新型螺线流管型陀螺原理及实验研究

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1、中图分类号：V249.3论文编号：102871513-S009学科分类号：081105硕士学位论文新型螺线流管型陀螺原理及实验研究研究生姓名姜燕学科、专业导航、制导与控制研究方向惯性技术及自主导航指导教师冷雪飞副教授南京航空航天大学研究生院航天学院二О一三年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAstronauticsResearchonPrincipleandExperimentforNewGyroscopeBasedonSpiralTubeAThesisinNa

2、vigation,GuidanceandControlbyJiangyanAdvisedbyProf.LengXuefeiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2013承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的

3、全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要陀螺作为测量角位移和角速度的姿态传感器，在航天、航空、航海、兵器领域起着不可或缺的作用。但传统的转子陀螺、挠性陀螺、光学陀螺及新兴的振动陀螺、微机械陀螺受到成本与技术双重限制难以在工业生产、汽车安全、通讯设备等领域得到广泛应用，因此开发小型、廉价、精度适当的新型陀螺已经迫在眉睫。本文提出了一种基于螺线流管的新型流体陀螺，其基本原理是利用科氏力使得螺线管中运动的流体的速度改变，速度的变化会导致在一定

4、时间内输出流体流量的变化，通过监测流体的流量变化可以得到输入的角速度信号。论文的主要研究内容如下：（1）根据流体力学理论，建立了螺线流管内流体的运动模型，阐明了科氏力与流体流速之间的关系，推导出陀螺的工作原理；同时，设计了螺线流管新型流体陀螺的总体结构。（2）对陀螺中的关键驱动部件压电振子的动态特性进行研究，分析了压电振子的组成、振动原理及振动影响因素，构建了压电振子在负载情况下的实验，获取了其固有频率和振幅的相关数据。（3）利用Fluent有限元分析软件，建立螺线流管新型流体陀螺的动网格模型，研究了压电振子工作一周期对陀螺内部流体的影响，从仿真试验的角度，验证了本文所提

5、结构具有陀螺效应。（4）设计并开发出螺线流管新型流体陀螺样机，通过实验研究了驱动频率、电压、螺线线型以及外部角速度对陀螺工作性能的影响；同时，根据实验数据，拟合推导出陀螺的相关经验方程。关键词：螺线型，陀螺，流体，振动，压电泵本文得到国家自然科学基金面上项目“感应流体在螺旋线内行进哥氏力变化的微陀螺原理及应用研究”（编号：51075201）、国家自然科学基金青年科学基金项目“新型单定子二自由度超声电机及其驱动的智能云台系统的关键技术研究”（编号：51205193）资助。I新型螺线流管型陀螺原理及实验研究ABSTRACTAsmeasuringangulardisplacem

6、entandangularvelocityattitudesensor,gyroscopesplaytheindispensableroleintheaerospace,aviation,navigation,weaponsfields.Traditionalrotorgyro,flexiblegyro,opticgyroandemergingvibrationgyro,micromechanicalgyroarehardlytowidelyappliedinindustrialproduction,vehiclesafety,communicationsequipmen

7、tandotherareas,forthereasonofthelimitationofthecostandtechnology.So,thedevelopmentofsmall,cheapandprecisionappropriatenewgyroisimminent.Thispaperputsforwardakindofnewfluidgyrobasedonspiralflowtube,whichisbasedontheprincipleofCoriolisforcethatmakesthevelocityoffluidi