陀螺力矩器标度因数变化模型及稳定性研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJun．252013V01．34No．61319．1325ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．educahkxb@buaa．educn陀螺力矩器标度因数变化模型及稳定性研究许丹1’*，陈云霞1，梁媛2，康锐11．北京航空航天大学可靠性与系统工程学院，北京1001912．中国航空综合技术研究所，北京100028摘要：力矩器作为动力调谐陀螺(DTG)的关键器件，影响着陀螺在贮存条件下的

2、长期稳定性。力矩器标度因数是衡量陀螺稳定性的重要参数。为研究动力调谐陀螺仪力矩器标度因数的变化原理和规律，以故障模式、机理和影响分析(FMMEA)方法为基础，分析贮存条件下陀螺力矩器标度因数变化主机理，确定影响其变化的机理部位和应力类型；结合底层主机理部件胶蠕变和磁钢退磁随环境应力、时间的变化趋势，建立系统层力矩器标度因数变化量的长期预报模型；以某DTG为例，结合其贮存剖面，进行基于模型的贮存稳定性分析，计算得到5年内力矩器标度因数变化值，与历史数据相比较，二者趋势一致，证明本文研究方法的正确性；同时利

3、用建立的变化模型进行陀螺加速性分析，得到陀螺参数的加速因子，为加速退化试验的设计提供依据。关键词：动力调谐陀螺；力矩器标度因数；加速；贮存；稳定性中图分类号：V241．5文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)061319一07动力调谐陀螺(DynamicallyTunedGyro，DTG)是一种利用挠性支承悬挂陀螺转子，并将陀螺转子与驱动电机隔开，其挠性支承的弹性刚度由支承本身产生的动力效应来补偿的新型二自由度陀螺仪。DTG以其精度高、结构简单、零部件少、体积小、重量轻、抗冲击能力强、可

4、靠性高和寿命长等优势广泛应用于航天、航空、航海和地下勘探等方面n。4]。正是由于DTG的广泛应用，其稳定性日益受到关注。由于DTG在加工制造过程中产生的残余应力、转子组件的粘接胶和陀螺力矩器磁钢退磁等原因使得陀螺参数具有退化特性，造成DTG在使用过程中普遍存在着长期稳定性差、标定周期短和使用维护复杂等问题，严重影响了武器系统的使用维护性及效能的发挥。力矩器标度因数作为DTG的重复性能参数之一，其稳定性是高精度DTG中的一个重要性能指标，其变化量严重影响着DTG的标定周期。国内外有大量文献研究力矩器设计及

5、优化问题[5’63；在影响DTG参数变化的各种因素口。91中，温度是最主要的外界环境因素，而现有的文献资料针对贮存条件下DTG力矩器标度因数随温度和时间变化的机理研究较少。本文主要研究贮存条件下DTG力矩器标度因数的变化主机理及模型，并根据模型进行贮存剖面下的参数稳定性评估以及陀螺参数的加速性分析，为后续贮存期稳定性判定和动力调谐陀螺加速验证试验设计奠定基础。1参数误差变化机理分析1．1力矩器结构及工作原理力矩器用来对陀螺转子施加力矩，产生修正和补偿效应，并间接用以测量陀螺仪输入角速度。收稿日期：201

6、2．06．28；退修日期：2012—09—19；录用日期：2013—03—20；网络出版时间：2013—03—2509：15网络出版地址：WWWcnki．nel／kcms／detail门1．1929V20130325．0915001．htmI*通讯作者Tel：010-82338909E-mail：xudan@buaa．educn戮用格武：XuD．ChenYX，LiangY．etalResearchofgyrotorquerscalefactorvariationmodelanditsstability．

7、ActaAeronauticaetAs—tronauticaSinica．2013．34(6)：1319—13257许丹．睬云霞．梁媛．等．陀螺力矩器标凌因数变化模型及稳定性研究．航空学报．2D13，34(6)：1319-1325．航空学报Jun．252013V01．34No．6它的性能好坏直接影响陀螺仪的性能，是DTG的重要部件之一。本文所研究的DTG采用永磁式力矩器，其结构组成如图1所示，由导磁体、永久磁铁、线圈、骨架及磁路系统等部分组成，其中线圈通过骨架固定在陀螺仪上，永磁体和导磁体通过挠性支撑与

8、陀螺电机转子固定在一起[3’5]。永磁式力矩器是根据载流导体在磁场中受力的作用原理而设计的。在力矩器中，每轴有两个径向对称串联反接的线圈，通电线圈在磁场中产生的力将实现对轴的力矩作用，如图1中力F或F7产生的力矩M所示。处于永久磁场中的载流线圈所受到的力，同线圈中的通电电流和工作气隙中建立的永久磁场磁感应强度成正比。根据上述原理，得出DTG力矩器标度因数KT为KT一掣一2‰WB8LA。(1)Z式中：rcD为线圈有效边至挠性支承中心的平均距离