Карачун В.В.

Національний технічний університет України «КПІ»

ПОПЛАВКОВИЙ ГІРОСКОП З КОМПЕНСАЦІЄЮ ГРАДІЄНТА ТЕПЛА

Поплавковий гіроскоп може бути використаним в складі пілотажно-навігаційного обладнання гіперзвукової авіаційної техніки, яка при льотній експлуатації підвладна дії надвисоких температур, близько 2000⁰С, суборбітальних і атмосферних технологій.

Відомий поплавковий гіроскоп, який містить сферичний корпус із сферичною, частково заповненою робочою рідиною, порожниною і розміщений в корпусі гіровузол з опорами і датчиками кута і моментів [1].

Компенсація швидкості теплового дрейфу гіроскопа здійснюється за рахунок рівності конвективного моменту від Архімедових сил, які виникають на роторах датчиків кута і датчиків моментів, завдяки установці роторів датчика кута і датчика моментів на гіровузлі сферичної форми за допомогою кронштейнів заданої довжини.

Умова забезпечення рівності маси гіровузла і виштовхуючої сили не реалізується, а розвантаження опор карданового підвісу виконується тільки шляхом вибору параметрів рідини.

Недолік цього технічного рішення полягає в складності виготовлення та балансировки підвісу внаслідок наявності в його конструкції деталей з поверхнями сферичної форми, а також у відсутності простих і ефективних технічних рішень для зменшення дії градієнта тепла робочої рідини.

Відомий також поплавковий гіроскоп, який містить циліндричний корпус з внутрішньою циліндричною, частково заповненою робочою рідиною, порожниною і розташованим в порожнині корпусу герметичним поплавковим підвісом з гіромотором та датчиками кута і моментів для визначення курсу, встановленим на опорах в торцях корпусу, на зовнішній частині корпуса розміщено тепловий кожух [2, 3].

Внутрішня порожнина поплавка зазвичай заповнена гелієм. Поплавок спирається на каменеві підшипники і знаходиться у зваженому стані у важкій рідині. Товщина шару рідини між корпусом гіроскопа і поплавком становить приблизно 0,2 мм. Велика густина робочої рідини і мала величина робочого зазору дозволяють отримати необхідний коефіцієнт демпфірування.

Недолік цього технічного рішення полягає у недостатньо дійовому захисті гіроскопа від дії градієнту тепла з боку робочої рідини і породжених ним теплових висхідних потоків, які створюють збурюючий момент навколо осі герметичного поплавкового підвісу з гіромотором та датчиками кута і моментів, котрий призводить до появи на вхідній осі гіроскопа кутової швидкості , а вона, в свою чергу, слугує появі гіроскопічного моменту , який врівноважує збурюючий момент , тобто забезпечує рівність

внаслідок чого з’являється прецесія (або дрейф) вектора кінетичного моменту гіроскопа до тих пір, доки діє момент . Прецесія на кут формує додаткову похибку гіроскопа, обумовлену дією наявного градієнта тепла в робочій рідині. Із зникненням збурюючого момента , прецесія (або дрейф) вектора кінетичного моменту гіроскопа припиняється.

Ставиться задача зменшення додаткових похибок поплавкового гіроскопа в експлуатаційних умовах надвисоких температур гіперзвукового польоту внаслідок дії градієнту тепла з боку робочої рідини і породжених ним теплових висхідних потоків, що діють на герметичний поплавковий підвіс з гіромотором та датчиками кута і моментів і формують збурюючі моменти відносно вихідної осі поплавкового підвісу, шляхом компенсації дії градієнта тепла з боку робочої рідини.

Поплавковий гіроскоп містить циліндричний корпус з внутрішньою циліндричною, частково заповненою робочою рідиною, порожниною і розташованим в порожнині корпусу герметичним поплавковим підвісом з гіромотором та датчиками кута і моментів для визначення кутової швидкості, встановленим на опорах в торцях корпусу, на зовнішній частині корпуса розміщено тепловий кожух, пропонується поплавковий підвіс на своїх торцях додатково обладнати однаковими стяжними обручами формою кільцевих сегментів з дискретно-неперервно і заданого типорозміру поперечними лопатками, виконаними в матеріалі їх бічної поверхні, лопатки своїми робочими площинами протилежно орієнтовані на торцях поплавкового підвісу.

Симетрична конструкція стяжних обручів формою кільцевих сегментів з дискретно-неперервно і заданого типорозміру поперечними лопатками, виконаними в матеріалі їх бічної поверхні, із своїми робочими площинами, протилежно орієнтованими на торцях поплавкового підвісу, дозволяє модулювати збурюючі моменти набігаючих теплових потоків практично рівними за величиною і протилежними за знаком, що дає змогу виконувати процедуру поточної компенсації їх дії на гіроскоп.

Запропоноване технічне рішення дозволяє компенсувати дію миттєвих значень збурюючих моментів від дії градієнту тепла в робочій рідині, а не за певний проміжок часу, що слугує незаперечною перевагою обраного технічного рішення.

Сукупність наведених ознак заявленого поплавкового гіроскопа забезпечує досягнення нового технічного результату.

Сутність заявляємого винаходу пояснюється відповідним описом та кресленнями, де на рис. 1 схематично зображений заявляємий поплавковий гіроскоп в поздовжньому перерізі; на рис. 2 зображений лівий стяжний обруч (збільшено); на рис. 3 зображений правий стяжний обруч (збільшено).

Поплавковий гіроскоп (рис. 1) використовується в складі пілотажно-навігаційного обладнання гіперзвукової авіаційної техніки, яка при льотній експлуатації підвладна дії надвисоких температур, близько 2000⁰С, суборбітальних і атмосферних технологій і містить корпус 1 з внутрішньою циліндричною, діаметром D , порожниною 2, в якій розташований герметичний поплавковий підвіс 3 з гіромотором 4 і датчиками кута 5 і моментів 6 для визначення кутової швидкості рухомого об’єкту. Герметичний поплавковий підвіс 3 з гіромотором 4 і датчиками кута 5 і моментів 6 своїми опорами 7 і 8 встановлюється в торцях корпуса 1. Герметичний поплавковий підвіс 3 на своїх торцях додаткового обладнаний однаковими стяжними обручами 9 і 10 формою кільцевих сегментів з дискретно-неперервно і заданого типорозміру поперечними лопатками 11 в їх бічній поверхні 12 (рис. 1). Робочі площини 13 лопаток торців поплавкового підвісу протилежно орієнтовані (рис. 2, рис. 3). На зовнішній частині корпуса 1 розміщений тепловий кожух 14.

Рис. 1

Рис. 2 Рис. 3

Робота поплавкового гіроскопа здійснюється наступним чином.

При дії на поплавковий гіроскоп теплового факелу 15, частина його відбивається від поверхні теплового кожуха 14 і прямує в протилежний від поплавкового гіроскопа бік, а інша частка проходить крізь тепловий кожух і потрапляє на зовнішню поверхню 16 корпуса 1 віддаючи його поверхні частку теплової енергії. Пройдешня частина прямує далі в середину порожнини 2 корпуса 1, заповненою робочою рідиною 17, нагріває нижні шари, які підіймаються у вигляді висхідних теплових потоків 18 в бік прохолодних верхніх шарів. Потрапляючи на робочі площини 13 поперечних лопаток 11, висхідні теплові потоки 18 намагаються повертати торці герметичного поплавкового підвісу в протилежних напрямках 19 і 20 не даючи змоги здійснити йому обертальний рух у переважному напрямку.

Таким чином, використання пропонуємої конструкції поплавкового гіроскопа дозволить, за допомогою нових властивостей, зменшити додаткові похибки поплавкового гіроскопа в експлуатаційних умовах надвисоких температур гіперзвукового польоту, підвищить технічні характеристики літальних апаратів, забезпечить певність і надійність їх позиціонування.

Джерела інформації:

1. А.с. СССР № 1779129. Поплавковый гироскоп [Текст]/ G01С19/20, 1996.

2. Ригли, У. Теория, проектирование и испытание гироскопов [Текст]: пер. с анг./ У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард.. – М.: Мир, 1972. - 416 с.

3. Данилин, В.П.. Гироскопические приборы [Текст]: уч. пособие/ В.П. Данилин. – М.: Высш. шк., 1965. - 539 с.