惯性仪表精度漂移的材料问题与尺寸稳定性复合材料设计

陀螺、加速度计等惯性器件是高精度传感器,对零件的微小变形有着极其敏感的反应。因此,惯性器件材料的尺寸稳定性问题一直是提高精度的关键。作者长期研究发现,惯性仪表精度及其稳定性在结构设计确定的情况下与加工、装配有关,但是本质性的因素是材料在长期温度扰动下的“变形”“变性”“变质”问题。我国关于惯性器件材料尺寸稳定性的研究十分薄弱,材料与工艺技术已经成为制约仪表精度的“卡脖子”问题。本文重点介绍了材料“变形”即在温度扰动下微纳变形的研究结果。首先分析了惯性器件的服役环境以及该服役环境下的材料响应,从而提出复合材料尺寸稳定性设计的基本原理。通过材料设计,为解决低频谐振、复杂结构热应力变形、动载荷弹性变形、长期静载荷微纳米级变形、长期储存下材料时效自发变形等问题提供了有效的材料设计方案。设计制备的仪表级SiC/Al复合材料在核心关键指标上优于铍材,在“高新工程”、“北斗工程”等重大工程中显示出优异的技术效果。     

仪表级复合材料在惯性仪表中的应用进展

铝基复合材料是近年来发展起来的一类先进工程材料,具有高的比强度和比模量,特别是这些复合材料各向同性,并且具有比Be更高的抗微小变形的能力和优异的尺寸稳定性,另外,还可以对这些材料进行热膨胀系数设计以便和其他材料匹配。由于这些材料可以大批量、稳定制备,且可以精密加工成复杂形状,使它们成为惯性仪表构件的理想材料。本文综述了近年来,惯性领域中仪表级复合材料国内外的应用研究现状,讨论了仪表级复合材料应用对惯性仪表精度提高所产生的积极作用。     

仪表级SiC/Al复合材料的应用研究与实践

针对下一代惯性仪表结构材料在应用中存在问题的现状,开展仪表级复合材料的应用研究,攻克了复合材料稳定化组分设计,高致密、大尺寸复合材料制备技术,尺寸稳定化评价技术和仪表级复合材料稳定化工艺四项关键技术,实现了仪表级SiCP/Al在惯性仪表结构件上的成功应用,分析了该材料应用于惯性仪表可能带来的效果,并指出了制约仪表级SiCP/Al在惯性仪表零部件上应用的问题。     

浅谈高精度惯性仪表制造技术特征中 不可忽视的制造工艺固有特性问题

重点研究了我国高精度惯性仪表产品制造技术如何突破传统机械产品制造工艺理念和认知框架,解决高精度惯性技术(原理)产品制造合格率、 参数稳定性和精度提高问题.首次在产品制造技术特征中从理论上提出了"制造工艺的固有(基因)特征性"概念,当研究提高惯性仪表精度的解决方案时,从制造角度应注意到这一"固有的遗传(基因)特征"抽象概念对产品精度影响作用.提出了在高精度惯性仪表的制造工艺设计中,应关注减小或消除这些制造工艺固有特征作为关键工艺控制因素.     

量子惯性仪表用磁屏蔽材料进展

量子惯性仪表是利用光场和磁场等手段操控原子、电子等微观粒子实现载体运动信息测量的新型惯性设备,量子惯性仪表对外界磁场的大小、稳定性和均匀性等提出了很高的要求,需要高性能的磁屏蔽技术与之相匹配。回顾了目前常用的磁屏蔽方式,针对最常用的被动型磁屏蔽所涉及的材料铁镍合金、非晶合金和软磁铁氧体等进行了梳理和总结,阐述了上述三种材料的优缺点以及适用范围,并展望了量子惯性仪表用磁屏蔽材料的发展趋势。     

铝基复合材料在惯性导航仪表中的应用分析

根据惯性仪表的特性，对技术较成熟的碳化硅增强铝基复合材料的稳定性、精密加工性能等进行了分析。指出该材料在惯性仪表中应用的技术条件已经成熟。     

液浮惯性仪表温度场的仿真分析

液浮惯性仪表精度跟温度场有关联,温度分布不均匀和温度波动都会对仪表精度产生影响,因此研究液浮惯性仪表内部的温度场分布尤为重要。利用有限元方法对液浮惯性仪表进行温度场仿真计算,根据仪表的结构特点合理的设置了测温点,通过试验的方法提取了特征点的温度值,验证了仿真结果的正确性,为液浮惯性仪表的热设计提供了基础参数。     

遗传寻优神经网络在平台温控系统建模中的应用

温度直接影响惯性仪表及惯性平台的使用精度,而高精度温控系统的设计依赖于准确的平台加温模型,针对平台系统中多种惯性仪表加温过程复杂度高,当前采用的阶跃响应辨识方法存在模型适应性差、精度不高等情况,且针对基于梯度下降的BP学习算法存在局部收敛的问题.采用基于遗传算法寻优的神经网络辨识的方法,对惯性仪表加温模型进行建模,试验验证通过遗传寻优后的BP神经网络学习算法,提高了网络的学习精度,进而提高了平台系统中惯性仪表加温过程数学模型的精度,模型适应性较高,为后续惯性仪表的加温控制方法的设计提供了必要的条件.     

动压马达半球零件表面微观工艺特征对 产品设计原理的影响研究

零件加工过程的工艺因素都会给零件表面及表层带来(留下)特有的微观特征,这种微观特征与产品设计原理和零件性能特性要求的匹配性对高精度惯性产品的固有性能会产生至关重要的作用.首次在惯性仪表制造体系中引入了零件表面微观工艺特征性概念,以解决仪表精度提高和合格率问题.采用微观工艺特征分析方法思路,从产品设计技术特征(原理特征和性能特征)角度,从更微观、更微小的细节去识别、分析加工合格的零件存在的某些特征状态.初步分析了动压马达半球零件加工表面存在的两类微观特征可能导致惯性仪表生产合格率低、参数稳定性差的影响机理和特征形成的制造因素,提出了改变和完善产品制造工艺设计的思路.     

浅谈大数据在精密惯性仪表中的应用

精密惯性仪表被广泛应用于地面武器、飞机、舰船、航天器中,其作用是敏感、测量载体加速度和姿态等信息,确定载体的运动轨迹参数,实现对载体的精密导航、定向定位,在武器装备中具有非常重要的地位。首先从构成精密惯性仪表的精密微细结构出发,对大数据在制造过程中存在的问题进行了分析。通过对典型惯性产品装配过程的分析,总结了惯性仪表在装配过程中对产品精度和性能产生影响的几类微观效应;其次,通过分析“熵”在我国制造领域中的应用,提出了“熵”理论在惯性仪表装配过程中的应用思路;最后,结合上述分析结果,以三维点云数字化虚拟装配技术在惯性仪表中的应用和“熵”在惯性仪表故障识别与误差建模方向上的应用为例,给出了具体的研究内容、技术流程和研究结果。     

惯导平台系统研究进展与发展趋势思考

现代军事应用中,远程导弹武器主要功能是精确打击关键军事目标,制导精度成为其首要性能指标。当前,国内外远程武器采用的主流惯性器件为惯导平台系统,平台框架在发射前可控制台体旋转实现自对准、自标定等功能。在导弹飞行过程中,平台控制台体稳定于惯性空间,通过隔离角运动提高惯性仪表使用精度,因而成为远程制导系统的首选惯性器件。我国惯导平台系统技术从20世纪60年代起步至今,先后经历了滚珠轴承平台、气浮陀螺平台、动调陀螺平台、静压液浮平台以及三浮平台系统的发展历程。目前,在研新型远程导弹制导系统主要采用基于三浮陀螺及陀螺加速度计的三浮平台系统,其关键技术包括亚微米精度特种材料加工与装配技术、抗高过载环境高可靠三浮惯性仪表技术、惯性/天文复合制导技术以及惯导平台自对准与自标定技术。近年来,以光学陀螺、半球谐振陀螺等为代表的新型惯性仪表的工程应用精度逐步提升。以平台稳定控制技术为基础,构建基于新型固态陀螺的惯导平台体系架构,将会推动我国远程武器性能跨越式发展。通过分析光纤陀螺、半球谐振陀螺等新型惯性仪表的技术优势以及新一代制导系统小型化、数字化、智能化等性能需求,对我国远程制导用惯导平台技术发展提出了几点建议。     

惯性仪表中磁悬浮元件磁芯材料对其性能的影响

本文阐述了惯性仪表中磁悬浮元件的工作原理,分析了材料特性对磁悬浮元件性能的影响。通过对由性能差异较大的材料制成的磁悬浮元件进行参数测试,测试的结果验证了分析的正确性,为磁悬浮元件设计中的材料选用提出了有益的参考。     

石英挠性加速度计参数长期重复性技术研究

石英挠性加速计作为敏感载体加速度的关键器件,其参数的长期重复性直接决定着惯导系统的精度和性能。为了清楚石英挠性加速度计长期重复性机理,从胶粘剂性能变化和焊接应力变化两个方面分析了石英挠性加速度计偏值长期重复性机理;从胶粘剂性能变化和永磁材料稳定性两个方面分析了石英挠性加速度计标度因数重复性机理。在此基础上,提出了从结构优化、新型材料研究、稳定化处理和加速试验四个方面提高石英挠性加速度计参数长期重复性的建议,为开展高精度石英挠性加速计的研制提供了支撑。     

利用导弹制导误差补偿规律修正不完全弹道测量的数据融合技术

论述不完全弹道测量的数据融合处理问题。在惯性器件天地关系一致的前提下,导弹惯性器件误差补偿量变化规律,就反映了飞行中制导工具误差的变化规律,即遥外差的变化规律。因此,可以利用补偿量视速度的变化规律约束条件,内插出不完全测量段落的遥外差数据,在建立节省参数的弹道估计的联合模型基础上,融合少量的高精度测元来解算弹道参数。落点验算表明：利用该方法计算的落点接近实际落点。     

防空导弹惯性技术综述及展望

从精确打击入手阐述了惯性技术对于防空导弹的重要性,提出惯性技术是防空导弹自主导航制导的核心之一。回顾了防空导弹惯性技术的发展历程,从快速反应、工作环境、测量精度等方面概述了防空导弹对惯性技术的需求,梳理了惯性传感器技术、动基座对准技术、高精度自主导航技术等几个关键技术。最后,从新型惯性传感器技术、新材料和新制造技术、新应用场景新需求等方面分析了防空导弹惯性技术的发展趋势,并从工程应用层面对防空导弹惯性技术的发展方向进行了展望。     

Balloon gravimetry using GPS and INS

Measurement of the horizontal components of gravity at altitude using balloon-borne instrumentation consisting of a Global Positioning System (GPS) receiver and a strapdown inertial navigation system (INS) is discussed. GPS data are to be used primarily to determine the total inertial acceleration of the balloon, while the INS accelerometers sense all nongravitational accelerations. A covariance analysis based on the Kalman filter shows that conventional gravity estimation from GPS-aided INS data is possible only if external attitude updates are also available. An alternative technique is explored that attempts to estimate at least part of the gravitational spectrum without modeling the gravity disturbance as a state variable or relying on external attitude updates, while, at the same time, admitting uncorrected (long-wavelength) attitude errors. Simulations based on a model for typical balloon motion are used to discuss this possibility     

基于卫星和星敏感器的冗余激光惯组在轨标定

采用高精度卫星导航速度、位置信息以及星敏感器提供的姿态信息设计十表冗余捷联惯组的标定模型,包含陀螺和加速度计的零次项和标度因数,对卫星和星敏感器辅助的冗余激光陀螺捷联惯组进行实时在轨标定.利用标准Kalman滤波和Sage-Husa自适应滤波作为估计算法,对十表冗余捷联惯组参数进行在线估计.数值仿真结果表明:参数标定精度均在7％以内,是一种实时的在轨标定方法,满足误差补偿要求.冗余惯组在轨标定方法为航天器高精度定姿和定轨提供了一种理论参考.