Кладун Е.А., Ковалец О.Я., Кузьменко Е.В.,

Чередниченко Д.А., Кривец А.А.

Национальный технический университет Украины «КПИ»

ОСОБЕННОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ГИРОИНТЕГРАТОРА В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ

Гироинтегратор по принципу работы является прибором инерционным. Он использует только законы инерции и не нуждается в связи с внешней средой, относительно которой происходит движение ракеты. Благодаря инерционному принципу работы, гироинтегратор реагирует на абсолютное ускорение объекта и, следовательно, вычисляет приращение абсолютной скорости, чем выгодно отличается от иных типов измерителей скорости, которые могут определять лишь скорость перемещения объекта относительно среды, без учета ее собственной скорости движения.

Инерционный принцип работы имеет также преимущества перед радиотехническими средствами, основанными на использовании эффекта Доплера, так как последние кроме чувствительности к помехам еще и демаскируют носитель внешним излучением.

По инерционному принципу работы гироинтегратору родственны интегрирующие акселерометры, для которых входной величиной также являются ускорение объекта, а выходной – сигнал, пропорциональный скорости. Некоторые оригинальные конструкции интегрирующих акселерометров, разработанные в последнее время в качестве элементов инерциальных систем навигации, конкурентоспособны с интегрирующим гироскопом по порогу чувствительности и надежности.

В том случае, когда гироинтегратор используется для определения относительной скорости (например, относительно поверхности Земли), следует исключить влияние переносных ускорений, центростремительных и кориолисовых.

В любом случае следует также исключать влияние на выходной сигнал прибора ускорения Земного тяготения. Это достигается ориентацией оси чувствительности в плоскости горизонта, либо, при невозможности по техническим условиям эксплуатации объекта, – введением соответствующих поправок.

Основными инструментальными погрешностями интегратора являются погрешности, обусловленные вредным влиянием моментов относительно оси кожуха гироскопа (трение в подшипниках, токоподводах и датчики угла системы коррекции), а также нестабильностью передаточного коэффициента из-за температурных изменений и непостоянства кинетического момента .

Задача стабилизации скорости собственного вращения ротора гироскопа решается путем применения синхронных гиромоторов и жесткой (до сотых долей процента) стабилизацией частоты источника питания гиромотора.

Вместе с тем, в натурных условиях приборы управления движением ракеты-носителя, кроме уже известных возмущающих воздействий испытывают нежелательное влияние акустического излучения со стороны двигательных установок. В подобтекательном пространстве уровень звуковых полей может достигать 140…150 децибел в частотном диапазоне 0…10000 Гц. Характер изменения и структура звуковых полей как в приборном отсеке, так и, собственно в приборе, случайным образом изменяются во времени.

В районе реактивной струи, например, во время старта транспортных ракет, уровень акустического излучения достигает 180 децибел.

Принимая во внимание, что угол практически равен нулю, выражения моментов на осях подвеса и можно представить в виде:

;

.

Тогда уравнения движения гироинтегратора, с учетом изложенного, можно представить в виде –

;

, (1)

где – общий момент инерции подвижной части относительно оси наружной рамки ( – момент инерции наружной рамки); – суммарный момент инерции по отношению к переносному ускорению , приведенный к оси наружной рамки; – суммарный момент сил сухого трения на оси наружной рамки и датчика момента, приведенный к оси рамки; – суммарный момент инерции по отношению к переносному ускорению относительно оси привеса кожуха, приведенный к этой оси; ;

;

–

моменты-помехи, вызванные влиянием акустического излучения.

Как следует из уравнений движения, для расчета погрешностей прибора от действия ускорений ракеты-носителя вдоль осей, перпендикулярных к оси чувствительности, необходимо определение величины статического угла, обусловленного наличием постоянного или медленно меняющего момента вдоль оси наружной рамки. Точный расчет здесь затруднен и эффективным является использование асимптотических методов, в частности, метода гармонического баланса.

Упрощенные уравнения все же остаются достаточно сложными, чтобы записать решения в общем виде в элементарных функциях. Поэтому в последующем ограничиваются анализом либо частных случаев, либо упрощенным анализом общих уравнений.