Автореферат (Теоретическое и экспериментальное исследование системы термостатирования прецизионного измерителя вектора угловой скорости на поплавковых гироскопах), страница 2

По результатам экспериментальных исследований и моделированияпредложены технические решения по модернизации СТС ГИВУС, позволяющие достигнуть стабильности нулевого сигнала измерительного канала приборана уровне 0,002 °/ч.7. Проведены экспериментальные исследования измерительного каналаГИВУС с модернизированной СТС и оценка стабильности нулевого сигналаизмерительного канала в течение 24 часов при изменении температуры основания и напряжения первичного электропитания ГИВУС в диапазонах, соответствующих условиям эксплуатации прибора в составе КА.Объектом исследования является ГИВУС с измерительным каналом,содержащим индивидуальную двухконтурную систему термостатирования ЧЭ.Предметом исследования является взаимосвязь работы и параметровиндивидуальной двухконтурной системы термостатирования ЧЭ со стабильностью нулевого сигнала измерительного канала ГИВУС.Методы исследованияПри решении поставленных в работе задач использовались основы теории гироскопических приборов, теории теплообмена, методы статистическойобработки результатов измерений, методы математического и компьютерногомоделирования и методы экспериментальных исследований, основанные наметодиках прямых и косвенных измерений.3Научная новизна работы1.

Показана возможность реализации ГИВУС на поплавковых гироскопах, обладающего стабильностью независящего от ускорения нулевого сигналана уровне 0,002 °/ч в условиях температурных воздействий на ГИВУС и изменения напряжения первичного электропитания, за счёт применения индивидуальной двухконтурной системы термостатирования для каждого ЧЭ прибора.2. Выявлено значительное влияние на нулевой сигнал поплавковых ЧЭмагнитных полей, обусловленных током, протекающим в нагревательных элементах ЧЭ. Установлено, что кардинальным решением уменьшения влияниямагнитных полей является магнитное экранирование ЧЭ и стабилизация мощности тепловыделения в его нагревательных элементах.3. Представлен способ стабилизации мощности тепловыделения в нагревательных элементах 2-го контура термостатирования, расположенных на корпусе ЧЭ, путём введения специального алгоритма работы 1-го контура термостатирования с адаптируемой температурой настройки, стабилизирующеготемпературу элементов конструкции, окружающей ЧЭ.Практическая значимость работы1.

Разработанная аналитическая тепловая модель ЧЭ с СТС, позволяетанализировать работу СТС и прогнозировать стабильность нулевого сигналаизмерительного канала ГИВУС при различных параметрах СТС и температурных условиях эксплуатации прибора. Тепловую модель целесообразно использовать в филиале ФГУП «ЦЭНКИ» – «НИИ ПМ им. акад. В.И. Кузнецова» приразработке приборов на поплавковых гироскопах.2. Концепция двухконтурной системы термостатирования ЧЭ с адаптируемой температурой настройки одного контура повышает точностные характеристики ЧЭ и может быть использована ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИИ«Электроприбор», ФГУП «НПЦ Автоматики и приборостроения им.

акад. Н.А.Пилюгина».3. ГИВУС со стабильностью нулевого сигнала измерительных каналов впределах 0,002 °/ч в совокупности со своими высокими эксплуатационными характеристиками может быть использован в составе бортовых комплексовуправления современных и перспективных космических аппаратов ПАО РКК«Энергия», ФГУП «МОКБ «Марс», АО «НПО им. С.А.

Лавочкина», АО «ИССим. акад. М.Ф. Решетнёва».Достоверность результатов работы подтверждается удовлетворительным соответствием результатов, полученных математическим моделированием,результатам экспериментальных исследований образца измерительного каналаГИВУС с предложенной СТС, проведенных в филиале ФГУП «ЦЭНКИ» –«НИИ ПМ имени академика В.И. Кузнецова» по разработанной методике.Внедрение результатов работыРезультаты работы использованы при модернизации конструкции поплавковых ЧЭ, разрабатываемых в филиале ФГУП «ЦЭНКИ» – «НИИ ПМимени академика В.И. Кузнецова», что подтверждено актом внедрения.

Магнитные экраны, являющиеся частью предложенной в работе модернизации гироскопических приборов, предназначены минимизировать влияние магнитных4полей от токов, протекающих в нагревательных элементах системы термостатирования, на ферромагнитные массы поплавка и повысить стабильность нулевого сигнала ЧЭ. Также результаты работы рекомендованы к использованиюпри разработке перспективных систем ориентации на базе прецизионных поплавковых гироскопических ЧЭ для космических аппаратов различного класса.Положения, выносимые на защиту1.

Для достижения стабильности независящего от ускорения нулевогосигнала измерительных каналов гироскопического измерителя вектора угловойскорости на уровне 0,002 °/ч необходимо термостатировать поплавковые чувствительные элементы с точностью 0,01 °С и стабилизировать мощность тепловыделения в их нагревательных элементах с точностью 0,1 Вт.2. Основной вклад в изменение нулевого сигнала чувствительного элемента при температурных воздействиях на гироскопический измеритель вектора угловой скорости вносит влияние на чувствительный элемент магнитныхполей, обусловленных током, протекающим в нагревательных элементах 2-гоконтура термостатирования, расположенных на корпусе чувствительного элемента.3.

Для стабилизации мощности тепловыделения в нагревательных элементах чувствительного элемента с сохранением точности его термостатирования, необходимо применение специального алгоритма работы 1-го контуратермостатирования с адаптируемой температурой настройки, стабилизирующего температуру элементов конструкции, окружающей чувствительный элемент.Личный вклад автораРазработал аналитическую тепловую модель ЧЭ с СТС, позволяющуюпроводить расчёт работы СТС в динамическом и установившемся режимах;провёл экспериментальные исследования измерительного канала ГИВУС спредложенной СТС, выполнил анализ полученных результатов, получил оценкувзаимосвязи параметров СТС с точностью прибора; для достижения требуемыхточностных характеристик ГИВУС разработал специальный алгоритм работы1-го контура СТС с адаптируемой температурой настройки.Апробация результатов работыОсновные положения и результаты диссертационной работы были доложены и обсуждались на:– V Общероссийской молодёжной научно-технической конференции«Молодёжь.

Техника. Космос» БГТУ им. Д.Ф. Устинова (Санкт-Петербург,2013);– VII Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2014);– ХX научно-технической конференции молодых учёных и специалистовПАО «РРК «Энергия» им. С.П. Королёва» (Королёв, 2014);– XXXIX и XL академических чтениях по космонавтике, посвященныхпамяти С.П. Королёва МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2015, 2016).5Публикации Основные результаты диссертации опубликованы в 13 научных работах общим объемом 2,19 п.л, в том числе в 4 статьях в изданиях,входящих в Перечень ВАК РФ.Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырехглав, общих выводов и заключения, приложения. Работа изложена на 141 странице машинописного текста и содержит 70 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 79 наименований.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы исследования, описана степень её разработанности, сформулирована цель исследования, определены объект и предмет исследования, представлены методы достижения поставленнойцели, результаты выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость проведенной работы, структура диссертации.В первой главе диссертации приводится анализ существующих вариантов ГИВУС, их классификация по типу чувствительного элемента, сравниваются точностные характеристики, описываются достоинства и недостатки применения различных вариантов базовых чувствительных элементов.Делается вывод, что на сегодняшний день в России наиболее точными инадёжными чувствительными элементами для создания ГИВУС способныхудовлетворить потребности современных и перспективных КА являются поплавковые интегрирующие гироскопы (ПИГ).

Для обеспечения точностных характеристик ПИГ необходима система термостатирования для поддержания ихрабочей температуры с высокой степенью точности.Рассматриваются конструкция и схема построения двухконтурной СТСнаиболее точного производимого в Российской Федерации ГИВУС типаКИНД34-020, построенного на базе ПИГ и состоящего из четырёх функционально независимых измерительных каналов (Рис. 1).Первый контур термостатирует общее основание, на котором размещаются четыре ЧЭ в два яруса, а вся конструкция закрывается тепловым экраном,образуя блок чувствительных элементов. Рабочая температура контура +50 °Ссо стабильностью поддержания 1 °С. Исполнительными элементами контураявляются элементы Пельтье, работающие релейно в режиме нагрева при внешней температуре от 0 до +20 °С и в режиме охлаждения при внешней температуре от +20 °С до +35 °С.Второй контур СТС термостатирует индивидуально каждый ЧЭ.

Рабочаятемпература контура +60 °С со стабильностью поддержания 0,1 °С. Исполнительными элементами контура являются два элемента нагревательного типарасположенных на торцах ЧЭ.6162738495«10Рис. 1. Схема компоновки ГИВУС КИНД34-0201 – поплавковый ЧЭ, 2 – основание блока чувствительных элементов,3 – тепловой экран, 4 – корпус, 5 – теплопроводящая паста, 6 – герметичныйкожух, 7 – электронные устройства, 8 – теплоизолирующие опоры ЧЭ,9 –элементы Пельтье, 10 – теплоотводящее основание КАОтмечается, что подобная схема построения двухконтурной СТСприбора КИНД34-020 помимо своих достоинств имеет и ряд недостатков:– тепловое взаимовлияние ЧЭ, проявляющееся при включении и выключении одного из четырех измерительных каналов прибора, так как все ЧЭ закреплены на общем термостатируемом основании;– отказ первого контура термостатирования приводит к нештатной работевторого контура термостатирования всех ЧЭ прибора;– недостаточная технологичность монтажа-демонтажа конструкции непозволяющая в случае необходимости обеспечить оперативную замену ЧЭ;– влияние релейного режима работы исполнительных элементов первогоконтура СТС на выходную информацию измерительных каналов;– наличие элементов Пельтье, со свойственными им недостатками.Также в главе 1 ставятся основные задачи диссертационной работы.Во второй главе диссертации рассматривается чувствительный элементГИВУС – поплавковый интегрирующий гироскоп, измерительный каналГИВУС и метод построения аналитической тепловой модели СТС.Описываются принцип действия и конструкция ПИГ, его уравнения движения и основные погрешности, в том числе обусловленные влиянием температуры.