光纤陀螺技术及其发展应用

1976年,美国学者V.Vali和R.W.Shorthill首次提出光纤陀螺(Fiber-Optic Gyro,FOG)的概念,他们使用多圈光纤环形成大等效面积的闭合光路,利用萨格纳克效应(Sagnac Effect)实现了载体的角运动测量,使得这种光纤角运动传感器具备了完整的陀螺功能.光纤陀螺是全固态的陀螺,与传统的机械陀螺或激光陀螺相比,具有以下特点:     

褶皱结构对蜻蜓后翅的气动特性影响分析

褶皱结构是否能对蜻蜓后翅气动性能产生正面的影响,对蜻蜓后翅气动性能的影响是否与雷诺数(Re)相关。建立接近真实蜻蜓后翅的三维蜻蜓后翅褶皱模型和拥有同样外形的三维平板模型,利用计算流体力学方法分别计算两个模型在不同Re、不同攻角(α)下滑翔飞行时的气动特性。结果表明:褶皱结构的存在会明显提高蜻蜓后翅的升力,但是同时也会增大其阻力;不同Re情况下,褶皱结构对蜻蜓后翅气动性能的影响不同,当Re=1 000,α=0°～25°时,蜻蜓后翅的气动效能始终略优于三维平板;褶皱结构对蜻蜓后翅气动特性的影响与α也相关,α较大时蜻蜓后翅的气动效能略优于三维平板。     

中国人对世界航空事业的伟大贡献

前两部分介绍了我国古代在航空上的许多创造发明和飞行创举,给今天的航空和航天事业建立了不朽的功勋.不少项目早为世界所公认,例如,美国航空航天博物馆陈列的世界最早飞行器就是中国的风筝和火箭;叙利亚军史学家哈桑·雷曼在其著作中称宋朝的飞火箭为“中国箭”,Willy ley著作《火箭与空间旅行》中称飞火箭是“近代火箭的鼻祖”;明朝万户的火箭车飞行试验在各国著作中广为流传,月球的火山口就有一个是以万户的名字来命名的;竹蜻蜓在国外叫“中国陀螺”,也是被公认的世界最早直升机模型.但是还有更多的发     

现代陀螺技术

现代陀螺是没有旋转部件。除在某些情况下使用轻微振动部件之外。现代陀螺的工作原理在本质上不同于与其同属一个家族树的角动量陀螺。新陀螺概念：哥氏振动陀螺(GVG)．激光陀螺(RLG)，和干涉型光纤陀螺(IFDG)与它们的机械结构一起经历了约一个世纪的发展历程，但实现它们所需的技术只是在20世纪的后半叶才成为可能。本文概述新陀螺概念，将通过有用的物理原理来将它们区别于机械陀螺。并阐述了每种陀螺技术的发展历程。     

环形激光陀螺关键制造工艺

环形激光陀螺(RLG)是应用激光原理制成的一种感测角速度的装置,由于采用“无质量”的光作为敏感介质,并几乎取消了全部活动件,与采用自旋转子的机械陀螺相比,是一种全固态新型陀螺。环形激光陀螺是捷联式惯性系统的理想元件,近10年来在军机和民机用的大部分惯导系统中,激光陀螺已明显占统治地位;估计在今后20年内,它将成为在惯性系统中占优势的陀螺类型,     

国际惯性器件发展现状和趋势

激光陀螺是当前惯性技术中的主流产品,但光纤陀螺正逐渐成熟,在部分应用中将逐步取代激光陀螺,微电子机械系统(MEMS)陀螺也逐渐在战术级应用中取代激光陀螺和光纤陀螺,这对于战术级激光陀螺和光纤陀螺来说都是极大的挑战。专家认为,将来有可能研发纳米微机电系统(NEMS)、光学NEMS甚至生物NEMS。     

2022年国外惯性技术发展与回顾

惯性技术广泛应用于海、陆、空、天各种载体的导航、定位与控制。通过对2022年的IEEE惯性传感器与系统会议、DGON惯性传感器系统会议、MEMS国际会议和圣彼得堡组合导航会议等惯性技术相关会议文献以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行的详细梳理,总结了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、加速度计以及新兴的量子惯性传感器等惯性仪表及惯性导航系统(INS)的发展现状,并对惯性技术领域的发展趋势进行了分析与展望。当前,惯性技术领域相关研究主要侧重于小型化、提高精度和降低成本等方面。其中,光学陀螺较为成熟,更为侧重于小型化相关研究;微机电陀螺正在致力于向导航级性能突破和发展;半球谐振陀螺主要着力于探索降低高端产品的制造成本。     

2021年国外惯性技术发展与回顾

对2021年IEEE惯性传感器与系统会议、MEMS国际会议、圣彼得堡组合导航会议等惯 性技术相关会议文献,以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行详细梳理。总结了光学陀 螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、原子陀螺和加速度计等惯性仪表及惯性系统的发 展现状,并对惯性技术领域的发展动向进行了剖析与展望。     

基于高灵敏超导探测器的新型脉冲光高精度光纤陀螺技术研究

高精度光纤陀螺的精度主要由光纤陀螺检测噪声决定,一般可用角随机游走系数来表征,光纤陀螺的角随机游走主要由光路干涉信号的信噪比和信号处理引入的噪声决定。提出了基于高灵敏超导探测器的脉冲光高精度光纤陀螺技术方案和精度提升方法,实现了陀螺光信号的高灵敏检测,显著降低了光纤陀螺的热噪声,降低了相对强度噪声,并避免了连续光因调制切换引入的尖峰脉冲误差的影响,有效提升了光纤陀螺的精度水平。通过仿真分析,可将光纤陀螺的随机游走系数检测极限从3.53×10-5(°)/h1/2降低至1.6×10-5(°)/h1/2,减小了约54.7%。     

某型激光陀螺寿命分析与改进

我国环形激光陀螺 (RLG)技术发展和应用已经取得巨大成就,作为惯导系统的核心仪表,激光陀螺的寿命很大程度上决定了惯导系统的寿命。介绍了激光陀螺组成,分析了其内部工作气压稳定性影响寿命的机理,给出了决定寿命的关键因素,提出了提高陀螺寿命的多项措施和方法,对我国激光陀螺的寿命提升具有较大的指导意义。     

利特夫公司提高了光纤陀螺的精度

利特夫公司(利顿公司在德国的一家子公司)在光纤陀螺(FOG)和集成光学技术研究方面的进展已使研制小型导航系统成为可能。与机械陀螺和环形激光陀螺比,精度一直是光纤陀螺的薄弱环节。但随着其精度的提高和成本的显著降低,光纤陀螺从现在仅用于姿态基准在向低精度导航系统的方向发展。利特夫公司预测,旋转质量陀螺将在几年内被淘汰,而光纤陀螺将在5～10年内代替环形激光陀螺。     

航空的历史与航空运输的发展

一、航空的历史(一)我国古代的航空理想我国的航空理想由来已久,人们随着生产力发展和社会的进步,在不断地探索着腾空原理,并为实现这一航空理想而不懈努力。早在公元前2205—2158年(大禹时代)已发明了船帆和船舵,懂得了利用空气动力。公元前722—481年(春秋时期)的公输般和墨翟,曾“削竹为鹊,成而飞之”。公元9—23年(王莽时期),有人用鸟羽试验过飞行。公元25—220年(东汉时期)的著名科学家张衡,也制造过木鸟。公元265—316年(晋朝时期)的葛洪发现了鸟的滑翔原理。公元618—907年     

军事动态

美国波音公司制造的X-50A"蜻蜓"无人机2003年12月3日在亚利桑那州尤马试验场完成首次悬停试验,由此拉开这种复合式直升机的飞行试验序幕。 这种复合式飞机称之为鸭式旋翼／机翼(CRW)无人机。在首飞中,"蜻蜓"无人机垂直起飞至3.65米高度之后悬停,然后垂直着陆,飞行共持续了80秒钟。接下来还将进行十多次飞行试验,试验内容包括悬停、前飞以及两种模式的转     

序言

正回顾半球谐振陀螺技术发展历史,应该说,美国诺格公司(含台尔柯、利顿阶段)发明并发展了半球谐振陀螺,而法国萨基姆公司(后合并为赛峰公司)赋予了半球谐振陀螺新的发展空间和机遇。2000年前后,萨基姆公司提出平面电极两件套方案,并在此基础上先后突破了全角控制、参数自校准、谐振子批量制造等关键难题,针对陆海空天多个应用领域研制了典型产品,特别是2018年发布了精度可达1海里/5天的战略级惯导系统,以至于该公司信心满满的宣称半球谐振陀螺将改变惯性技术版图,并对其进行大力商业推广。这一系列动作和成果引人瞩目,美、俄以及我国近年来重新关注半球谐振陀螺技术的发展,并投入了极大的研究热情。     

基金档案

【项目编号】2007ZC56004【项目负责人】万生鹏【依托单位】南昌航空大学受激布里渊光纤陀螺的若干关键技术研究及系统仿真完成情况简介:本项目对布里渊光纤陀螺(BFOG)的一些关键技术进行了研究,如温度对布里渊光纤陀螺的影响、克尔效应对布里渊光纤陀螺的影响等,并对布里渊光纤陀螺的具体参数和系统性能进行了分析,为BFOG的应用奠定了基础。     

陀螺加速度计交叉二次项的线振动台测试方法

为了提高陀螺加速度计的标定精度,有必要对交叉二次项进行精确的标定。提出了一种陀螺加速度计交叉二次项在精密线振动台上的测试方法,通过分析陀螺加速度计的测试原理建立了包含交叉二次项的误差模型。利用分度头将陀螺加速度计翻滚到不同的位置,测量陀螺加速度计进动整周期的相关时间参数和输出数据。通过计算加速度计模型输出与平均角速率积分之间的关系,准确辨识出陀螺加速度计误差模型中的各误差项系数。该方法可以有效抑制陀螺加速度计的输出误差,提高标定的精度。最后通过仿真分析,验证了该方法可以准确辨识出陀螺加速度计的二次项、交叉二次项等高阶误差项系数,辨识精度达到了10~(-7),进一步提高了陀螺加速度计在线振动台上的标定精度。     

激光陀螺原理、现状及展望

激光陀螺作为激光器诞生以来最为革命性的应用之一,如今已有近60年的发展历史。它是第一次量子技术革命的典型代表,为超精密惯性导航及姿态控制等领域带来了颠覆性的变革,高性能激光陀螺现已成为从惯性传感控制到基础科学领域不可或缺的核心部件。首先从Sagnac效应基本原理出发,深入浅出地介绍了激光陀螺的核心参数、基本构型以及关键加工工艺,并从惯性导航和基础科学两方面回顾了近几十年来激光陀螺的应用发展历程。此外,以激光全量子理论的视角,深入分析了激光陀螺目前面临的发展困难以及所要解决的主要矛盾。其次,结合当今先进制造发展水平,介绍了微型激光陀螺的发展现状,并指出目前片上光学陀螺发展短板及未来研究趋势。最后,依据光量子基本规律,为进一步优化激光陀螺量子噪声及解决闭锁效应两个重要问题提出研究展望。     

光纤光子纠缠增强陀螺的现状与认知

1996年,Bollinger等指出利用光子纠缠态NOON态可使干涉仪的相位测量精度相对于散粒噪声极限提高N倍,达到海森堡极限(Heisenberg Limit Measurement).2019年5月8日,奥地利科学家马蒂亚斯·芬克(Matthias Fink)团队在《New Journal of Physics》上报道了纠缠增强光子陀螺,其利用纠缠光源降低光子de-Broglie波长,实现了超过散粒噪声极限的相位测量.马蒂亚斯·芬克团队的研究成果在业界引起较大反响,并聚焦为光纤光子纠缠陀螺的研究热点.基于新型光纤光子纠缠增强陀螺的相关概念,对光纤光子纠缠增强陀螺的工作原理、理论可实现精度、国内外研究基础和现状等进行了收集梳理、学习分析、认知提升,进而在此基础上针对相关技术,如光子纠缠源、光子纠缠通量的增强抑衰、信息的逻辑采集处理解算、光子纠缠增强陀螺集成技术、光子纠缠陀螺系统验证技术等的创新推进提出了一些浅显看法以商榷.通过上述工作也期望能"抛砖引玉",为我国光纤光子纠缠增强陀螺技术的起步和未来的发展推广应用奠定基础,并激励广大研究者继续深入探索.     

用于世界时测量的大型高精度光纤陀螺技术研究

综述了空间飞行器的精密定轨对世界时测量的需求,并对现有大型激光陀螺、光纤陀螺测量世界时的现状与前景进行了分析,阐述了大型高精度光纤陀螺用于世界时测量需重点解决的关键技术,对实现的大型高精度光纤陀螺样机进行了试验验证,零偏不稳定性达到了5.2×10-6(°)/h(1σ),同时对陀螺长期运行期间探测到的青海玛多地震情况进行了分析,最后对面向更高精度的世界时测量用大型光纤陀螺发展方向进行了展望.     

蜻蜓前后翼相位特性和气动干扰的数值研究

 蜻蜓能通过改变前后翼间的相位实现对不同飞行姿态的控制。通过在动态非结构嵌套网格上求解非定常Navier-Stokes(N-S)方程,数值模拟三维蜻蜓模型在悬停(前进比J＝0)和中等前飞速度(J=0.3)两种状态下的流场,每种状态各计算0°~360°间隔30°的13个不同相位。考察气动力和气动功率随相位的变化关系以及前后翼间的气动干扰。结果发现,平均举力和平均气动功率随相位的变化呈U型分布,举力足够用于平衡重力,气动功率也符合蜻蜓真实飞行的统计数据。90°～270°的较宽相位范围内,两翼间的气动干扰较为强烈且比较稳定,该范围内能量消耗较小,功率最省,在一定程度上解释了蜻蜓翼具有特定相位的现象。