Ковалец О.Я.

Национальный технический университет Украины «КПИ»

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ГИРОСТАБИЛИЗАТОРА В АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЯХ

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

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 решать система из двух свободных гироскопов. Одно из них – отсутствие в показаниях кардановой и виражной погрешностей [1].

Трехосная стабилизированная платформа, как известно, имеет погрешности построения неподвижной системы координат, обусловленные качкой основания [2], а также вносимые непосредственно системой стабилизации – трением, упругостью и люфтами редукторов и т. п. [3]. Но, в основном, ее уходы обусловлены погрешностями двухстепенных гироскопов, играющих роль чувствительных элементов ГСП [4]. 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 возмущений, приводящих в своей совокупности к дополнительным, акустическим, погрешностям. Проанализируем это явление более подробно на примере ГСП с одним гироскопическим чувствительным элементом по каждой оси. Достоинства таких схем заключается в том, что трехосные платформы с силовой гироскопической стабилизацией могут использоваться как свободные платформы, сохраняющие неизменным заданное направление по отношению к условно неподвижным звездам.

Трехосная гироскопическая платформа в условиях детерминированного, либо случайного, углового движения основания, как известно, имеет собственные уходы относительно всех трех осей. Наиболее существенными из проявляемых 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 упругими перемещениями поверхности подвеса, вызванных действием проникающего акустического излучения, также приводит к дополнительным погрешностям чувствительных элементов ГСП.

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; перекрестные связи по углу прецессии; по моментам стабилизирующих двигателей; связи, которые зависят от соотношения моментов инерции платформы относительно различных осей и моментов инерции гиромотора относительно соответствующей оси.

Теоретически и экспериментально подтверждено, 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 как несомненные достоинства, так и определенные недостатки.

К примеру, использование вращения опор карданова повеса 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.

Стендовые испытания убедительно доказывают, 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 работы ГСП. Наиболее перспективным для этих целей представляется перфорированный запатентованный экран, прошедший натурные испытания в звуковых полях высокой интенсивности (160 - 165 децибел [5]) и позволивший снизить уровень проникающего излучения до комфортного – ниже 115 дБ.

Литература:

1. Карачун В.В. Гиростабилизированная трехосная платформа. Автокомпенсация влияния внешних помех / В.В. Карачун, В.Н. Мельник, О.Я. Ковалец; Нац. техн. ун-т Украины «КПИ». – К.: «Корнейчук», 2010. - 192с.: ил., табл. – Библиогр. : с. 187-191.

2. Карачун В.В., Лозовик В.Г. О влиянии акустического излучения на динамику чувствительных элементов гиростабилизированных платформ // Космічна наука і технологія. – 1995. – Т. 1, - № 2-6. – С. 72-75.

3. Павловский М.А. Теория гироскопов: Учебник. – К.: Вища шк., 1986. – 303с.

4. Карачун В.В. Дифракция звуковых волн на подвесе гироскопа / В.В. Карачун, В.Г. Лозовик, В.Н. Мельник; Нац. техн. ун-т Украины «КПИ». – К.: Корнейчук, 2000. – 176с.

5. Патент №42238 на корисну модель, Україна, МПК (2009) G10K11/00. Шумозахисний екран / Тривайло М.С., Карачун В.В., Мельник В.М., Кладун О.А., Ковалець О.Я., Кузьменко К.В. и200901025. – Заявл. 09.02.2009. – Опубл. 25.06.2009. – Бюл №12. – 1с.