直流動圈式力矩�。傳感器�(zhuǎn)子組件安裝在陀螺球�,其外端蓋上,定子通交流激磁。力矩器�(zhuǎn)子組件安裝在陀螺球�,定子組件由磁鋼、導磁環(huán)等組成.也安裝在外端蓋力矩器�(zhuǎn)子輸以直流控制信�。陀螺殼體由兩個外端蓋和基座組成密閉容器.�(nèi)寬懸浮液。外端蓋兩端裝有波紋管組�。用以補償由溫度引起的浮液體積變�。外強內(nèi)對稱分布的加熱絲和熱敏組成溫控組件.用于陀螺溫度控制.外罩起磁屏蔽、保護和附帶保溫作用�
與單自由度陀螺儀不同,雙自由度液浮陀螺儀陀螺球的一對樞軸安裝在�(nèi)�(huán)上的寶石軸承中.然后,浮球與�(nèi)�(huán)一起,通過�(nèi)�(huán)上的一對樞軸安裝在殼體上的寶石軸承中.電機軸垂直于�(nèi)、外�(huán)軸構(gòu)成的平面.這樣陀螺球(即電機軸)具有沿內(nèi)�(huán)軸和外環(huán)軸兩個方向轉(zhuǎn)動的自由��
用兩個正交安裝的傳感器來測量浮球繞兩個正交方向的角位�,其輸出分別與繞�(nèi)�(huán)軸和外環(huán)軸的�(zhuǎn)動相對應。同樣.用兩個正交安裝的力矩器分別控制兩個正交方向的運動.以�(chǎn)生繞�(nèi)�(huán)軸和外環(huán)軸的力矩�
這種雙自由度液浮陀螺儀.同時敏感兩個正交軸的角運動,用2個陀螺作敏感元件�(gòu)�3軸穩(wěn)定平臺系�(tǒng).可以實�(xiàn)一軸冗�。為保證精度,浮球沿兩個正交軸的工作角度范圍很小�
隨機漂移
隨機漂移/(�/h� |
液浮,兩� |
三浮 |
一次通電�(wěn)定� |
0.001~0.0001 |
0.0001~0.00001 |
多次通電�(wěn)定� | 0.01~0.001 | 0.0001~0.00001 |
長期�(wěn)定� | 0.01~0.001 | 0.001~0.0001 |
液浮陀螺儀具有精度高、可靠性高、環(huán)境適應能力強等優(yōu)點.但結(jié)�(gòu)比較復雜,生�(chǎn)成本較高,因此主要適用于精度要求�、環(huán)境條件惡劣的載體和系�(tǒng)中.包括飛機、艦船、導�、火箭、車輛等載體及多種武器系�(tǒng)。其中.兩浮、三浮陀螺儀還具有壽命長的優(yōu)點.特別適用于戰(zhàn)略導�、核潛艇、空問站等的導航、航姿系�(tǒng)�