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液浮陀螺仪

/liquid floated gyroscope/
条目作者宋春雷

宋春雷

最后更新 2023-01-12
浏览 254
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将框架组件用高密度液体悬浮,利用阿基米德原理使浮液浮力完全克服重力,实现中性悬浮使其支承轴承卸载的陀螺仪。

英文名称
liquid floated gyroscope
所属学科
控制科学与工程

所谓液浮支承是指转子和内环组成的浮筒组件泡在浮液里,浮液的密度选得足够大,使得浮力刚好和浮筒组件的重力相平衡,这样在内环轴上负荷几乎等于零,因而摩擦力矩很小。

液浮陀螺仪是在第二次世界大战以后开始研制的,随着弹道导弹与运载火箭的迅速发展得到了广泛的应用。第一枚潜地导弹“北极星”A-1采用的是单自由度液浮陀螺仪,第一枚洲际导弹“宇宙神”采用的也是液浮陀螺仪。

液浮陀螺仪具有精度高、可靠性高、环境适应能力强等优点。但其结构比较复杂、生产成本较高,因此主要适用于精度要求高、环境条件恶劣的载体和系统中,包括飞机、舰船、导弹、火箭、车辆等载体及多种武器系统。

单自由度液浮陀螺仪基本结构图单自由度液浮陀螺仪基本结构图



各组成部分的主要作用及特点如下所述:

(1)陀螺仪电机。向陀螺仪提供动量矩,通常采用三相或二相磁滞同步电机,也可采用永磁电机等,一般为内定子、外转子形式。其轴承既可以是滚珠轴承,也可以是动压气浮轴承。

(2)传感器组件。将浮子组件相对于壳体的机械转角转化为电信号,通常有动圈式和微动同步器式角度传感器。

(3)力矩器组件。利用电磁原理产生力矩,常见有永磁式力矩器和电磁式力矩器。

(4)浮子组件(即陀螺仪组件)。通常为圆柱形,也有纺锤形(即陀螺仪房),其内装有电机,预抽真空并充以一定的高纯度氦气或氢气,外部充满悬浮液体,两端有浮子配平机构,中间为枢轴(即进动轴)。

(5)输出轴承。由安装在浮子组件上的一对枢轴和与其同心的安装在壳体(或端盖)上的一对宝石轴承组成。枢轴和宝石轴承由特殊材料制成,要求耐磨、硬度高、摩擦系数小、抗冲击。也可同时采用磁悬浮支承,利用电磁力将浮子定位于支承中心。

(6)壳体组件。提供密闭液浮的环境。

(7)浮液。通常为具有一定黏性的高密度液体,提供悬浮、阻尼以及抗振、热传递等作用,常见的有氟氯油、氟溴油、硅油等。

(8)平衡机构。利用增重或减重以及质心沿轴、径向位移使浮子合力与合力矩均趋于零,满足力学平衡条件。

(9)引线装置。通过软导线(即导电游丝)和绝缘子将电机、传感器、力矩器等电磁元件输电由内部引出。

(10)限位装置。限定浮子组件沿输出轴的最大转角。

(11)温控组件。由位于陀螺仪内部和壳体上的热敏丝和加热丝组成,与外围温控电路一起控制陀螺仪悬浮温度,用测温丝测量陀螺仪实际工作温度。

(12)波纹管组件。补偿由于温度变化引起的浮液体积变化。

(13)陀螺仪外罩。起电磁屏蔽、保护和附带保温作用。

  • 刘智平,吴丽丽.陀螺发展简史.电子设计工程,2012,20(7):66-69.
  • 韦俊新,刘德钧,李德才,等.长寿命、低功耗、低噪声液浮陀螺仪技术分析.中国惯性技术学报,2003,11(5):48-51.

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