Файл: OTIP.pdf

Д1

Рис. 10.1. Функционально-кинематическая схема двухосного гиростабилизатора

Ротор шаровой формы, представляющий собой постоянный двухполюсный магнит, заключен в заполненную маловязкой немагнитной жидкостью сферическую полость каркаса статора, сообщающуюся через отверстия с камерой, в которой жидкость находится под давлением. Величина зазора между поверхностями ротора и полости в радиальном направлении мала по сравнению с радиусами каждой из поверхностей. Ротор приводится в быстрое вращение магнитным полем электрических обмоток 1, 5, расположенных на каркасе статора (см. рис. 10.1). Прибор, включающий в себя датчик угла 4, датчик момента 3 и синхронизирующие обмотки 2, 6, может служить чувствительным элементом гиростабилизатора. Сигналы с датчика угла 4 и синхронизирующих обмоток 2, 6 подаются на усилительно-преобразовательный блок (УПБ), с помощью которого формируются сигналы Uα,Uβ управления двигателями стабилизации Д1, Д2.

Датчик момента 3 используется для компенсации постоянных составляющих возмущающих моментов и для начальной выставки платформы. Сферический гидродинамический подвес создает возможность центрирования ротора и демпфирования колебаний его главной оси и обладает большой несущей способностью.

Уравнения относительного движения шарового гироскопа – чувствительного элемента гиростабилизатора в первом приближении в проекциях на оси Резаля можно записать в виде:

160

где A – экваториальный момент инерции шарового ротора; H – кинетический момент гироскопа в собственном вращении; b – коэффициент сопротивления вращению в гидроподвесе; k1, k2 – коэффициенты электромагнитных моментов, характеризующих взаимодействие намагниченного ротора с электрическими

моментов, обусловленных другими факторами; ζ1, ζ2, ζ3 – оси, связанные с платформой; ωζ1, ωζ2 – составляющие угловой скорости платформы; α, β – углы

поворота гироскопа относительно платформы.

При позиционной цепи стабилизации электромагнитные моменты двигателя вызывают дрейф платформы гиростабилизатора. Введением интегральнопозиционной цепи стабилизации влияние этих моментов на дрейф платформы в установившемся режиме ( α = 0 , β = 0) исключается. Тогда основными возмущающими моментами становятся гидродинамические моменты, обусловленные инструментальными погрешностями изготовления и сборки каркаса статора. Является актуальной задача оценки этих моментов и результирующих гидродинамических сил, приложенных к ротору гироскопа.

10.1. Постановка задачи

Шаровой ротор выполняет установившееся вращение с угловой скоростью ω вокруг горизонтальной оси в неподвижной полости статора. Каркас статора составлен из двух полусферических сегментов. Предполагается, что отклонения главной оси ротора Oz3 относительно оси статора Ox x3 малы и ими можно пренебречь при определении реакций подвеса. Исследуются схемы гидродинамических подвесов с учетом геометрических погрешностей в виде усечения и сдвига центров сегментов: в схеме А плоскость смещения усеченных сферических сегментов, составляющих статор, перпендикулярна оси вращения ротора (рис. 10.2а); в схеме В вектор сдвига центров оснований сегментов лежит в плоскости, проходящей через ось вращения ротора (рис. 10.2б). Геометрические параметры отверстий таковы, что они не являются ограничителями расхода поступающей в зазор жидкости.

161

Рис. 10. 2. Расчетные схемы гидродинамического подвеса

Течение тонкого слоя ньютоновской несжимаемой жидкости в зазоре подвеса изучается в соответствии с классическими допущениями гидродинамической теории смазки: режим течения жидкости принимается ламинарным и изотермическим, жидкость рассматривается как сплошная безинерционная среда с динамическим коэффициентом вязкости, не зависящим от давления. При таких допущениях уравнение для распределения давления в слое жидкости принимает вид уравнения Рейнольдса.

10.2. Определение реакций гидроподвеса для расчетной схемы А

В случае схемы А (см. рис. 10.2а) пространство между статором и ротором разделим на две области, граничащие в плоскости экватора (плоскости сдвига): область I соответствует сегменту I, область II – сегменту II. Введем системы

координат (СК): связанную со статором Oxi , связанные с сегментами Ox(k ) xi(k ) (k = I, II), полюсы Ox(k ) расположены в центрах оснований сегментов. Принимаем,

162

что координатные оси Oxi и OxI xiI

рассматриваться как малые параметры.

163