Карачун В.В., Тривайло М.С., Мельник В.М.

Національний технічний університет України «КПІ»

ПОПЛАВКОВИЙ ГІРОСКОП

Аналізуєма конструкція відноситься до інерціальної техніки, а саме, до поплавкових гіроскопів, і може бути використана у складі інерціальних навігаційних систем літаків, ракет та інших рухомих об’єктів, рушійні установки яких генерують в навколишнє середовище аеродинамічний шум високого рівня.

Відомий поплавковий гіроскоп (ПГ), який містить сферичний корпус із сферичною, частково заповненою робочою рідиною, порожниною і розміщений в корпусі гіровузол (поплавок) з опорами і датчиками кута і моментів.

Недолік цього ПГ полягає в складності виготовлення та балансировки внаслідок наявності в його конструкції деталей з поверхнями сферичної форми.

Найбільш близьким до пропонуємої моделі за технічною сутністю і досягаємим ефектом є поплавковий гіроскоп, який містить ціліндричний корпус з ціліндричною, частково заповненою робочою рідиною порожниною і розміщений в порожнині корпусу гіровузол з опорами і датчиками кута і моментів для визначення курсу.

Цей ПГ простіший від попереднього у виготовленні та балансуванні, але він недостатньо ефективно захищає гіровузол від збудження аеродинамічним шумом, що знижує точність вимірювань і є основним його недоліком.

Зазначений недолік обумовлений тим, що зовнішня поверхня корпусу має циліндричну форму, а, отже, і сталу жорсткість як в поздовжньому, так і в коловому напрямках, а тому, під дією звукових хвиль в поверхні корпусу генеруються коливання, за допомогою яких енергія зовнішнього аеродинамічного збурення транслюється через рідину до гіровузла і викликає його збудження, яке сприймається датчиками відхилення від заданого курсу, будучи в дійсності “хибним” сигналом. Окрім того, коливання циліндричної поверхні корпусу призводять до виникнення у внутрішній порожнині, заповненій рідиною, зон концентрації енергії проникаючих звукових хвиль, так званих зон “каустик”, що додатково підсилює ефект негативної дії зовнішнього аеродинамічного шуму на точність вимірювань.

В основу аналізуємої моделі поставлена задача зменшення амплітуд генеруємих звуковими хвилями в стінках корпусу пружних коливань шляхом зміни геометричної форми зовнішньої поверхні корпусу, що знижує збурення гіровузла енергією звукових хвиль і приводить до підвищення точності вимірювань курсу.

Поставлена задача вирішується тим, що в ПГ, який містить корпус з циліндричною, частково заповненою робочою рідиною порожниною і розташований в порожнині корпусу гіровузол з опорами і датчиками кута і моментів для визначення курсу, згідно корисної моделі новим є те, що зовнішня поверхня корпусу виконана у формі складених між собою великими основами зрізаних правильних, рівновеликих пірамід.

Надання зовнішній поверхні корпусу форми складених великими основами зрізаних правильних пірамід, замість циліндричної форми в найближчому аналозі, збільшує жорсткість його стінок в коловому і поздовжньому напрямках, що відсутнє в найближчому аналозі, і зменшує амплітуди пружних, викликаних звуковими хвилями, коливань корпусу, а це слугує зменшенню збурення ними гіровузла і приводить до зростання точності вимірювань.

На рис. 1 схематично зображений заявляємий ПГ, загальний вигляд; на рис. 2 – переріз А –А на рис.1.

ПГ містить корпус 1 з циліндричною, діаметром Д, порожниною 2, яка частково заповнена робочою рідиною 3. В порожнині 2 корпусу 1 розташований гіровузол 4 з опорами 5 та датчиками контролю курсу 6, 7 ( 6 – датчик кута, 7 – датчик моментів). Зовнішня поверхня 8 корпусу 1 виконана у формі складених між собою великими основами “а б в г” (рис. 2) зрізаних правильних пірамід 9, 10 висотою Н. Основи пірамід 9, 10, окрім показаної на рис. 2 квадратної форми можуть мати форму іншого багатокутника, наприклад, шестикутника.

Працює ПГ наступним чином. При дії на корпус 1 звукового тиску 11 великого рівня його стінки набувають пружно-деформованого стану і приходять в коливальний поздовжній 12 і коловий (рис. 2) 13 рухи. Оскільки стінки корпусу 1 в поздовжньому і коловому напрямках мають змінну товщину і , замість сталої товщини в найближчому аналозі, (а, отже, і змінну жорсткість), тому амплітуда збуджуючих гіровузол 4 генеруємих звуковими хвилями коливань зменшується. Зменшення амплітуд генеруємих звуковими хвилями коливань в поздовжньому і коловому напрямках, що відсутнє в найближчому аналозі внаслідок сталої товщини стінок, знижує рівень збурення гідровузла аеродинамічним шумом і призводить до зростання точності вимірювань, точніше похибки визначення ПГ курсу рухомого об’єкта.