Диссертация (1026291), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Точность ГИВУС космического назначения, построенного на ПИГ, опре-деляется стабильностью его нулевого сигнала, не зависящего от ускорения, и зависит от точности термостабилизации ПИГ.2. Поплавковый интегрирующий гироскоп КИНД99-003М обладает всеминеобходимыми точностными характеристиками для создания прецизионногоГИВУС, а также набором средств для построения системы термостатирования.3. Измерительный канал ГИВУС, имеющий в своем составе чувствительныйэлемент КИНД99-003М и корректирующие звенья, является устойчивой системойавтоматического регулирования со следующими параметрами:– запас устойчивости по фазе 16,5 дБ;– запас устойчивости по амплитуде 61,1º;58– перерегулирование системы 6,53 %;– полоса пропускания 13,8 Гц.4.
Для расчета системы термостатирования ЧЭ ГИВУС целесообразно ис-пользовать комплексный подход с применением программной системы конечноэлементного анализа ANSYS и графической среды имитационного моделирования Simulink (Matlab) с целью уменьшения материальных и временных издержекна её натурное макетирование и экспериментальную отработку.5. Результаты тепловых расчётов, полученные при помощи аналитическойтепловой модели, построенной в среде Simulink, могут отличаться от результатоврасчёта, полученных в системе ANSYS, на 0,2 %, что является удовлетворительным результатом.59Глава 3.
Система термостатирования ГИВУС3.1 Конструктивное исполнениеНаибольшая точность поддержания температуры термостатируемого элемента обеспечивается преимущественно двухконтурными системами термостатирования [4, 7]. Поэтому в процессе проработки вариантов технических решенийпостроения тепловой системы ГИВУС, наиболее оптимальным признан вариантиндивидуальной для каждого ЧЭ прибора двухконтурной системы термостатирования, в которой каждый ЧЭ заключён в собственный термостатируемый модульгироблока (МГБ), где первый контур поддерживает температуру элементов конструкции, окружающих корпус ЧЭ, а второй стабилизирует температуру самогокорпуса ЧЭ.
Схема конструкции ЧЭ с системой термостатирования представленана Рис. 3.1.Нагревательные элементы2-го контура СТСВнешний кожухЧувствительныйэлементВнутренний кожухТермодатчики2-го контура СТСНагревательныеэлементы1-го контура СТСТермодатчик1-го контура СТСКронштейнЭлектронные модулиТеплоизолирующиестойкиТеплоизоляционныйматериалОснование МГБКорпус прибораРис. 3.1. Схема конструкции ЧЭ с СТСЧЭ устанавливается на кронштейн, который охватывает его нижнюю цилиндрическую часть корпуса. Кронштейн крепиться к основанию МГБ через дветеплоизолирующие стойки, что позволяет уменьшить теплопередачу между ЧЭ иоснованием МГБ, а, следовательно, снизить подводимую мощность к ЧЭ для егообогрева.60Под кронштейном на основание МГБ устанавливаются стабилизатор тока ипредварительный усилитель, которые помимо своих основных функций (см.
раздел 2.1.3) служат дополнительными источниками тепловыделения мощностью3,5 Вт и 0,5 Вт соответственно, что должно быть учтено в тепловой модели сис-темы.ЧЭ закрывается внутренним кожухом с открытыми торцами, а весь МГБ закрывается внешним кожухом. Каждый термостатируемый МГБ устанавливаетсяна корпус прибора с помощью четырёх теплоизолирующих стоек.Зазор между основанием МГБ и корпусом прибора для исключения конвективных потоков газа и уменьшения тепловой проводимости между МГБ и корпусом прибора заполняется теплоизоляционным материалом.Вокруг МГБ располагаются электронные устройства измерительных каналов, охлаждение которых обеспечивается пассивным методом, путем установкиих металлического основания на корпус прибора через слой теплопроводной пасты.
Схема компоновки прибора представлена на Рис. 3.2.Устройстваодного измерительногоканалаБПИБПИБПИБПИРис. 3.2. Схем компоновки прибораВИП- вторичный источник питания, БУСТ - блок усилителей системытермостатированияЭлементы конструкции МГБ сделаны из различных материалов. Кронштейнвыполнен из стали марки 20Х13, что позволяет:61– обеспечить защиту установочных кронштейнов ЧЭ при внешних механи-ческих воздействий, в силу высокой прочности материала (предел текучестиσ=440 МПа, модуль упругости Е=2,18·105 МПа);– минимизировать деформации корпуса ЧЭ при его нагреве и соответствен-но уход оси чувствительности гироскопа, благодаря величине коэффициента теплового расширения стали 20Х13, равного α=11,3·10-6 °С-1 и близкого к коэффициенту теплового расширения бериллия, равному α=11,5·10-6 °С-1, из которого выполнен корпус ЧЭ;– изготовить кронштейн сложной формы, т.к.
сталь 20Х13 хорошо поддаёт-ся обработке резанием.Теплоизолирующие кронштейны и основание МГБ выполнены из сплаватитана ВТ6, обладающего малым коэффициентом удельной теплопроводности –λ=7,54 Вт·м-1·°С-1. Данная мера позволяет уменьшить теплопередачу между ЧЭ иоснованием МГБ, а, следовательно, снизить подводимую мощность к ЧЭ для егообогрева. Использование сплава ВТ6 также обеспечивает хорошие прочностныекачества конструкции МГБ в сочетании с малой массой кронштейнов и основания.Внутренний и внешний кожуха МГБ выполнены из алюминиевых сплавовАМг3М и АМг6М, что обеспечивает:– возможность изготовления кожухов малой толщины (1 мм) и массы;– простоту изготовления изогнутой формы кожухов;– возможность сделать полированную поверхность (коэффициент отраже-ния близкий к 1) внешнего кожуха снаружи и изнутри с целью минимизации теплообмена (излучением) МГБ с другими окружающими его модулями внутри прибора и сохранения теплового излучения внутри самого МГБ;В качестве теплоизоляции между основанием МГБ и корпусом прибора выбран пенопласт марки ПС-1, обладающий малым значением коэффициента удельной теплопроводности, равным λ=0,038 Вт·м-1·°С-1 и малой плотностью, равнойρ=(30...80) кг/м3.623.2 Алгоритм управления контурами термостатированияПервый контур СТС должен поддерживать температуру элементов конструкции МГБ, расположенных вокруг всей цилиндрической части ЧЭ с точностью,достаточной для обеспечения требуемых характеристик работы 2-го контура СТС.Исполнительными элементами контура являются резистивные нагреватели, расположенные на внешней цилиндрической части кронштейна и на внешней цилиндрической части внутреннего кожуха МГБ.
Входным сигналом контура являетсясопротивление контрольного термодатчика, расположенного на кронштейне. Регулирование мощности, выделяемой в исполнительных элементах контура, осуществляется за счет БУСТ. Статическая выходная характеристика контура приведена на Рис. 3.3. Максимально возможная мощность Р1, выделяемая в контуре составляет 11 Вт: по 5,5 Вт на нагревательных элементах внутреннего кожуха икронштейна. Температура настройки контура Тн1 находиться в диапазоне от +58до +59,8 °С.U1, ВU1=К1∆R1U1мах∆R1, Ом-∆R1л=U1мах/К10Рис.
3.3. Выходная статическая характеристика 1-го контура СТСU1 , U1мах – среднее значение выходного напряжения контура, подаваемого нанагревательные элементы, и его максимальное значение, К1 – коэффициентусиления контура, ∆R1,– отклонение сопротивления контрольного термодатчикаконтура от требуемого значения, соответствующего температуре настройки Тн1,∆R1л – отклонение сопротивления контрольного термодатчика контура,соответствующее зоне линейного регулированияПри отклонении сопротивления контрольного термодатчика 1-го контура,от требуемого значения, соответствующего температуре настройки Тн1, на величину ∆R1, находящуюся в диапазоне от -∆R1л до 0, БУСТ подаёт на нагреватель-63ные элементы напряжение U1, пропорциональное ∆R1, тем самым повышая температуру элемента термостатирования до значения близкого к Тн1, что соответствует режиму линейного регулирования.
Данный режим работы контура являетсяосновным.При отклонении ∆R1 меньшем, чем -∆R1л контур термостатирования работает в режиме насыщения и на нагревательные элементы подаётся максимальноенапряжение U1мах от БУСТ. Данный режим используется при начальном разогревеприбора, сразу после его включения.Ситуация, когда отклонение ∆R1 больше 0 означает, что элемент термостатирования находиться в перегретом состоянии и в этом случае БУСТ прекращаетподавать напряжение электропитания на нагревательные элементы.
Данный режим работы не является штатным, т.к. температура элемента термостатированияпревышает температуру настройки 1-го контура, что недопустимо.Второй контур СТС должен поддерживать температуру корпуса ЧЭ науровне +60 °С (температура настройки контура Тн2) с точностью 0,01 °С для обеспечения стабильности характеристик теплового поля ЧЭ, что способствует сохранению статической балансировки гироскопа относительно гироузла, нулевой плавучести поплавка и точностных характеристик ЧЭ.Обогрев ЧЭ осуществляется благодаря двум резистивным нагревательнымэлементам, расположенным по одному на торцах ЧЭ.
Входными сигналами контура являются сопротивления двух контрольных термодатчиков, расположенныхна цилиндрической части корпуса ЧЭ в районе торцов и определяющих среднюютемпературу корпуса. Регулирование мощности, выделяемой в исполнительныхэлементах контура, осуществляется за счет того же БУСТ, что управляет 1-м контуром СТС по аналогичному алгоритму, имеющему три режима: линейное регулирование, насыщение и перегрев. Выходная статическая характеристика контураприведена на Рис.
3.4. Максимальное значение мощности Р2, выделяемой в контуре составляет 6,4 Вт.64U1, ВU2=К2∆R2U2мах∆R2, Ом-∆R2л=U2мах/К20Рис. 3.4. Выходная статическая характеристика 2-го контура СТСU2 , U2мах – среднее значение выходного напряжения контура, подаваемого нанагревательные элементы, и его максимальное значение, К2– коэффициент усиления контура, ∆R2 – сумма отклонений сопротивлений двух контрольных термодатчиков контура от требуемого значения, соответствующего температуре настройки Тн2, ∆R1л – сумма отклонений сопротивлений двух контрольных термодатчиков контура, соответствующая зоне линейного регулированияДля электропитания обоих контуров СТС выбрано однополярное напряжение с широтно-импульсной модуляцией, позволяющей по величине скважностиимпульсов напряжения с достаточно высокой точностью контролировать мощность, выделяемую в нагревательных элементах контуров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
