杯形波動(dòng)陀螺零偏漂移機(jī)理及其抑制技術(shù)研究.pdf

1、陀螺儀利用敏感元件檢測(cè)慣性空間中物體的角運(yùn)動(dòng)，在軍用、民用領(lǐng)域都有著重要而廣泛的應(yīng)用。零偏漂移是衡量陀螺性能的最重要指標(biāo)之一，直接影響武器裝備的打擊效果，因而各國都對(duì)高性能陀螺技術(shù)嚴(yán)格保密。因此掌握自主研發(fā)技術(shù)，提升陀螺性能，具有重要意義。
　　杯形波動(dòng)陀螺具有精度高、壽命長、抗沖擊能力強(qiáng)等突出特點(diǎn)，是一類極具發(fā)展?jié)摿Φ耐勇輧x。杯形諧振子是杯形波動(dòng)陀螺的核心元件，其品質(zhì)直接決定了陀螺性能。然而，由于杯形諧振子是典型的薄壁零件，加工

2、幾何精度容易受到破壞，加工完畢后具有殘余內(nèi)應(yīng)力，并且諧振子材料本身不可能完全均勻。這些基本缺陷將導(dǎo)致諧振子形成頻率裂解、阻尼不一致以及內(nèi)應(yīng)力不均勻等品質(zhì)特征參數(shù)缺陷，并最終影響陀螺的零偏漂移。本文圍繞杯形波動(dòng)陀螺的零偏漂移問題，重點(diǎn)解決了陀螺的漂移機(jī)理與抑制等關(guān)鍵問題，為我國發(fā)展高性能殼體振動(dòng)陀螺提供新的分析理論和方法。主要研究了以下內(nèi)容：
　　1.杯形波動(dòng)陀螺的理論基礎(chǔ)。主要介紹了杯形波動(dòng)陀螺的結(jié)構(gòu)與工作原理、研究了杯形諧振子的

3、固有頻率、品質(zhì)因數(shù)以及模態(tài)振型等動(dòng)力學(xué)問題。推導(dǎo)了諧振子的固有頻率計(jì)算公式。分析了諧振子的內(nèi)在損耗機(jī)理，并分別建立了空氣阻尼損耗、表面損耗、支撐損耗、熱彈性阻尼損耗以及材料內(nèi)摩擦損耗模型。利用有限元方法分析了諧振子的模態(tài)振型。
　　2.杯形波動(dòng)陀螺的品質(zhì)缺陷形成機(jī)理。主要研究了杯形波動(dòng)陀螺制造過程中的誤差，分析了幾種重要的品質(zhì)缺陷的形成機(jī)理。建立了頻率裂解與質(zhì)量、剛度分布的內(nèi)在關(guān)系模型。分析了由非連續(xù)結(jié)構(gòu)造成的阻尼不均勻，并研究了

4、品質(zhì)缺陷造成的振型偏差。考慮了在溫度變化的情況下，由結(jié)構(gòu)突變導(dǎo)致的應(yīng)力集中現(xiàn)象。并給出了杯形諧振子的品質(zhì)缺陷測(cè)試方法，利用駐波的疊加原理，準(zhǔn)確地獲得了諧振子的頻率裂解、振型偏移以及品質(zhì)因數(shù)等重要參數(shù)信息。
　　3.杯形波動(dòng)陀螺的零偏漂移機(jī)理。分析了品質(zhì)缺陷對(duì)杯形波動(dòng)陀螺零偏漂移的影響。探討了零偏漂移信號(hào)的基本構(gòu)成因素，從理論上獲得了頻率裂解導(dǎo)致的振型慢漂、持續(xù)激勵(lì)下的振型漂移，以及頻率裂解所帶來的節(jié)點(diǎn)振動(dòng)相位誤差。分析了阻尼不均勻

5、、內(nèi)應(yīng)力不均勻等情況下諧振子的振型漂移。
　　4.杯形波動(dòng)陀螺的漂移抑制技術(shù)。從諧振子制造、品質(zhì)修調(diào)以及電路控制的角度分析了如何抑制杯形波動(dòng)陀螺的漂移。介紹了針對(duì)材料缺陷以及加工誤差的主要抑制手段。重點(diǎn)分析了如何通過品質(zhì)修調(diào)實(shí)現(xiàn)對(duì)陀螺漂移的抑制。在理論上建立了頻率修調(diào)的數(shù)學(xué)模型，通過質(zhì)量和剛度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)頻率裂解的消除。此外，通過改變質(zhì)量分布以及應(yīng)力分布，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)諧振子振型偏移的抑制。在理論上分析了力平衡控制電路對(duì)頻率裂解的抑制作用