Автореферат (1090421)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиКатков Александр АнатольевичВлияние теплового расширения конструкционных материалов на оптическийконтакт и стабильность периметра кольцевого лазерного гироскопаСпециальность 05.11.07 – «Оптические и оптико-электронныеприборы и комплексы»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква 2016 г.Работа выполнена в акционерном обществе «Научно-исследовательский институт«Полюс» им. М.Ф.Стельмаха».Научный руководитель:Запотылько Нина Рудольфовна,кандидат технических наук, начальникучастка,АО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"Официальные оппоненты:Борисов Анатолий Михайлович,доктор физико-математических наук, профессор,«Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» (МАИ), профессор кафедры «Технология производства приборов и информационных систем управления летательных аппаратов»Сеник Богдан Николаевич,доктор технических наук, профессор,ПАО «Красногорский завод им.

С.А.Зверева»,главный оптик - начальник отделаВедущая организация:Московский государственный технический университетим. Н.Э.БауманаЗащита состоится____________ в ______ часов на заседании диссертационного советаД212.131.02 при Московском технологическом университете (МИРЭА) по адресу:119454, г. Москва, Проспект Вернадского, д. 78.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского технологического университета (МИРЭА) и на сайте http://www.mirea.ruАвтореферат разослан: ______________________.Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 119454, г. Москва, ПроспектВернадского, д.

78, Московский технологический университет (МИРЭА), ученому секретарюдиссертационного совета Д212.131.0.Ученый секретарь диссертационного совета,кандидат физико-математических наук, доцент2Юрасов А.Н.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыСовременное приборостроение в значительной степени ориентировано на применениебесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС). Характерные для настоящего времени требования к увеличению дальности полета при сохранении жестких требований к точности выхода в заданную точку маршрута наилучшим образом обеспечиваются припостроении БИНС на основе безроторных гироскопов, к каким относится лазерный гироскоп(ЛГ). Такие его свойства, как высокая точность, широкий диапазон измеряемых скоростей,малая чувствительность к перегрузкам, удобство при согласовании с вычислительными устройствами, осуществляющими обработку информации, обеспечивают его использование дляразличных применений, а именно, в системах ориентации космических аппаратов, в гражданской авиации, в геодезических системах, в морской навигации и в других специальныхобластях [1].В России производством лазерных гироскопов и инерциальных систем на их основе занимаются: НИИ "Полюс" им.

М.Ф. Стельмаха, Раменский приборостроительный завод, Серпуховской завод "Металлист», Арзамасское НПП "Темп-Авиа", Тамбовский завод "Электроприбор", НПК "Электрооптика". За рубежом - ГП "Завод Арсенал" (Украина), Honeywell(США), Northrop Grumman (США), в которую вошли такие известные фирмы как Litton иSperry, Kearfott (США), L-3 Communications (США), Sagem (Франция), Thales (Франция),Tamam (Израиль) и др.

[2], [3].Повышение надежности и долговечности изготавливаемой продукции является актуальной проблемой для любой области приборостроения. В диссертации подробно рассмотрены два основных фактора, влияющих на эти параметры лазерного гироскопа:1) оптический контакт, представляющий собой соединение двух очищенных полированных деталей без использования каких-либо клеящих веществ: рассмотрен механизм егообразования; определены условия, влияющие на его качество; экспериментально подтверждены и предложены пути повышения его надежности;2) конструкционный материал: рассмотрены основные материалы, используемые в лазерной гироскопии; исследованы свойства используемого в настоящее время материала - ситалла СО-115М и современного – Clearceram-Z Regular (фирма OHARA, Япония); определены способы парирования температурных изменений периметра резонатора вследствие нестабильности в широком температурном диапазоне такой ключевой характеристики материалакак температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР).3Парирование негативного влияния теплового расширения конструкционных материалов на технологические и эксплуатационные характеристики ЛГ является актуальной задачей для современной лазерной гироскопии.

Одним из основных проявлений этого фактораявляется случай нарушения соединения оптических элементов резонатора в результате температурного прогрева, входящего в технологический процесс изготовления прибора, из-заразности ТКЛР соединяемых деталей, поскольку при относительно массовом производствеЛГ трудно обеспечить ситуацию, когда одна из соединяемых поверхностей (корпус) и другая(например, зеркало) были бы изготовлены из ситалла одной партии и имели бы близкийТКЛР. Такое нарушение ведет к разгерметизации внутреннего объема датчика и, следовательно, к нарушению генерации лазерного излучения. В этом случае многие операции приходится проводить заново, что существенно увеличивает время и стоимость изготовленияЛГ.Другим проявлением является изменение длины оптического периметра резонатора врезультате самопрогрева прибора и изменения окружающей температуры. Для стабилизациипериметра резонатора ЛГ обычно используются методы пассивной и активной термокомпенсации.

К пассивным методам относится использование материалов для изготовления резонаторов с предельно низким ТКЛР. Однако никакой реальный материал с самым низким ТКЛРне может обеспечить пассивную стабилизацию периметра с необходимой для ЛГ точностью,поэтому во всех ЛГ используется еще и активная система регулировки периметра (СРП)кольцевого резонатора.Но даже использование средств активной термокомпенсации, представляющей собойсистему с обратной связью, основными исполнительными элементами которой являютсяпьезокорректирующие устройства, не позволяет полностью нивелировать температурныеприращения периметра.

В случае превышения возможностей активной компенсации происходит кратковременное нарушение лазерной генерации (пока система не изменит длину периметра на одну длины волны). Такие нарушения недопустимы в современных ЛГ. Дляквадратного лазерного гироскопа со стороной 4 см необходимая точность поддержания длины периметра резонатора во всем интервале температур не превышает десяти ангстрем [4].Поэтому при исследовании ТКЛР оптических ситаллов будет уместно определить его влияние на тепловые уходы длины периметра резонатора лазерного гироскопа с целью созданияболее эффективной пассивной термокомпенсации.Таким образом, исследование проблем повышения технологических и эксплуатационных характеристик лазерного гироскопа в настоящее время является актуальной задачей.4Основные задачи работы1)Определение влияния различных параметров поверхности и материала оптиче-ских элементов на качество ОК и рассмотрение методов, улучшающих качество соединения.2)Исследование ТКЛР используемых и перспективных материалов для лазернойгироскопии с целью создания оптимальной пассивной термокомпенсации.3)Разработка конструкции пьезокорректирующего устройства с элементами пас-сивной термокомпенсации для парирования температурных приращений оптического периметра ЛГ при использовании различных конструкционных материалов.Научная новизна результатов диссертации1)Определены допустимые значения разности температурных коэффициентовлинейного расширения материалов оптических элементов при соединении корпуса датчика спрецизионными зеркалами для различных величин прочности оптического контакта с цельюобеспечения надежной работы прибора в широком интервале температур и показаны путиулучшения качества соединения.2)Исследованы параметры ситалла СО-115М, используемого в серийном произ-водстве ЛГ, в частности, ТКЛР, и показано, что разность средних значений ТКЛР для образцов из различных партий в интервале рабочих температур прибора (от минус 60 до 90°С)может превышать 5·10-7 1/°С, при этом точка изменения знака ТКЛР материала варьируется вдиапазоне от минус 60 до 80°С, а также выявлена острая необходимость разработки новогоотечественного конструкционного материала для лазерной гироскопии.3)Разработана новая конструкция блока пьезоэлектрического с пассивной термо-компенсацией, который совместно с использованием стеклокристаллического материала сопределенным видом температурной зависимости обеспечивает стабильную работу приборав течение 4-х и более часов в широком интервале рабочих температур.Защищаемые положения1.Допустимый диапазон разницы ТКЛР стеклокристаллического материала оп-тических деталей ЛГ (типа ЭК-104 и К-5), соединяемых методом оптического контакта, присуществующей прочности соединения 0,6…0,9 МПа не должен превышать 3,5·10-7 1/°С.2.Предварительный высокотемпературный отжиг ситалловых корпусов резона-торов ЛГ (450 – 700°С) не оказывает существенного влияния на прочность последующих соединений элементов резонатора методом оптического контакта.3.Метод пассивной компенсации температурных изменений оптического пери-метра ЛГ, основанный на совместном использовании конструкционного материала с линей5ной температурной зависимостью относительного удлинения в диапазоне рабочих температур и термокомпенсирующего блока пьезоэлектрического обеспечивает длительную (более4-х часов) непрерывную работу ЛГ без переключения моды при изменении температуры.4.Разработанный комплекс дополнительных требований к параметрам оптиче-ских материалов, используемых в лазерной гироскопии по стабильности и знакопостоянствутемпературной зависимости ТКЛР в интервале рабочих температур и по величине внутренних напряжений, вызванных неоднородностью материала, позволяет осуществить выбор иотбраковку ситалла на начальном этапе производства, исключая возможные потери на последующих стадиях.Практическая ценность результатов работыВ ходе выполнения диссертационной работы Катковым А.А.

были получены результаты, которые позволили:- внедрить в производство инструкцию входного контроля основного конструкционного материала для производства ЛГ;- рекомендовать к применению в выпускаемых датчиках новый конструкционный материал Clearceram-Z Regular для производства оптических элементов ЛГ;- разработать техническое задание (ТЗ) для создания нового отечественного конструкционного материала, удовлетворяющего современным требованиям, предъявляемым к ЛГ, наоснове которого была поставлена и успешно завершена ОКР «Ситалл-ЛГ» с бюджетным финансированием на Лыткаринском заводе оптического стекла;- разработать конструкцию термокомпенсирующего блока пьезоэлектрического, который совместно с использованием нового конструкционного материала Clearceram-Z Regularили вновь разработанного в рамках ОКР «Ситалл-ЛГ» отечественного материала обеспечилрежим работы прибора без смены моды во всем интервале рабочих температур;- увеличить время непрерывной работы кольцевого лазерного гироскопа ЭК-104С в одномодовом режиме до четырех часов и более при сохранении точностных параметров прибора.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации