考虑微加工误差的微机械陀螺的健壮性优化

 为减小微加工误差对音叉振动式微机械陀螺设计性能的影响、提高其批量性能稳定性,以对其加工后性能变异影响最大的若干关键参数为设计变量,在分析了几何约束条件、模态性能约束条件、基于模态的加工灵敏度约束条件的基础上建立了微机械陀螺健壮性优化的数学模型。在无需事先知道微机械陀螺尺寸／性能的详尽统计信息的条件下,采用一阶摄动技术和遗传算法实现了微机械陀螺的健壮性优化设计。     

检测质量对硅微机械框架振动陀螺影响的研究

 根据陀螺的动力学方程，从陀螺设计中的重要参数——内、外框架组件的等惯量约束条件和振动灵敏度等角度，探讨了检测质量对陀螺性能的影响，为微机械框架振动陀螺的设计提供了理论依据。     

一种新型的硅微机械陀螺数字读出系统

为了简化系统设计,进一步改善陀螺的控制性能,提出了一种新型的微机械陀螺数字读出系统方案.该方案采用EPLL和AGC技术实现陀螺驱动模态的相位与幅度闭环控制,采用EPLL技术实现检测模态的信号解调.不仅降低了对陀螺品质因数的要求,而且省去了低通滤波器的设计.通过仿真实验不仅验证了该方案的可行性,还研究了EPLL参数对陀螺数字读出系统性能的影响.该方案对今后微机械陀螺系统的实现与性能的进一步提高有一定的指导作用,同时也为今后陀螺系统的误差补偿以及自标定、自校准奠定了基础.     

陀螺力矩器标度因数变化模型及稳定性研究

 力矩器作为动力调谐陀螺(DTG)的关键器件,影响着陀螺在贮存条件下的长期稳定性。力矩器标度因数是衡量陀螺稳定性的重要参数。为研究动力调谐陀螺仪力矩器标度因数的变化原理和规律,以故障模式、机理和影响分析(FMMEA)方法为基础,分析贮存条件下陀螺力矩器标度因数变化主机理,确定影响其变化的机理部位和应力类型;结合底层主机理部件胶蠕变和磁钢退磁随环境应力、时间的变化趋势,建立系统层力矩器标度因数变化量的长期预报模型;以某DTG为例,结合其贮存剖面,进行基于模型的贮存稳定性分析,计算得到5年内力矩器标度因数变化值,与历史数据相比较,二者趋势一致,证明本文研究方法的正确性;同时利用建立的变化模型进行陀螺加速性分析,得到陀螺参数的加速因子,为加速退化试验的设计提供依据。     

面向壁面剪应力测量的底层隔板微敏感结构设计与制造

 采用MEMS技术加工的底层隔板能够为壁面剪应力的测量提供新的手段。利用有限元法(FEM)建模仿真、正交实验设计以及各因素的极差分析,考查了微敏感结构宽度、厚度和凸出壁面高度对底层隔板固有频率和压阻灵敏度的影响规律,完成了底层隔板的结构优化设计。仿真结果显示:微敏感结构厚度对隔板固有频率和灵敏度影响最大,提升敏感结构高度能够有效提高压阻灵敏度,固有频率和压阻灵敏度受微敏感结构宽度变化影响很小。基于绝缘体上硅技术,利用电感耦合等离子体刻蚀工艺形成底层隔板结构,反应离子刻蚀工艺完成对敏感结构的释放,所加工底层隔板的整体尺寸为5.9 mm×10.1 mm×0.39 mm。底层隔板的动态特性测试表明样件固有频率为1 453.1 Hz,与有限元仿真结果的最大偏差为4.4%。     

抗高过载硅微杯型振动陀螺结构设计与仿真

微机械陀螺是现代制导武器的核心器件,但是制导武器的发射过程中伴随着巨大的加速度过载。针对微机械陀螺结构在大过载情况下活动质量块受过载影响大的问题,设计了一种抗高过载MEMS杯型振动式陀螺结构。结合四波腹运动原理,对杯型陀螺结构的工作原理、振动特性以及抗高过载特性进行了分析。在ANSYS有限元分析软件中建立了该硅微杯型陀螺结构的有限元模型,分别进行了模态分析、谐响应分析。仿真分析结果显示,该硅微杯型陀螺驱动模态与敏感模态固有频率的频差为0.8kHz,工作模态的频率匹配性较好。根据冲击动力学原理分析了此结构在半周期正弦加速度冲击载荷作用下的冲击响应,谐振结构在100000g的瞬态冲击作用下的最大应力为11.38MPa,最大位移为8.06nm,证明该结构具有优良的抗冲击特性。     

激光惯组结构系统陀螺抖动性能确定方法与应用

当二频机抖陀螺相对于其安装基座的抖动幅度较小时,偏频技术不能很好消除锁区的影响,陀螺精度将降低,甚至停止抖动失去功能。激光陀螺抖动性能与结构密切相关,给出了激光惯组箱体减振器本体抖轮陀螺体系统的激光陀螺抖动多体动力学模型及关键参数识别方法,能够根据激光惯组的结构、减振设计方案计算陀螺抖动性能,进而选取合适参数及结构布局解决激光惯组系统陀螺抖动效率差的问题。最后,通过型号实际问题分析验证了该方法的准确性及工程实用性。     

发动机外部管路系统的卡箍布局多目标优化

针对航空发动机外部管路系统卡箍布局不合理而导致发动机发生共振或振动过大问题,对发动机复杂管路的卡箍布局 进行优化设计。将卡箍简化为末端固定的线性约束弹簧单元,建立管路系统的整体有限元模型;进行卡箍在复杂3 维管路上的位置 参数化处理;通过相对灵敏度分析获得对固有频率以及随机振动响应影响较大的5 个关键卡箍位置参数;确定2 个优化目标分别 为前4阶固有频率远离发动机工作频率和随机振动应力均方根响应最小化;采用多目标遗传算法对5 个关键卡箍参数进行优化。 结果表明：通过优化设计同时实现了多阶频率调节和随机振动应力均方值的减小;对不同优化方案的效果进行对比发现,不同的优 化方法各有优劣,无法使2 个优化目标同时达到最优结果。     

2.5维编织树脂基复合材料平板多尺度动力学模型修正

在2.5维编织树脂基复合材料多尺度固有振动分析的基础上,开展基于实测结构模态数据的复合材料平板动力学模型修正研究,以获取精准反映其动力学特性的模型。首先,建立复合材料平板固有频率对弹性参数的灵敏度分析方法,分析了平板固有振动特性的主要影响因素;其次,建立基于灵敏度分析的复合材料多尺度动力学模型修正方法,形成了基于MSC.NASTRAN平台的模型修正程序。最后,利用实测结构模态测试数据,实现对复合材料平板动力学模型的修正。结果表明,对关键弹性参数进行修正后,不同边界条件和纱线走向的复合材料平板试验件固有频率实测数据与仿真数据的最大误差由10.44%下降至2.39%,相关性得到了大幅改善。此外,所提出的自由模态测试方案结合动力学模型修正方法,为复合材料等效弹性参数的试验辨识提供了新的技术途径。     

电磁悬浮微陀螺概述

微陀螺具有体积小、 功耗低等优点,但其精度目前仍然较低.在传统陀螺中,电磁悬浮陀螺的精度非常高,因此,对电磁悬浮微陀螺进行研究,有望获得高精度的微陀螺.介绍了电磁悬浮微陀螺的分类、 原理、 优缺点、 结构以及研究现状.首先根据悬浮原理将电磁悬浮微陀螺分为基于磁吸力的电磁悬浮微陀螺、 基于排斥力的电磁悬浮微陀螺、 静电悬浮微陀螺、反磁悬浮微陀螺和超导磁悬浮微陀螺;然后分别介绍了每种电磁悬浮的悬浮原理和优缺点,以及每种电磁悬浮微陀螺的发展现状、 样机结构和转子的悬浮旋转原理;最后,简述了电磁悬浮微陀螺的发展前景.     

圆柱壳体振动陀螺技术现状与发展趋势

圆柱壳体振动陀螺具有精度高、寿命长、体积小、抗冲击强等突出优点,在精确制导武器尤其是战术武器等装备领域中具有广阔的应用空间,已成为当前振动陀螺的热点研究方向之一。简要介绍了圆柱壳体振动陀螺的发展历程,并对其材料、加工制造和电路控制等方面的关键技术、研究现状进行了梳理。最后,对圆柱壳体振动陀螺的未来发展趋势进行了讨论,并指出0.1(°)/h以下的小型化、高性能圆柱壳体振动陀螺将有广阔的发展空间。     

高动态金属壳谐振陀螺进动特性分析

高动态金属壳谐振陀螺的进动特性,是敏感结构实现角速率信息有效提取的关键。针对金属壳谐振陀螺的进动特性进行研究,首先分析了金属壳谐振陀螺的总体研究思路,明确其工作原理;建立敏感结构的动力学方程和进动因子表达式;利用数值分析方法,对进动因子进行分析,得出金属壳谐振陀螺进动因子经验公式;最后对其进动特性进行综合分析。     

微机械梳状驱动音叉陀螺的误差源研究

定性地讨论了微机械梳状驱动音叉陀螺特有的一些误差源,主要有微机械结构的 Ｂｒｏｗ ｎｉａｎ 噪声、电路噪声、机械耦合误差及电子机械耦合误差等。对上述误差源的认识是微结构制造和电路设计的基础。     

双端固支石英振梁力频系数与热弹性品质因数分析

双端固支石英振梁作为微型谐振式石英传感器的核心敏感元件,其力频系数和品质因数对传感器的灵敏度和分辨率具有重要的影响。石英振梁的力频系数越高,同等条件下传感器的灵敏度也越高;振梁品质因数越高,传感器的分辨力亦越高。对于工作于一阶振动模态的石英振梁而言,力频系数与热弹性品质因数仅与其自身的结构尺寸参数有关。通过分析发现,石英振梁的力频系数与热弹性品质因数之间存在一定的矛盾。详细分析了石英振梁力频系数与热弹性品质因数的特点及两者之间的定量影响,给出了两者的理论模型与仿真方法,建立了力频系数-热弹性品质因数的目标优化函数。分析结果表明,在音叉尺寸范围内,目标优化函数值从0.064增加为0.64,且变化趋势与品质因数相类似。最后,分析了在设计用于微型谐振式石英传感器的双端固支石英振梁时该如何获得最佳的传感器性能。     

地形匹配修正陀螺仪误差漂移系数研究

探讨了巡航导弹在巡航直飞段陀螺仪漂移误差对导弹视加速度的影响,结合地形匹配中的巡航弹航向角偏差研究,对依靠地形匹配分离陀螺仪误差系数方案进行了可行性分析,并且利用地形匹配数据对陀螺仪误差系数进行即时修正.通过仿真计算,对网格大小不同的地形匹配区提出了地形匹配区最大航向角偏差的精度要求.结果显示对误差漂移起到了明显的修正效果,为进一步研究减小制导工具误差的途径提供了新的思路和方法.     

The Theory of a Piezoelectric Disc Gyroscope

The theory of a new type of vibratory rate gyroscope is considered. The design considered is based upon a disc of piezoelectric material on which are deposited drive and pick-off electrodes. The equations of motion of the disc are derived and the response of the gyroscope to constant and harmonic rates of turn determined.     

运载火箭振型斜率测量系统研制

结构动力学分析是运载火箭研制必不可少的环节,动力学分析的基础是建立一个准确的数学分析模型,这个数学模型需要通过一些试验测量获取的动特性参数来充分验证。运载火箭的振型斜率是运载火箭稳定控制系统设计的重要参数,该参数受舱段结构局部变形影响较大,无法通过数学仿真计算得到。因此,新型运载火箭必须进行全箭模态试验以获取振型斜率参数。通过全箭模态试验,完成了通过速率陀螺+加速度计直接测量的方式获取箭体结构振型斜率值。同时,根据不同频率下的模态试验,给出了速率陀螺标度因数在不同频率下的修正因子。试验结果表明,本测量方法有效提高了振型斜率的测量精度。     

整圈自带冠叶盘系统斜碰撞振动局部化研究

为研究整圈自带冠叶盘系统斜碰撞振动局部化问题,建立了整圈自带冠叶盘系统斜碰撞振动的集中参数模型动力学方程,计算不同耦合刚度下的各阶固有频率.分析了存在冠间间隙失谐情况下,叶片的各阶次振动响应特性和碰摩力,以及叶片刚度失谐情况下,不同耦合刚度叶盘系统的斜碰撞/无斜碰撞振动局部化因子.对比分析了叶片刚度、冠间间隙分别存在随机失谐时,不同耦合刚度叶盘系统的斜碰撞振动局部化因子.研究发现:在出现斜碰撞和轮盘共振情况下,即使是谐调叶盘系统也会出现振动局部化现象.而在各阶共振情况下,失谐叶盘系统都会出现振动局部化现象.计算表明:碰摩力与振动局部化的产生有直接关系,斜碰撞使叶片对失谐的敏感程度更大.另外,弱耦合叶盘系统比强耦合叶盘系统的振动局部化因子相对更大,叶片振动对于叶片刚度失谐比对冠间间隙失谐的敏感程度更大.      

轴对称多曲面融合结构金属谐振子模型建立方法

金属壳固体波动陀螺是基于固体波的进动效应进行角速度检测的一种全新 轴对称壳振动陀螺,具有结构简单、功耗低、抗冲击性强、稳定性高等优点,可广泛应 用于中低精度角速度测量领域。为分析轴对称多曲面融合结构金属谐振子中固体波的进 动效应,在双曲率坐标系下,基于薄壳理论,建立了理想条件下轴对称多曲面融合结构 金属谐振子中固体波进动的动力学模型。针对动力学模型过于复杂、难于分析的缺陷, 提出了利用弹性力学中的能量原理,建立轴对称多曲面融合结构金属谐振子等效模型的 方法,为金属壳固体波动陀螺的信号检测方法和控制回路设计奠定了理论依据。