АННОТАЦИЯ 2
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Принцип работы прибора 9
1.2 Классификация акселерометров 11
1.3 Обзор акселерометров 14
Выводы по первой главе 26
2 РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Определение основных требований на разработку прибора 27
2.2 Выбор основных элементов акселерометра 32
2.3 Состав и конструктивное исполнение прибора 34
2.4 Расчёт основных элементов прибора 36
Выводы по второй главе 46
3 РАСЧЕТ11ЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИБОРА
3.1 Моделирование динамики акселерометра 47
3.2 Основные погрешности прибора 49
3.3 Усилитель обратной связи 55
Выводы по третьей главе 57
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 58
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 59
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. СБОРОЧНЫЙ ЧЕРТЁЖ АКСЕЛЕРОМЕТРА
Задача навигации, то есть определения текущих координат местоположения, ориентации и скорости некоторого подвижного объекта, является одной из древнейших, известных человечеству. Для её решения может использоваться информация о положении этого объекта относительно других объектов с известными координатами (астрономическая, спутниковая, радионавигация).
Но внешние источники информация не всегда бывают доступны. Кроме того, для военных подвижных объектов остро стоит вопрос помехозащищённости. Поэтому очень часто возникает необходимость решать задачу навигации автономными средствами не подверженными внешним помехам и устройствам подавления, и скрытно. Такая навигация получила название инерциальной. В инерциальной навигации используется информация о параметрах движения объекта - линейных ускорениях и угловых скоростях. Датчиками линейных ускорений и угловых скоростей служат измерительные приборы - акселерометры и гироскопы.
В зависимости от того, входит или не входит в состав ИНС гиростабилизированная платформа (ГСП), все системы инерциальной навигации делятся на платформенные (ПИНС) и бесплатформенные (БИНС).
Бесплатформенные инерциальные навигационные системы по сравнению с платформенными имеют ряд потенциальных преимуществ: меньшие габаритно-массовые характеристики, надёжность, прочность, технологичность, меньшее время готовности (т.к. не нуждаются в начальной выставке путём переориентации) и меньшее энергопотребление. В БИНС из-за отсутствия карданова подвеса не происходит эффекта сложения рамок, поэтому они не накладывают ограничений на манёвр объекта. Всё это обуславливает эффективное использование БИНС в системах управления подвижных объектов.
Однако при практической реализации БИНС возникает ряд научно-технических и технологических проблем. Основной проблемой является создание датчиков угловой скорости и линейного ускорения, которые обеспечивали бы необходимую точность измерения в широком диапазоне измеряемых величин и в условиях жестких угловых и линейных колебаний.
Датчиком поступательного движения является акселерометр. Акселерометры измеряют кажущееся ускорение, являющееся разностью между абсолютным линейным ускорением объекта и напряженностью поля тяготения Земли.
Целью настоящей работы является создание комплекта датчиков поступательного движения бесплатформенного инерциального блока которые отвечали бы требованиям по точности баллистической ракеты средней дальности (БРСД).
Главное достоинство БРСД по сравнению с межконтинентальными БР в том, что они долетают до цели за очень небольшое время (порядка нескольких минут).
БИНС целесообразно применять на баллистических ракетах по нескольким причинам:
• Из-за их высокой точности на небольших интервалах времени, достаточных для решения задач управления полётом;
• По причине полной независимости (автономности) от условий внешней среды и внешних источников информации и как следствие, высокой помехозащищёности от средств подавления противника;
• Из-за скрытности работы вследствие отсутствия каких-либо излучений;
• По причине удовлетворения требований габаритно-массовых характеристик и энергопотреблению;
• Наличие измеряемой информации непосредственно по связанным осям объекта, в которых и реализуются управляюще силы и моменты.
В список задач настоящей работы входит:
1) Обзор существующих акселерометров.
2) Определение характеристик прибора, удовлетворяющих требованиям
эксплуатации БРСД.
3) Выбор и расчёт основных элементов акселерометра.
4) Моделирование прибора.
В результате работы разработан датчик поступательного движения бесплатформенной инерциальной системы баллистической ракеты средней дальности.
Определены требования к основным параметрам разрабатываемого прибора (для обеспечения нужной точности ракеты относительная погрешность измерения ускорений, не более 5,7 • 10-5).
Произведён выбор и расчёт основных элементов прибора: кварцевый чувствительный элемент на упругих подвесах балочного типа, емкостной датчик перемещения, магнитоэлектрический датчик силы.
Выбранное исполнение ЧЭ (по сравнению с традиционными) позволило сократить габариты и вес прибора (с 30x40 мм до 27x19 мм), повысить надёжность и сократить стоимость прибора (за счёт возможности автоматизации технологии изготовления ЧЭ).
Было выполнено моделирование динамики акселерометра в программе Vissim. На основании анализа и расчётов, включая моделирование определен рабочий угол отклонения маятника, обеспечивающий требуемую точность ( «20') . Его превышение вносит существенные погрешности в показания прибора из-за перекрестной связи маятникового акселерометра. Компенсация угла отклонения осуществляется датчиком силы и цифровой обратной связью, что не снижает чувствительности прибора (так как не требует увеличения жесткости пружины, СПодв = 0,0004 Н), а также позволяет модернизировать прибор, например путём совмещения магнитоэлектрического датчика силы с демпфером и компенсации погрешностей на программном уровне с использованием микропроцессора.
Цифровая обратная связь не требует использования прецизионного АЦП, позволяет получить цифровой выход и компенсировать погрешности за счёт внесения алгоритмических поправок.
К недостаткам прибора следует отнести не отработанную в деталях технологию изготовления кварцевых и кремниевых ЧЭ, что имеет перспективы улучшения, в связи с развитием микромеханических устройств.
