Мельник В.Н., Карачун В.В.

Национальный технический университет Украины «КПИ»

«ЛОЖНЫЕ» СИГНАЛЫ НА ВХОДНОЙ И ВЫХОДНОЙ ОСЯХ ГИРОСКОПИЧЕСКИХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТов ГСП

В том случае, когда требования точности построения триортогональной системы координат велики, а массогабаритные характеристики менее жестки, для построения опорной системы координат используют трехосную гиростабилизированную платформу (ГСП). Она позволяет создать в пространстве плоскость определенной угловой ориентации (рис. 1).

В отличие от двухосных, здесь возможно построение площадки, которая не только запоминает направление ее нормали, но и сохраняет неподвижными все три координатные оси с ней связанные. Трехосный силовой гиростабилизатор обладает также рядом существенных достоинств по сравнению с индикаторными гироскопами направления и гировертикалью (так, задачу стабилизации может, например, решать система из двух свободных гироскопов). Одно из них – отсутствие в показаниях кардановой и виражной погрешности. Трехосная стабилизированная платформа, как известно, имеет погрешности построения неподвижной системы координат, обусловленные качкой основания, а также непосредственно системой стабилизации – трением, упругостью, люфтами редукторов и т.п.. Но, в основном, ее уходы обусловлены погрешностями двухстепенных гироскопов, играющих роль чувствительных элементов ГСП. Как показывают исследования, кроме уже изученных возмущающих факторов, на гироскопические датчики оказывают влияние акустические поля, которые имеют место в натурных условиях. Упругое взаимодействие их с механическими системами приборов содействует возникновению в последних волновых процессов, приводящих в своей совокупности к дополнительным, акустическим, погрешностям. Проанализируем это явление более подробно на примере ГСП с одним гироскопическим чувствительным элементом по каждой оси (рис. 1). Достоинства таких схем заключаются в том, что трехосные платформы с силовой гироскопической стабилизацией могут использоваться как свободные платформы, сохраняющие неизменным заданное направление по отношению к условно неподвижным звездам (с точностью до собственных

уходов чувствительных элементов), так и как корректируемые.

Трехосная гироскопическая платформа в условиях детерминированного, либо случайного, углового движения основания, как известно, имеет собственные уходы относительно всех трех осей. Наиболее существенными из всех возмущающих факторов следует считать перекрестные связи по гироскопическим моментам – , , , – которые возникают при отклонении гиромоторов относительно осей подвеса. Вместе с тем, кроме самостоятельного нежелательного воздействия, кинематическое возмущение в совокупности с акустической вибрацией конструкции приборов также приводит к дополнительным погрешностям чувствительных элементов ГСП.

Следует отметить, что в трехосной платформе, даже при достаточно малых углах поворота подвижной части двухстепенных гироскопов, всегда имеют место взаимные связи между каналами стабилизации, именуемые перекрестными. Их можно разделить на четыре вида – перекрестные связи по гироскопическому моменту (как уже отмечено), перекрестные связи по углу прецессии, по моментам стабилизирующих двигателей и связи, которые зависят от соотношения моментов инерции платформы относительно различных осей и моментов инерции гиромотора относительно соответствующей оси.

Известно, что влияние перекрестной угловой скорости может быть уменьшено использованием двухроторных датчиков, гироскопов с принудительным возвратом на нуль, а также датчиков с электрической пружиной. Все эти методы имеют свои достоинства и недостатки.

Так, использование вращения опор карданова подвеса гироскопов нецелесообразно из-за невозможности применения поплавковых датчиков. Метод принудительного вращения подвеса гироскопа вокруг оси, параллельной вектору кинетического момента, также непригоден в силу возникающих в этом случае гироскопических моментов, приводящих к дополнительным погрешностям чувствительных элементов ГСП. К тому же компенсация этих моментов усложняет практическую реализацию этого метода автокомпенсации.

Основным недостатком метода реверсирования вектора кинетического момента является компенсация уходов в среднем за период реверса, а метода двухканальности – некоторое увеличение массо-габаритных характеристик и лишь осреднение проявления внутренних моментов – помех у гироскопа.

Исследования показывают, что при работе в акустических полях эти методы не являются эффективным средством борьбы с внешними возмущениями. В лучшем случае, они осредняют во времени проявление звукового излучения. Поэтому следует разработать и апробировать иные подходы для оптимизации функционирования ГСП. Наиболее перспективным для этих целей является перфорированный экран, прошедший натурные испытания в звуковых полях высокой интенсивности – 165 децибел.

Линеаризованные дифференциальные уравнения движения платформы имеют вид –

;

;

; (1)

;

;

,

где – моменты инерции ГСП совместно с подвесом относительно осей соответственно; – коэффициенты моментов вязкого трения платформы; – проекции угловой скорости платформы на оси ; – проекции внешних моментов на оси стабилизации; – моменты инерции подвижной части гироскопов относительно осей прецессии; – углы прецессии гироскопов; – кинетические моменты роторов гироскопов; – коэффициенты моментов вязкого трения поплавковых чувствительных элементов; – проекции внешних моментов на оси прецессии; – функции, характеризующие зависимость между моментами стабилизирующих двигателей и соответствующими углами прецессии; – «ложная» угловая скорость, на которую реагирует поплавковый чувствительный элемент ГСП, вызванная влиянием акустического излучения на подвес гироскопа (рис. 1);

;

; (2)

;

– моменты трения на осях прецессии гироскопов; – моменты дебаланса гироскопов; – дополнительное угловое ускорение подвижной части поплавковых чувствительных элементов вследствие акустической вибрации поверхности подвеса:

(3.3)

– радиусы поплавков -го гироскопа; – длины поплавков; – моменты инерции подвижной части поплавков относительно входной оси гироскопа; – массы торцов поплавка; – прогибы торцов под действием акустического излучения; , – перемещения элементов цилиндрической поверхности поплавка в плоскости шпангоута (– тангенциальные составляющие, – радиальные составляющие); ; ; ; ; ; ;