Повышение ресурса газодинамической опоры малогабаритного динамически настраиваемого гироскопа для космических аппаратов (1025561), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Из-заэтого при оценке несущей способности в осевом направлении получаютсязаниженные величины, а в радиальном – завышенные.3.2. Экспериментальное определение несущей способности ГДО привоздействии вибрацииПоскольку метод определения несущей способности по скорости посадкине дает точного результата, несущая способность ГДО в составе ДНГ былаопределена экспериментально путем испытаний ДНГ на низкочастотномвибростенде. Для проведения испытаний ДНГ устанавливался на вертикальномвибростенде при помощи переходных приспособлений, задающих положениеприбора относительно вектора действующего виброускорения (направлениявибрации).
Направление вибрации, перпендикулярное оси вращения ротора,назовем радиальным, а направление вибрации, параллельное оси вращения ротора– осевым.На установочную плоскость вибростенда устанавливался контрольныйвибродатчик, ось чувствительности которогопараллельна осивибрациивибростенда. Испытания проводились при действии синусоидальной вибрации45частотой f=40 Гц с изменением величины перегрузки (n) от 1 ед.
до 8 ед. с шагом1 ед.Вибрационное воздействие осуществлялось после достижения рабочейскорости вращения ротора ДНГ (синхронный режим). После этого питание ДНГотключалось, и по приведенной в параграфе 3.1 методике исследования ГДОопределялись величины момента сопротивления вращению в рабочем режиме,момента трения при посадке (Мтр), скорости посадки и времени выбега (Таблица9, Рис. 3.4 – 3.6) при различных значениях внешней вибрационной перегрузки.Таблица 9Направление вибрации (f=40Гц)ВеличинаРадиальноеОсевоеперегрузкиМс·104, Мтр·104, Ωпос,Мс·104, Мтр·104, Ωпос,(n, ед.)tвыб, сt ,сН·мН·моб/минН·мН·моб/мин выб13,750,80237222,62,580,28169844,323,741,31236120,62,540,28157143,333,791,35371820,62,330,33187042,843,741,64472218,1----53,822,231197011,02,570,43259938,263,813,81272116,52,420,48304937,77----2,770,58393534,78----2,630,65477332,246Рис.
3.4. График зависимости Ωпос(n)Рис. 3.5. График зависимости Мтр(n)47Рис. 3.6. График зависимости tвыб(n)Из анализа результатов испытаний, приведенных в Таблице 9, следует, чтомаксимальная допустимая радиальная вибрационная перегрузка при частоте 40 Гцсоставляет 6 ед.; скорость посадки (Ωпос = 27211 об/мин)скоростивращения(30000 об/мин).Моменттренияблизка к рабочейприпосадкеМтр′увеличивается с ростом перегрузки (увеличение почти в 5 раз), время выбегаротора, соответственно, уменьшается (почти в 3,5 раза); гироскоп при перегрузке6 ед. продолжал работать в синхронном режиме.При внешней осевой виброперегрузке до 8 ед. на частоте 40 Гц гироскопработал в синхронном режиме.
По кривой Штрибека определена максимальнаяскорость посадки, которая достигает 4773 об/мин при 8 ед. виброперегрузки, чтопрактически совпадает со скоростью посадки при радиальной виброперегрузке4 ед. Существенно меньший момент трения Мтр′ в условиях осевой вибрации исущественнобольшеевремявыбега,свидетельствуютовозникновениигазодинамической «подушки», при которой опора всплывает при наличии48небольших значений осевой вибрации. Этот результат свидетельствует о резкомувеличении (до 16 ед. и более) запасов по перегрузочной способности ГДО вусловиях воздействия осевой вибрации. После осевой перегрузки 8 ед.
испытаниябыли прекращены из-за опасений повреждения элементов упругого подвесавращающегося ротора.Таким образом, несущая способность ГДО в радиальном направлениисоставляет не менее 1,8 Н, что соответствует виброперегрузке 6 ед. частотой40 Гц, при которой скорость посадки ГДО приближается к рабочей скоростивращения.Несущая способность ГДО в осевом направлении по крайней мере в двараза выше, чем в радиальном, и составляет не менее 4 Н, что соответствуетвиброперегрузке 12 ед.Экспериментальныеирасчетныезначениярадиальнойнесущейспособности совпадают при величине рабочего хода ≈0,85 мкм.3.3.
Сравнение характеристик ДНГ с двумя модификациями ГДОВ соответствии с методикой испытаний ГДО, описанной в параграфе 3.1,проведены испытания модификаций ДНГ с ГДО-1 и с ГДО-2 и получены кривыеШтрибека (Рис. 3.7). После осреднения полученных зависимостей видно (Рис. 3.8)что момент сопротивления вращению ротора у ДНГ с ГДО-2 выше, чем с ГДО-1,а скорость посадки ниже.49Рис. 3.7.
Кривые Штрибека ГДО-1 и ГДО-2 в составе ДНГРис. 3.8. Осреднённые кривые Штрибека ГДО-1 и ГДО-2 в составе ДНГ50В Таблице 10 приведены значения времени выбега и моментовсопротивления вращению ротора прибора в рабочем режиме, а также средниезначения скоростей посадки двух модификаций ГДО в составе ДНГ в осевом ирадиальном направлении при давлении гелия 50 кПа и 80 кПа, определённые покривым Штрибека.Таблица 10ТипГДОГаз(давление, кПа)tвыб, сМс·104, Н·мГДО-1гелий (50)33гелий (50)гелий (80)ГДО-2Скорость посадки, об/минОсеваяРадиальная3,5824003400344,71 (+32%)22001700344,94 (+38%)16001400Как видно из Таблицы 10, ГДО-2 имеет больший по сравнению с ГДО-1момент сопротивления вращению; при давлении гелия 80 кПа эта разницасоставляет 38%.Результаты оценки несущей способности ГДО по скорости посадки всоответствии с методикой параграфа 3.1 приведены в Таблице 11.Таблица 11Тип ГДОГаз(давление,кПа)Осеваянесущаяспособность(Н)ОтносительноеизменениеРадиальнаянесущаяспособность(Н)ОтносительноеизменениеГДО-1гелий (50)4,3-2,6-гелий (50)4,7+9%5,2+100%гелий (80)6,5+50%6,3+143%ГДО-2Как и в случае испытаний ГДО в технологическом приводе (параграф 3.1),метод оценки несущей способности по скорости посадки даёт заниженныевеличины в осевом направлении и завышенные в радиальном.
Однакосравнительный анализ полученных результатов подтверждает, что задачаповышения радиальной несущей способности при разработке ГДО-2 решена51успешно и при давлении гелия 80 кПа она не менее чем в 2 раза выше, чем уГДО-1.В Таблице 12 приведены результаты определения основных точностныхпараметров ДНГ в зависимости от модификации ГДО. В положении, когда векторкинетического момента направлен вертикально вверх, а ось чувствительности Хна восток, определяется нестабильность составляющей скорости ухода в запускеот тяжения по осям Х и Y (величины δωτx и δωτy). В положении, когда векторкинетического момента направлен на север в плоскости горизонта, а осьчувствительности Y по направлению действия ускорения свободного падения,определяется нестабильность составляющей скорости ухода в запуске от тяженияи разбалансировки по оси Х (параметр δωτ+ρ), а также нестабильностьсоставляющей скорости ухода в запуске от тяжения и квадратуры по оси Y(параметр δωτ+ε).Изменения составляющих скорости ухода от запуска к запуску от тяжения поосям Х и Y, разбалансировки и квадратуры определяются на заводе-изготовителепо результатам измерений на различных этапах изготовления прибора.Дляоценкиосновныхпараметровиспользуютсясредниезначенияпараметров, полученных при изготовлении двух партий ДНГ с ГДО-1 и ГДО-2.Статистический анализ этих данных показывает, что применение ГДО-2увеличивает нестабильность скорости ухода, как в запуске, так и от запуска кзапуску, в два раза.
Это вызвано более высоким значением моментасопротивления ГДО и как следствие его более высокой нестабильностью.Нестабильность момента сопротивления у ГДО-2 в первую очередь связана сувеличением газодинамических моментов в связи заполнением ДНГ гелиемдавлением 80 кПа вместо 50 кПа.52Таблица 12δωτxδωτyσωτxσωτyδωτ+ρδωτ+εσωτ+ρσωτ+ε∆ωτx∆ωτy∆ωρ∆ωεСтатистика ДНГс ГДО-1(17 шт.)0,040,050,0070,0060,050,060,0060,0050,30,40,10,1Статистика ДНГс ГДО-2(17 шт.)0,090,10,0130,0140,10,110,0120,0130,80,80,20,2τ3229НаименованиепараметраСтабильность скоростиухода в запуске в положенииН↑, °/чСтабильность скоростиухода в запуске в положенииН→, °/чИзменения составляющихскорости ухода от запуска кзапуску, °/чПостоянная времениприбора, сСравнение модификаций газодинамических опор ГДО-1 и ГДО-2 показывает,что за счёт увеличения радиуса рабочих поверхностей и изменения конфигурациигазодинамического профиля (увеличение длины и уменьшение глубины иширины канавок) удалось повысить радиальную несущую способность примернона 60 %.
Вместе с увеличением давления гелия с 50 кПа до 80 кПа радиальнаянесущая способность увеличивается не менее чем в два раза. При этом моментсопротивления вращению в рабочем режиме у ДНГ с ГДО-2 выше на 35…40% исоставляет около 4,9·10-4 Н·м (у ДНГ с ГДО-1 этот параметр составляет3,6·10-4 Н·м).ДНГ с ГДО-2 при давлении гелия 80 кПа имеет в два раза большуюнестабильность скорости ухода как в запуске, так и от запуска к запуску, посравнению с ДНГ с ГДО-1.533.4.
Ресурсные испытания ДНГ с ГДОПрименение в СУ орбитального КА накладывает особые требования кнадежности функционирования ДНГ с ГДО в течение всего заданного срокаслужбы, составляющего, как правило, не менее 15 лет.Дляэкспериментальногоподтвержденияправильностипринятыхтехнических решений с точки зрения надежности ДНГ с ГДО проведеныресурсные испытания двух гироскопов.Применение ДНГ с ГДО в качестве датчика угловой скорости, например,чувствительного элемента ГИВУС, требует организации обратной связи «датчикугла – датчик момента» (ДУ-ДМ) [29]. Для снижения температурного дрейфа идостижения необходимых точностных показателей ДНГ применяется систематермостатирования, состоящая из термодатчика в корпусе ДНГ, усилителейтерморегулирования и нагревателей на корпусе ДНГ. Кроме того, один ГИВУС,как правило, содержит три ДНГ (таким образом обеспечивается резервированиеизмерительныхканалов),установленныхнаобщемоснованииблокачувствительных элементов.ВпроцессепроведенияресурсныхиспытанийДНГпроходилипериодические проверки электромеханических (ЭМП) и точностных параметров.После1600часовресурсныхиспытанийгироскопыпрошлидополнительные испытания на «запуски-остановки» путем периодическойкратковременной подачи питания (гарантированно обеспечивающего запускгиромотора и «всплытие» ГДО).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
