捷联式惯性测量装置用加速度计的试制及其性能

作为研究人造卫星运载火箭惯导系统的一部分,试制了捷联式惯性测量装置用加速度计,用于惯导系统实时模拟综合评价实验,本加速度计与以前试制的液浮磁悬浮摆式加速度计是同一类型,属于单自由度力矩平衡式液浮磁悬浮摆式加速度计。它既具有火箭惯导控制所必须的基本性能(分辨率为7×10~(-7)G,非线性误差系数为1.06×10~(-4)G/G~2,稳定性为±1.3×10~(-5)G),同时又可以利用其内部设置的指令力矩器产生模拟加速度输入。本报告将介绍惯性测量装置用加速度计的主要性能及模拟加速度输入输出的特性试验及其结果。     

液浮摆式力平衡加速度计的研究

测量宇宙飞行器(火箭等)的加速度,进行导航和制导时,必须有测量范围宽的伺服加速度计。根据用途,特别在要求精度很高的情况下,一般希望测量范围在±10g、分辨力为1×10~(-6)g。伺服加速度计(摆式),根据其摆的支承方法不同可分为液浮摆式加速度计和挠性支承加速度计两种类型。利用挠性支承方式,在摆的运动方向(输入轴方向)要求挠杆的刚度非常小的同时,在输入轴以外的各向则要求挠杆的刚性非常大。所以在设计和制造挠杆时,需要很高的技术,另方面,液浮摆式加速度计,由于摆的回转轴用尖轴和宝石轴承支承,在原理上不存在妨碍摆运动的弹性效应,而且浮力还可以减轻轴承的摩擦。尤其     

制导用液浮磁悬浮摆式加速度计的研究

火箭等宇宙飞行器的导航、制导系统用惯性传感器(陀螺、加速度计),要求具有很高的精度。航空宇宙技术研究所,过去对惯导用液浮惯性传感器的高精度化进行了大量研究工作。研究试制了液浮单自由度大速率积分陀螺及液浮摆式加速度计。为了提高性能,这些惯性传感器都是将常平架浮在与比重相等的浮油中,以便减轻轴承上的负荷。而且输出轴承是采用宝石轴承,可以减少绕输出轴的有害力矩。不过,这种轴承在宝石与尖轴之间不可避免的有松动和微小的接触摩擦。这就是妨碍传感器高精度化的重要原因之一。因此,为了将这些惯性传感器的输出轴改为电磁非接触悬浮,曾对自控型(交流谐振型)八极磁轴承方式进行了理论和实验研究,并取得了必要的设计资料。     

捷联惯导传感器系统的评价程序

火箭上所装备的陀螺及加速度计,是测量飞行中火箭姿态的最基本的检测器。特別是在纯惯性制导系统的自检场合,它们作为检测器的主要组件,其性能的好坏将对整个制导系统的精度有重大影响。所以在进行惯性制导系统的研究试制中,对这些传感器系统的各种特性,如力矩反馈增益的大小,反馈系统响应时间的迟滞及各种误差的影响等,必须有进行详细评价的系统。本报告就是介绍对火箭等惯性制导系统中捷联方式用的大速率积分陀螺,挠性摆式加速度计等惯导传感器系统的各种特性进行评价而试制的模拟系统。对应不同任务的惯     

大速率液浮积分陀螺的研究试制

1.绪言作为完成未来航天任务所必须的制导、控制系统的一环,研究了各种结构的大速率积分砣螺(捷联方式),其中单自由度液浮大速率积分陀螺的研究试制工作,是在过去研究成果的基础上,从1977年开始,到1979年完成了试制工作,现将其成果报告如下。 2.设计要点与试制准备工作积分陀螺适用范围很广,作为设计目标作了如下考虑。修正速率为60°/秒(最大),30°/秒(精度指标);稳定性为50百万分之1σ;长时间与G无关漂移率为0.018°/小时1σ;G敏感漂     

自控型八极磁力轴承系列的理论分析——导航系统中浮动型惯性敏感元件用磁力轴承系列的研究

1.前言为了提高火箭等的导航精度,惯性敏感元件(积分陀螺、导航用加速度表等)的高精度化是很必要的。以往,在液浮式一自由度广角积分陀螺及液浮振子型加速度计的高精度化研究中,进行了敏感元件的数字零位控制方式等的研究。为了使这些惯性敏感元件取得高分辨率和高精度,是将常平架漂浮在密度均匀的油中,而且在输出轴承上采用工作精度高的宝石-尖轴承。不过,这种宝石-尖轴承不论说它有怎样高的精度,但在宝石与尖轴之间必然会发生摇     

干式调谐陀螺近似传递函数的实用研究

干式调谐陀螺不仅可以用一个陀螺构成两个输入输出系统,而且与一般液浮积分陀螺不同,由于不需要浮油,所以温度控制精度要求比较低,还有不需要软导线供电等优点。因此美国在80年代初就考虑将其作为捷联惯性基准装置的陀螺,在体积、重量、耗电量、精度及可靠性等方面作了一些改进研究,逐渐进入实用阶段。特别是采用三个干式调谐陀螺作为冗余系统,研制了DRIRU-Ⅰ(冗余惯性基准装置开发-Ⅰ)和DRIRU-Ⅱ(干式转子惯性基准装置-Ⅱ),并最先用于多用途地球探测卫星(Landsat)和ETS-Ⅲ等。在1977年8月发射的探测卫星“旅行者”的姿态控制用的惯性基准装置中也采用了三个干式调谐陀螺。在日本,从1977年开始,由航空宇宙技术研究所和宇宙开发事业团合作研制干式调谐陀螺,对关键性部件挠性接头进行了设计分析和试制。该干式调谐陀螺的第一次试制工作已经完     

自控型八极磁力轴承系列的实验研究——导航系统中浮动型惯性敏感元件用磁力轴承系列的研究(2)

1.绪言用于火箭等宇宙飞行器惯性导航装置中的惯性敏感元件,其精度要求是很高的。过去本所(日航技研所)研制的液浮惯性敏感元件(液浮式一自由度广角积分陀螺,液浮振子型加速度计),为了得到高分辨率和高精度,使常平架浮筒浮在等于其平均密度的油中,而在输出轴上使用高精度的宝石尖轴承,以减低绕输出轴所发生的无用转矩。然而,这种轴承在宝     

挠性摆式加速度计(FHPA)的研究

1.前言在惯导系统中,加速度计作为检测载体加速度的传感器,与陀螺共同构成惯性导航控制系统。加速度计大致可分为摆式与非摆式两种。目前,惯导系统中多采用摆式加速度计。摆式加速度计的摆组件的支承方式有尖轴式,宝石轴承式,挠性支承式以及磁轴承式。实践证明,尖轴式,宝石轴承式和无接触型的磁轴承式都存在一定的固有缺陷。例如尖轴式宝石轴承式,尽管加工精度很高,但仍然不可避免的存在配合间隙。因而产生了输出轴不稳定的摩擦力矩。磁轴承虽然能够有效的减少摩擦,但这种轴承是由机械和电气两部分构成,其结构较复杂,     

光纤技术与惯性器件

简述了自七十年代以来,世界各国用于飞行控制系统的惯性控制器件—陀螺和加速度计的发展状况,着重论述了新一代惯性控制器件—激光陀螺和光纤陀螺的发展现状,特别对未来的惯导控制器件—光纤陀螺和光纤加速度计的研制现状进行了较深入的探讨,提出了当前世界各国所研制的光纤陀螺和光纤加速度计的原理、类型以及各种类型的优缺点,并指出了各种类型的光纤陀螺和光纤加速度计所存在的难点以及解决这些难点所应采取的技术措施及发展方向。     

摆式加速度计贮存寿命评估

某型导弹对摆式加速度计在贮存期内提出了长寿命的技术要求,为了验证该项技术指标,文中采用加速退化试验方法和基于漂移布朗运动的可靠性评估方法,利用加速退化试验数据对摆式加速度计贮存寿命进行评估,得到了摆式加速度计的贮存寿命,验证了方法的适用性。     

基于过机械应力导致液浮陀螺零位跳变的故障分析

在液浮陀螺惯性测量单元测试过程中,出现液浮陀螺随位置翻转跳数现象,对该现象进行了分析排查,认定陀螺自身存在故障,理论分析认为故障现象是由于氟油中存在多余物造成的。对陀螺分解后,发现故障原因是宝石垫出现的不规则裂纹,这是一种非典型故障,对该故障机理以及造成该机械损伤的原因进行了深入分析,认为液浮惯性测量单元使用过程中受到的冲击积累是造成宝石垫机械损伤的主要因素,液浮陀螺的使用应尽量避免较大量级的冲击。     

捷联惯性测量单元配置方案及比较

在多加速度计测量运动体角运动信息原理的基础上,对无陀螺和单陀螺捷联惯性测量单元的配置方式进行了研究,给出了20多种配置方式;对几种典型配置方式进行了误差分析和比较,得出如下结论:①适当的9加速度计方案和单陀螺方案具有同一数量级精度;②载体转动角速度Ω=10 rad/s,加速度计安装点距载体质量中心距离ρ=20 cm,惯性测量单元连续工作30 s钟情况下,在无陀螺和单陀螺捷联方案中,要求加速度计综合精度约为1.2×10-6m/s2;最后,文章给出了一种新的测量高速三维转动体运动信息的6加速度计无陀螺方案。     

光纤传感器——光纤陀螺和光纤加速度计

本文概要的介绍了日本中央研究所、伊丹制作所等单位近年来研制的光纤传感器——两种光纤加速度计(振动式光纤加速度计和光弹性光纤加速度计)和两种光纤陀螺(相位调制式光纤陀螺和全光纤陀螺)的结构、工作原理及性能指标。分析了两种加速度计和两种陀螺所存在的技术上的难点以及为进一步提高光纤加速度计和光纤陀螺的性能所应采取的技术措施。同时论述了要提高光纤陀螺和光纤加速度计的灵敏度、精度等使其能适应各种恶劣环境及进一步降低成本、缩小体积、提高可靠性等,必须同时研制、开发各种高性能的光学器件,使其适应整个系统的要求。     

旋转弹导航系统研究

旋转弹自转角速度大,由陀螺仪和加速度计组成的传统导航系统难以应用,提出用微小型加速度计构成无陀螺微惯性测量单元GFMIMU(Gyroscope-Free Micro Inertial Measurement U-nit)为旋转弹提供完整的导航信息。根据无陀螺的测量原理,充分利用多个加速度计的冗余输出信息构建自滤波系统,抑制GFMIMU角速度误差的快速发散。为克服GFMIMU长时间工作姿态角误差的积累,采用磁强计与其进行组合导航;从解算精度与实时性考虑,基于四元数描述建立了该组合寻航系统的状态方程和观测方程,并采用二阶插值滤波器进行信息融合。最后,对所设计的组合导航系统进行系统仿真,仿真结果验证了该系统设计方案的可行性。     

基于加速度计的无陀螺惯性测量系统设计

首先,介绍了用加速度计代替陀螺作为惯性测量装置的优势,并介绍了无陀螺测量技术的发展状况.根据实际情况,给出了一种加速度计的配置方式,推导其输出公式.用分度头对各个加速度计进行标定,数据处理后,得到加速度计的灵敏度和零偏.用离心机做转速实验,得到的角速度曲线与设定的相一致,验证了方案的可行性.     

基于加速度计的无陀螺惯性测量系统设计

首先，介绍了用加速度计代替陀螺作为惯性测量装置的优势，并介绍了无陀螺测量技术的发展状况。根据实际情况，给出了一种加速度计的配置方式，推导其输出公式。用分度头对各个加速度计进行标定，数据处理后，得到加速度计的灵敏度和零偏。用离心机做转速实验，得到的角速度曲线与设定的相一致，验证了方案的可行性。     

铍材在高精度石英挠性加速度计上的应用

在现有的石英加速度计基础上,结合铍材的使用,进行高精度、高稳定性挠性摆式加速度计的研究。从零位、标度因数、二次非线性、安装失准角4个方面阐述了石英挠性加速度计性能上的提高。此外该加速度计质量减少25%,启动稳定时间缩短30%。对石英挠性加速度计材料和结构上的改进具有指导意义。     

基于比对的捷联惯性测量组合不拆弹标定方法

安装在导弹中的捷联惯性测量组合(简称SIMU)随着时间推移陀螺和加速度计误差参数会发生变化,从而导致性能降低。针对拆弹标定工作量大、成本高的问题,提出一种工程上简单实用的不拆弹状态下对捷联惯性测量组合进行误差标定的方法。该方法将高精度捷联惯性导航系统固连在待标定弹上,作为基准,采用类似传递对准的方法,利用大维数卡尔曼滤波对陀螺和加速度计的各项误差进行估计。试验结果表明:该方法能够使SIMU的精度提高到陀螺误差小于6.0(°)/h,加速度计误差小于1 000μg,具有较高的工程实用价值。     

无陀螺惯性测量系统的设计与实验

首先比较了加速度计和陀螺作为惯性测量元件的优缺点,简要介绍了惯性测量的原理,随后给出了一种加速度计的配置方式,推导其输出公式;用分度头对各个加速度计进行标定,得到加速度计的灵敏度和零偏;设计了相应的电路来处理传感器信息,并采取多种措施以减小干扰;用离心机做转速实验,测得的角速度曲线与实际情况相符合,证明了方案的可行性.