Диссертация (1026019), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Исследован характер спектра частот УЧЭ в зависимостиот вида и величины геометрических неправильностей, а также эффектрасщепления частот, связанный с несовершенствами, зависящими от окружнойкоординаты. Авторами рассчитан реальный оболочечный упругий элемент вформе цилиндра, и проведено сравнение с экспериментом, выявившее хорошеесовпадениетеоретическихиэкспериментальныхрезультатов.Однакопредложенный авторами метод не даёт возможности учитывать такие важные спрактическойточкизрениянеосесимметричныенесовершенства,какразнотолщинность.Что касается волнового твердотельного гироскопа, то основы теории ВТГбыли заложены в работах В.Ф. Журавлёва и Д.М. Климова [17, 88, 89]. Вработахуказанныхавтороввкачествебазовыхмоделейрезонатораиспользуются модель кольцевого стержня и модель оболочки вращения.
Вмонографии [17] рассмотрен эффект инерции упругих волн колебаний вмедленно вращающемся кольцевом резонаторе. Получены формулы для углапрецессии стоячей волны колебаний в растяжимом и нерастяжимом кольце.33Указаны принципиальные причины ошибок ВТГ и способы их устранения.Особое внимание уделено учёту нелинейных эффектов, вызванных большимидеформациямидеформацийкольцевогорезонаторарезонатора.возникаетПоказано,чтодополнительныйиз-зауходконечныхгироскопа,пропорциональный параметрам волновой картины колебаний резонатора.Динамические характеристики исследуются с помощью методов осредненияН.Н. Боголюбова – А.Ю. Митропольского [90].Форма колебаний тонкого упругого резонатора ВТГ представляет собойсуперпозицию двух нормальных форм, которые повёрнуты друг относительнодруга на угол π 2k , где k – номер формы колебаний. В [17] отмечается, чтогироскопические свойства проявляют практически все собственные формыупругих колебаний резонатора.
В реальной конструкции, как правило,используется вторая форма упругих колебаний, при которой на параллелиукладываются две полных волны упругих деформаций.Электрическойчастиприбора,системамуправлениясиловымиэлектродами и обработке снимаемой информации посвящены работы [13, 26,91 – 94]. Управление упругими колебаниями резонатора и измерениепараметров волновой картины колебаний проводится с помощью системысиловых и измерительных электростатических электродов. В электронномконтуре прибора по измерениям функции нормального прогиба резонатораформируются медленно изменяющиеся переменные, с помощью которыхопределяются параметры углового движения основания гироскопа, а такжеформируются обратные связи для управления и стабилизации формы упругихколебаний резонатора.В статье В.Ф.
Журавлёва, Д.Д. Линча [93] изучено влияние электрическихпроцессов в резонаторе и электродах управления, съёма информации ивозбуждения на эволюцию стоячих волн в гироскопе. При этом электрическиеи механические колебания рассматриваются во взаимосвязи.В работах [88, 89, 93, 95, 96] рассмотрены вопросы определения дефектовизготовления и управления формой колебаний резонатора. В [89] показано, что34свойства стоячих волн колебаний резонатора ВТГ являются неустойчивыми поотношению к малым возмущениям. Определены четыре типа эволюций стоячейволны колебаний – разрушение формы, прецессия, приводящая к уходугироскопа, изменения частоты и амплитуды колебаний резонатора. В работе[96] проведён анализ эволюции стоячих волн колебаний под действиемвозмущений различной природы.
Показано, что в случае неоднородностиматериала и формы резонатора возникает уход гироскопа, пропорциональныйотносительной величине дефекта. В [88] сформулирована и решена задачауправления колебаниями ВТГ, имеющая своей целью поддержание колебанийрезонатора в виде стоячей волны.Ключевое значение для разработки и создания ВТГ имеет изучениевлияния различных технологических погрешностей изготовления гироскопа наего точность.Эти вопросы рассмотрены в работах [17, 88, 89]. В частности, вмонографии [17] на качественном уровне показано, что переменные вокружном направлении погрешности параметров резонатора ВТГ, таких какплотность, толщина, анизотропия упругих свойств материала и др.
вызываютрасщепление собственной частоты изгибных колебаний по второй, рабочей,форме на две близкие частоты, каждой из которых соответствуют колебания повторой форме с различной ориентацией волны по отношению к резонатору (такназываемаядинамическаянеоднородностьрезонатора).Динамическаянеоднородность резонатора приводит к распаду стоячей волны на бегущиеволны, что нарушает работу прибора. Для уменьшения (устранения)динамической неоднородности резонатора применяются два способа. Первый –статическаябалансировкарезонатора,позволяющаяуменьшитьегодинамическую неоднородность до заданного уровня. Для её реализацииключевое значение имеет знание зависимостей динамической неоднородностиот различных технологических погрешностей изготовления резонатора.
Второй– динамическая балансировка резонатора. В [17, 88, 89] установлено, что вдинамически неоднородном резонаторе существуют два направления, при35ориентации вдоль которых стоячая волна не распадается. Эти направленияназываются осями нормальных колебаний. При этом, если в начальный моментстоячая волна ориентирована вдоль одной из них, то при отсутствии вращенияоснования она будет сохранять свою ориентацию. При наличии вращенияоснования прибора возникает прецессия стоячей волны и, в конечном итоге, еёраспад.
Показано, что построив определённым образом систему управляющихэлектродов, можно воздействовать на резонатор так, чтобы избежать этогоэффекта.Влияние параметров резонатора на характер колебаний и погрешностиВТГ исследовано в работах М.Ю. Шаталова, Б.С. Лунина, Б.П. Бодунова и др.[55, 97 – 100]. В частности, в монографии [98] изучены вопросы влияниятехнологии изготовления резонаторов ВТГ на параметры их качества.Ряд задач динамики ВТГ решён Н.Е. Егарминым [9, 101 – 104]. Вчастности, показано, что при больших перемещениях кольцевого резонатораволновая картина колебаний прецессирует относительно него даже приотсутствии вращения основания.Широкий спектр вопросов теории ВТГ и методов их проектированиярассмотренвработахВ.А.
Матвеева,М.А. Басараба,В.Ф. Кравченко,Б.С. Лунина и др. [13, 91, 105 – 109] на базе моделей кольцевого стержня иоболочки вращения.В работе [13] даны систематический анализ погрешностей ВТГ,рекомендации по определению параметров системы управления резонатором,систем съёма и обработки информации, методикам балансировки и испытанийгироскопа. В работах [91, 108] изучено влияние тепловых полей и дефектовизготовления резонатора на точность гироскопа.В работах [13, 105, 110] исследованы основные погрешности ВТГ иприведены методы повышения точности гироскопа путём рациональноговыбора его конструктивных параметров и параметров модели погрешности ибалансировки.Предложеныновыетехническиерешения,позволяющие36проводитьбалансировкурезонаторасцельюобеспечениязаданныхдинамических свойств резонатора.В работах И.В.
Меркурьева и других [111 – 117] на базе модели оболочкивращения исследованы влияние некоторых видов анизотропии материала инеравномерности в окружном направлении толщины и плотности резонатора напогрешность ВТГ, а также погрешности гироскопа, вызванные вибрациейоснования.Ряд вопросов управления резонатором и его балансировки рассмотрен вработах Ю.К.
Жбанова и других [92, 118, 119].В работе [120] изучается расщепление частот неосесимметричнойоболочки, моделируемой точечными массами с использованием метода Рэлея.В работах [12, 121] с использованием метода конечных элементовпроведён анализ динамики осесимметричного резонатора нетрадиционнойформы(колоколообразного),данырезультатыэкспериментальныхисследований данного резонатора, в том числе в условиях ударныхвоздействий.НекоторыеособенноститехнологийМЭМСприменительнокизготовлению полусферических резонаторов ВТГ рассмотрены в работах[56 – 60, 122]. В частности, приведены экспериментальные данные о реальныхтехнологических погрешностях геометрии резонаторов, в том числе зависящихот окружной координаты.Таким образом, в настоящее время можно считать решённым рядвопросов динамики волнового твердотельного гироскопа, включая анализвлияния переменности толщины резонатора в окружном направлении надинамическую точность ВТГ.
Получены некоторые результаты, имеющиепрактическое значение, с использованием которых разработаны рекомендациипо рациональному проектированию резонатора.Однакосформулированныевышеосновныезадачидинамикинеидеальных упругих чувствительных элементов ВТГ не могут считаться вцелом решёнными. Это обусловлено, в первую очередь, использованием в37исследованиях моделей осесимметричных оболочечных УЧЭ, не позволяющихучесть целый ряд реальных технологических погрешностей резонаторов,оказывающих весьма существенное влияние на работу ВТГ.К таковым, прежде всего, относится отклонение срединной поверхностиУЧЭ от осевой симметрии.Кроме того, до настоящего времени в исследованиях не нашёл отражениятот факт, что реальные технологические погрешности геометрии и материалаоболочечных УЧЭ ВТГ носят случайный характер, что требует вероятностногоанализа их влияния на динамическую точность волнового твердотельногогироскопа.Вследствие этих обстоятельств оказывается невозможным достаточнополный теоретический анализ работы резонаторов ВТГ в реальных условиях.Отсутствие такого анализа не позволяет выявить закономерности влияниятехнологическихнесовершенствУЧЭнапроцессвыработкисигналаизмерительной информации датчиками рассматриваемого класса и установитьзависимостиихточностиотосновныхконструктивныхпараметровчувствительного элемента.Всё это затрудняет разработку и создание оболочечных резонаторов ВТГ,удовлетворяющих современным требованиям к точности и метрологическойнадёжности,и,совершенствованиявконечномширокогоитоге,классаограничиваетответственныхвозможностиинформационно-измерительных и управляющих систем, содержащих датчики указанногокласса.1.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
