抗高過(guò)載微機(jī)械陀螺儀研究
慣性制導(dǎo)系統(tǒng)在制導(dǎo)炮彈中有著極其重要的作用,其中,微機(jī)械陀螺儀作為慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的核心器件,其抗高過(guò)載能力直接制約著慣性制導(dǎo)系統(tǒng)在抗高過(guò)載環(huán)境中的應(yīng)用。首先,對(duì)炮射膛內(nèi)高過(guò)載環(huán)境進(jìn)行了建模和量化,概括了微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu)的高過(guò)載失效機(jī)理。其次,結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)公開(kāi)發(fā)表的研究成果,從微機(jī)械陀螺儀的抗高過(guò)載特性的角度出發(fā),介紹了不同測(cè)控方式、不同結(jié)構(gòu)形式、不同結(jié)構(gòu)材料、不同工作原理的微機(jī)械陀螺儀的抗沖擊能力。最后,對(duì)相關(guān)報(bào)道和論文進(jìn)行了總結(jié)和歸納,提出應(yīng)從驅(qū)動(dòng)-檢測(cè)方式、合理的吸能釋能結(jié)構(gòu)配置、工作原理、新型結(jié)構(gòu)材料、多級(jí)系統(tǒng)緩沖等方面設(shè)計(jì)和改進(jìn)高過(guò)載微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu),以提高陀螺的抗高過(guò)載能力。從面向制導(dǎo)炮彈的應(yīng)用背景出發(fā),通過(guò)對(duì)膛內(nèi)過(guò)載環(huán)境的量化分析,提出了彈載慣性制導(dǎo)系統(tǒng)中高過(guò)載微機(jī)械陀螺高過(guò)載能力的需求,并在此基礎(chǔ)上,對(duì)微機(jī)械陀螺儀的失效機(jī)制進(jìn)行了歸納和分析。結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)在抗高過(guò)載微機(jī)械陀螺方面的研究,總結(jié)歸納了不同測(cè)控原理、不同工作方式、不同結(jié)構(gòu)形式的微機(jī)械陀螺儀的抗沖擊能力。但目前并未出現(xiàn)任何在高過(guò)載(炮擊)環(huán)境前后微機(jī)械陀螺參數(shù)未發(fā)生變化的報(bào)道,說(shuō)明抗高過(guò)載微機(jī)械陀螺儀方面的研究工作還需要進(jìn)一步深入開(kāi)展,本文認(rèn)為提高微機(jī)械陀螺儀抗高過(guò)載特性可從以下5個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。 1)采用其他驅(qū)動(dòng)-檢測(cè)方式代替梳齒電容方式梳齒電容在過(guò)載時(shí)容易發(fā)生斷裂和結(jié)構(gòu)吸合以致陀螺結(jié)構(gòu)失效,可采用電磁、磁阻效應(yīng)等檢測(cè)原理替代梳齒電容檢測(cè)方式。 2)采用四波腹振型模態(tài)等工作方式代替線振動(dòng)工作方式 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,四波腹振型模態(tài)工作方式在高過(guò)載狀態(tài)下性能退化現(xiàn)象優(yōu)于線振動(dòng)工作方式的陀螺結(jié)構(gòu),尤其是在其全角工作模式下,通過(guò)四波腹相位信息反映輸入角度,相位信息對(duì)沖擊造成的線位移幾乎不敏感。3)采用合理的吸能和釋能機(jī)構(gòu)在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中增加合理的吸能和釋能機(jī)構(gòu)以吸收和釋放由于高過(guò)載產(chǎn)生的應(yīng)力和能量以保護(hù)結(jié)構(gòu)。4)采用碳化硅等新材料代替硅材料充分利用碳化硅等新型抗高過(guò)載性能好的材料替代硅材料,達(dá)到提升高過(guò)載特性的目的。5)采用多級(jí)抗過(guò)載防護(hù)技術(shù)提高陀螺整體抗過(guò)載能力可在 MIMU 外殼、陀螺外殼、陀螺結(jié)構(gòu)外殼、陀螺結(jié)構(gòu)基底等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行抗過(guò)載處理,分級(jí)吸收沖擊應(yīng)力波,最終提高陀螺整機(jī)抗過(guò)載能力。隨著新原理和新材料的不斷成熟和應(yīng)用,高過(guò)載環(huán)境將不再成為微機(jī)械陀螺的禁區(qū),如何能夠降低成本和體積、提高產(chǎn)量和標(biāo)定效率、與 MIMU 集成將是抗高過(guò)載微機(jī)械陀螺在下一階段中亟待解決的問(wèn)題。
中北大學(xué)
2021-04-11