Способ настройки подвеса чувствительного элемента гидродинамического гироскопа, способ настройки центрирующей части подвеса чувствительного элемента гидродинамического гироскопа, способ определения плавучести чувствительного элемента гидродинамического гироскопа, способ корректировки количества жидкости в подвесе поплавка гидродинамического гироскопа и устройство настройки центрирующей части подвеса (варианты)

Способ настройки подвеса чувствительного элемента гидродинамического гироскопа, способ настройки центрирующей части подвеса чувствительного элемента гидродинамического гироскопа, способ определения плавучести чувствительного элемента гидродинамического гироскопа, способ корректировки количества жидкости в подвесе поплавка гидродинамического гироскопа и устройство настройки центрирующей части подвеса (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Данное техническое решение относится к области гироскопической техники и может быть использовано для настройки и контроля подвеса сферического поплавка в сферической камере гидродинамического гироскопа (ГДГ).

Список использованных источников при определении уровня техники. 1.Патент ФРГ №2226737. Гироскопический прибор с установленным в жидкости шаровым ротором, G 01 c 19/00. Изобретения за рубежом №13, 1974 г. (частичная заливка, устройство центрирования поплавка). 2.Горенштейн И.А. Гидродинамические гироскопы. Москва. Машиностроение, 1972 г. (аналог, съем сигнала с поплавка стр.11). 3. Андрейченко К.П.Динамика поплавковых гироскопов и акселерометров. Москва, Машиностроение, 1987 г. (прототип, стр.7, глава 6). 4. Авторское свидетельство №414486, Устройство для заполнения гироскопических приборов жидкостью. G 01 c 25/00 (Андронов Е.В. и др.) 5. Андрейченко К.П., Смарунь А.Б. Об эффекте возникновения аксиальной инерционной движущей силы в сферической гидродинамической опоре. (Сарат. политех. институт. - Саратов, 1983. - деп. в ВИНИТИ №3937 В83). 6. Патент Франции №1492919, Гироскоп с жидкостным ротором, G 01 c, от 17.07.67 г. (съем сигнала с поплавка гироскопа).

На фиг.1 представлена конструктивная схема гироскопа со сферическим гидродинамическим подвесом сферического чувствительного элемента-поплавка (шарового ротора). Известный гидродинамический гироскоп (ГДГ) показан в /3/ на стр. 7. При этом реально существующая конструктивная схема гидродинамического гироскопа показана на фиг.1. ГДГ представляет собой вращающуюся в подшипниках качения сферическую камеру 1, частично заполненную жидкостью (которая не показана) и помещенный в нее сферический поплавок 2 (ЧЭ) /1/. Механическое устройство предварительного центрирования поплавка 2 относительно камеры 1, выполненное в виде шарика 3, закрепленного в центре поплавка 2, и упоров 4, установленных в торцах сферической камеры 1 /1/. Система съема сигнала (датчик угла) ГДГ представляет собой (см. /2/ стр.11) постоянный магнит 5 (ротор), закрепленный в диаметральной плоскости поплавка 2, и кольцевую сигнальную катушку 6 (статор), закрепленную в корпусе прибора. Ось катушки при сборке ГДГ устанавливают соосно с осью вращения камеры 1 и поплавка 2. Для разделения сигналов между измерительными осями служат две обмотки опорных напряжений, закрепленных на каркасе сигнальной системы и смещенных друг относительно друга на угол 90 градусов.

Важным узлом ГДГ является устройство стабилизации плавучести чувствительного элемента (поплавка) в широком диапазоне температурных воздействий (возмущений). Это устройство 7 представляет собой торцевые цилиндрические полости (камеры), соосные с осью собственного вращения подвеса ЧЭ ГДГ определенных размеров. Поплавковая камера вместе с устройством стабилизации плавучести представляет собой вращающийся в подшипниках качения 8 гироузел. Рабочую жидкость заливают в поплавковую камеру через торцевые отверстия 9. Устройство механического центрирования поплавка размещается в осевом его отверстии 10.

Аналогом для заявляемого технического решения является способ гидродинамического подвеса сферического чувствительного элемента (поплавка) гидродинамического гироскопа /2/, включающий полное заполнение жидкостью радиального зазора между сферическим поплавком и камерой, обеспечивающее при этом нейтральную плавучесть поплавка, а также собственное вращение сферической камеры и поплавка.

Недостатком аналога является зависимость плавучести чувствительного элемента гидродинамического гироскопа (ЧЭ ГДГ) от температуры окружающей среды из-за изменения от температуры плотности поддерживающей поплавок жидкости. В связи с этим для получения необходимой точности измерения параметров углового движения основания гидродинамические гироскопы необходимо термостатировать, что усложняет конструкцию подвеса ЧЭ и ГДГ в целом.

Прототипом для данного технического решения выбран способ подвеса ЧЭ ГДГ, представленный в книге Андрейченко К.П. /3/ (глава 6), который включает частичное заполнение радиального зазора между поплавком и камерой рабочей жидкостью, обеспечивающей равенство массы поплавка и вытесненной им жидкости в аксиальном направлении, и собственное вращение подвеса поплавка гироскопа.

Недостаток технического решения, выбранного за прототип, состоит в том, что известный способ подвеса чувствительного элемента (ЧЭ) гидродинамического гироскопа (ГДГ) не позволяет реализовать подвес поплавка с заданной точностью относительно измерительных осей гироскопа. Этот недостаток может быть устранен путем оптимальной настройки подвеса ЧЭ ГДГ в поле силы тяжести с учетом последующего использования в качестве чувствительного элемента измерителя угловых перемещений. При этом прототип не содержит рекомендаций по определению важнейшего параметра ЧЭ ГДГ, как плавучесть, и рекомендаций по выполнению условия разгрузки устройства аксиального механического центрирования поплавка (см. стр. 94 /3/). Это условие состоит в обеспечении равенства массы поплавка и вытесненной им жидкости в аксиальном (осевом) направлении.

Аналогом (с полной заливкой поплавковой камеры жидкостью, см. стр. 7, /3/) и прототипом (с частичной заливкой этой же камеры жидкостью, стр. 91, /3/) для устройства, предлагаемого для корректировки количества жидкости в поплавковой камере, является гироузел гидродинамического гироскопа (т.е. его поплавковая камера).

Гироузел (аналог) гидродинамического гироскопа представляет собой сферическую камеру, полностью заполненную жидкостью, и помещенный в нее сферический поплавок, в диаметральной плоскости которого закреплен кольцевой магнит.

Недостатком аналога (стр.7 /3/) является положительная плавучесть поплавка, которая не позволяет его использовать на динамичных движущихся объектах управления.

Гироузел (прототип) гидродинамического гироскопа представляет собой сферическую камеру, частично заполненную жидкостью, и помещенный в нее сферический поплавок, в диаметральной плоскости которого закреплен кольцевой магнит. В таком гироузле применена нулевая аксиальная плавучесть ЧЭ.

Недостатком прототипа является отсутствие элементов, обеспечивающих проведение корректировки количества жидкости в поплавковой камере и позволяющих осуществить контроль подвеса. Для устранения этих недостатков предложено устройство, которое позволит решить поставленную в данном техническом решении задачу.

Вторая часть технического решения касается настройки системы съема сигнала с подвеса ЧЭ ГДГ. Известен съем сигнала гидродинамических гироскопов с жидкостным ротором 161. Датчик съема сигнала представляет собой магнитный диск, подвешенный на торсионной нити в центре ротора, так, что при совпадении осей вращения жидкости и кожуха он находится в диаметральной плоскости вращения кожуха. При наличии угла рассогласования между осями вращения жидкости и кожуха, магнитный диск получает отклонение, которое воспринимается кольцевой сигнальной катушкой, расположенной на неподвижном корпусе прибора. Кроме этого имеется пара катушек опорного напряжения, установленных на неподвижном корпусе, и постоянный магнит, закрепленный на вращающемся кожухе.

Датчик угла для рассматриваемого ГДГ (см. фиг.1) представляет собой кольцевой магнит, закрепленный в диаметральной плоскости сферического чувствительного элемента (ЧЭ, поплавка) - ротор датчика угла, а его статор - кольцевая сигнальная катушка установлена на неподвижном корпусе ГДГ. Датчик опорных сигналов включает две катушки, закрепленные также на неподвижном корпусе под углом 90 градусов друг относительно друга (/2/ стр. 11).

Как показано в /3/ стр. 102, осевая «качка» подвеса поплавка гидродинамического гироскопа с частотой собственного вращения, обусловленная несовершенством изготовления элементов конструкции подшипников и неидеальностью их установки относительно оси вращения подвеса при наличии радиального смещения центра масс поплавка относительно оси собственного вращения, приводит к возникновению возмущающего поплавок момента, следствием чего является дрейф нуля гидродинамического гироскопа. Дрейф нуля (т.е. угол отклонения поплавка относительно камеры и системы съема сигнала), определяемый этим возмущающим моментом, требует минимизации его влияния на показания ГДГ посредством, например, схемной компенсации. Такая компенсация предполагает совмещение электрической оси сигнальной катушки и направления оси собственного вращения поплавка ГДГ.

Прототипом для предлагаемой настройки системы съема сигнала ГДГ является способ настройки системы съема выходного напряжения (см. /6/), который следует из логики съема сигнала в гидродинамическом гироскопе с жидкостным ротором: устанавливают определенное взаимное положение электрической оси сигнальной катушки (статора датчика угла) и оси собственного вращения ротора датчика угла (здесь им является магнитный диск) на неподвижном основании. При этом, как видно из /6/, осуществляют заполнение внутренней полости подвеса ротора датчика угла жидкостью и осуществляют собственное вращение гироузла (т.е. осуществляют, в соответствии с /3/ глава 6, гидродинамический подвес ЧЭ ГДГ). Особенностью прототипа является совмещение электрической оси статора датчика угла (т.е. кольцевой сигнальной катушки) и оси его ротора (магнитного диска), помещенного во вращающуюся жидкость. В ГДГ с твердым носителем кинетического момента, по существу, применен аналогичный съем сигнала. Особенность состоит лишь в том, что кольцевой магнит закреплен в диаметральной плоскости вращающегося поплавка. Как известно (см. /3/, глава 6), вращающийся сферический поплавок, помещенный в жидкость, поддерживается и центрируется в сферической камере на слое жидкости (т.е. реализуется подвес ЧЭ ГДГ).

Недостатком прототипа (см. /6/) является то, что этот способ не учитывает наличие совпадения или различий условий применения и условий настройки системы съема сигнала ГДГ, а также длительности съема сигнала при использовании его для управления движением динамичного или нединамичного основания. А недостатком подвеса ЧЭ ГДГ (см. /3/ глава 6) является отсутствие рекомендаций по реализации съема сигнала с шарового (сферического) носителя кинетического момента ГДГ. Каждое из данных технических решений содержит операции, необходимые для решения следующей технической задачи.

Задача технического решения состоит в реализации контролируемой настройки поддерживающей - центрирующей и электрической части подвеса ЧЭ ГДГ, используемого в качестве измерителя угловых перемещений, а также контроль реализованной настройки.

Задача настройки подвеса ЧЭ ГДГ решается так, что способ настройки подвеса чувствительного элемента гидродинамического гироскопа, включающий частичное заполнение камеры подвеса поплавка жидкостью, обеспечивающей его аксиальную нейтральную плавучесть и собственное вращение подвеса, установку определенным образом взаимного положения электрической оси сигнальной катушки и оси собственного вращения поплавка на неподвижном основании и измерение выходного напряжения гироскопа, имеет особенность такую, что вначале осуществляют настройку центрирующей части подвеса, затем регулировку системы съема, при этом для динамичных движущихся объектов с кратковременным использованием выходного сигнала с подвеса чувствительного элемента гироскопа и нединамичных движущихся объектов с длительным использованием выходного сигнала с подвеса чувствительного элемента гироскопа совмещают электрическую ось кольцевой сигнальной катушки с осью собственного вращения поплавка и устанавливают минимальный выходной сигнал Up гироскопа, а для динамичных движущихся объектов с длительным использованием выходного сигнала с подвеса чувствительного элемента гироскопа вначале измеряют величины выходных напряжений с предварительно установленной сигнальной катушки при рабочем направлении собственного вращения Uрн и обратном направлении собственного вращения Uон., вычисляют величины выходных напряжений при рабочем Up и обратном Uo направлении собственного вращения из соотношения Up=Uo=(Uрн+Uон)/2, совмещают электрическую ось сигнальной катушки с биссектрисой угла, образованного осями собственного вращения поплавка при рабочем и обратном направлении его собственного вращения, устанавливают катушку в положение, при котором выходной сигнал на рабочей частоте собственного вращения Up равен выходному сигналу Uo на рабочей частоте при обратном направлении собственного вращения, далее осуществляют контроль качества регулировки сигнальной катушки по величине выходного напряжения, которая должна быть менее заданной величины, при превышении ее отбраковывают поплавки с повышенной величиной радиального смещения центра масс.

Для динамичных движущихся объектов с кратковременным использованием выходного сигнала с подвеса чувствительного элемента гироскопа и нединамичных движущихся объектов с длительным использованием выходного сигнала с подвеса чувствительного элемента гироскопа определяют минимальное выходное напряжение гироскопа Umin при последовательном изменении частоты собственного вращения fp в диапазоне (1,1-0,6)fp, при нахождении минимума Umin этой характеристики в окрестности рабочей частоты fp считают регулировку завершенной, при этом в случае значительного смещения минимума Umin относительно рабочей частоты собственного вращения fp, изменяют направление собственного вращения подвеса и определяют повторно выходное напряжение U1 гироскопа, по этой величине U1, которая должна быть менее заданной, отбраковывают поплавки с повышенным радиальным смещением центров масс.

Задача настройки подвеса решается так, что способ настройки центрирующей части подвеса чувствительного элемента гидродинамического гироскопа, включающий частичное заполнение камеры подвеса поплавка жидкостью, обеспечивающей его нейтральную плавучесть и собственное вращение подвеса, имеет особенность такую, что заливают камеру подвеса поплавка жидкостью, количество которой выбирают из соотношения: V1<V≤V2, где

V1=(4/3)π((R1²-R5²)^3/2-(R2²-R5²)^3/2)+2π(R4²-R5²)Н;

V2=(4/3)π((R1²-R3²)^3/2-(R2²-R3²)^3/2)+2π(R4²-R3²)Н;

R1, R2 - радиусы камеры и поплавка, соответственно;

R3=R2 sinθ1 - радиус свободной поверхности жидкости;

θ1=arccos ((1/R2)(3m₂/4πρ)^1/3); ρ - плотность рабочей жидкости;

R4, Н - радиус и ширина цилиндрических камер стабилизации плавучести; m₂ - масса поплавка; R5=(1,1-1,2) R3<R6 - расстояние от оси вращения поплавковой камеры до оси соединительных каналов цилиндрических камер стабилизации плавучести, центрируют поплавок относительно камеры посредством его последовательно разгона и торможения, оценивают аксиальную плавучесть поплавка по появлению и величине разбалансировки системы жидкое тело - поплавок и/или по возникновению и интенсивности динамики его аксиальных перемещений в поле силы тяжести и корректируют количество жидкости в подвесе.

Задача решается так, что способ определения плавучести чувствительного элемента гидродинамического гироскопа, включающий частичное заполнение камеры подвеса поплавка жидкостью, обеспечивающей его плавучесть, близкую к нейтральной, и собственное вращение подвеса, имеет особеность такую, что центрируют поплавок относительно камеры посредством его последовательного разгона и торможения, аксиальную плавучесть чувствительного элемента гидродинамического гироскопа оценивают по появлению и величине разбалансировки системы жидкое тело-поплавок и/или по возникновению и интенсивности динамики его аксиальных перемещений в поле силы тяжести.

При нахождении величины разбалансировки определяют разность выходных сигналов ΔU с центрированным и смещенным поплавком относительно камеры при невертикальном расположении оси собственного вращения, а величину плавучести определяют по формуле Δm=ΔU bω/Kcc g e cosα, где b - коэффициент момента сил вязкого трения камеры о жидкость, ω - скорость вращения подвеса поплавка, g - ускорение силы тяжести, Kcc - коэффициент передачи датчика угла системы съема сигнала, е - односторонний осевой зазор в устройстве аксиального центрирования поплавка, α - угол наклона оси собственного вращения к плоскости горизонта.

При нахождении величины разбалансировки и выявлении динамики аксиального перемещения поплавка определяют скорость изменения выходного сигнала U* при наклоне оси собственного вращения подвеса под углом 45±15 градусов к плоскости горизонта, а величину плавучести определяют по формуле Δm=(U*bω(Кρ+Кμ)/Kcc g**2 cosα sinα)**(1/2), где Кρ, Кμ - коэффициенты гидродинамического и вязкого демпфирования аксиальных движений поплавка, α=(45±15) градусов - угол наклона оси собственного вращения к оси собственного вращения к плоскости горизонта.

Динамику аксиального перемещения поплавка и ее интенсивность оценивают по времени t его аксиального движения из центра камеры к одному из упоров устройства механического центрирования поплавка, установленных в торцах камеры, при не горизонтальном расположении оси собственного вращения подвеса, а величину плавучести определяют по формуле Δm=(De(Кρ+Кμ)/t g sinα), где De - односторонний осевой зазор между шариком, закрепленным в центре поплавка, и упором, установленным в торце поплавковой камеры, α=(45±15) градусов - угол наклона оси собственного вращения к плоскости горизонта.

Для определения появления и величины разбалансировки системы жидкое тело-поплавок и/или возникновения и интенсивности динамики его аксиальных перемещений поплавка снимают зависимость выходного напряжения гироскопа от частоты собственного вращения в диапазоне (1,1-0.6) fp, где fp - рабочая частота собственного вращения, устанавливают ось собственного вращения под углом 45±15 градусов к плоскости горизонта, повторно снимают эту зависимость только посредством последовательного увеличения частоты собственного вращения в диапазоне (0,6-1,1) fp, сравнивают величины выходных напряжений на одних и тех же частотах, а величину плавучести оценивают по формуле Δm=ΔUmax bω./Kcc* g e cosα, где b - коэффициент момента сил вязкого трения камеры о жидкость, ω - скорость вращения подвеса поплавка, g - ускорение силы тяжести, Ксс* - коэффициент передачи датчика угла системы съема сигнала с подвеса ЧЭ ГДГ на угловой скорости собственного вращения, соответствующей ΔUmax, е - односторонний осевой зазор в устройстве аксиального центрирования поплавка, α - угол наклона оси собственного вращения к плоскости горизонта.

Задача решается так, что способ корректировки количества жидкости в подвесе поплавка гидродинамического гироскопа, включающий частичное заполнение камеры подвеса поплавка жидкостью, обеспечивающей его плавучесть, близкую к нейтральной, и осуществляют собственное вращение подвеса, такую, что корректировку количества жидкости во внутренней полости подвеса осуществляют при невертикальной оси собственного вращения подвеса гироскопа, при наклоне оси собственного вращения подвеса гироскопа под углом 45±15 градусов к плоскости горизонта, центрируют поплавок относительно камеры, определяют параметр подвеса, зависящий от плавучести ЧЭ ГДГ, по которому оценивают величину необходимого изменения количества жидкости ΔV во внутренней полости подвеса для получения нулевой аксиальной плавучести, перемещают часть DV1 необходимого количества жидкости ΔV во внутреннюю полость поплавковой камеры, затем повторно определяют параметр подвеса, зависящий от плавучести, и уточняют количество жидкости в поплавковой камере путем добавления или удаления объема жидкости DV2.

В качестве параметра подвеса, зависящего от плавучести ЧЭ ГДГ, используют скорость изменения выходного сигнала с подвеса гироскопа U*, при этом последовательно порциями осуществляют корректировку количества жидкости до момента обнуления скорости изменения выходного сигнала гироскопа U*.

При корректировке количество жидкости во внутренней полости подвеса осуществляют контрольную доливку объема DV1, определяют, какой процент n составляет приращение скорости изменения выходного сигнала гироскопа U*, соответствующий этой контрольной доливке DV1, затем добавляют во внутреннюю полость подвеса количество жидкости DV2, определенное из соотношения: DV2=DV1 (100/n-1)^1/2 при уменьшении скорости U* изменения выходного сигнала, а при увеличении этой скорости U* удаляют объем жидкости DV2 из внутренней полости подвеса, найденный в соответствии с соотношением: DV2=DV1(100/n+1)^1/2.

В качестве параметра подвеса, зависящего от плавучести ЧЭ ГДГ, используют изменение выходного сигнала подвеса гироскопа ΔU с центрированным и смещенным поплавком относительно камеры, при этом последовательно порциями осуществляют корректировку количества жидкости до момента обнуления изменения выходного сигнала ГДГ ΔU.

При корректировке количества жидкости во внутренней полости подвеса осуществляют контрольную доливку объема DV1, определяют, какой процент m составляет приращение изменения выходного сигнала гироскопа ΔU, соответствующий этой контрольной доливке DV1, затем добавляют во внутреннюю полость подвеса количество жидкости DV2, определенное из соотношения: DV2=DV1 (100/m-1) при уменьшении изменения ΔU выходного сигнала, а при увеличении этого изменения ΔU удаляют объем жидкости DV2 из внутренней полости подвеса, найденный в соответствии с соотношением: DV2=DV1(100/m+1).

В качестве параметра подвеса, зависящего от плавучести ЧЭ ГДГ, используют время t изменения выходного сигнала подвеса гироскопа ΔU с центрированным и смещенным поплавком относительно камеры, при этом последовательно порциями осуществляют корректировку количества жидкости до момента обнуления изменения выходного сигнала ГДГ ΔU.

При корректировке количества жидкости во внутренней полости подвеса осуществляют контрольную доливку объема DV1, определяют, какой процент m составляет приращение параметра (1/t) изменения выходного сигнала гироскопа ΔU, соответствующий этой контрольной доливке DV1, затем добавляют во внутреннюю полость подвеса количество жидкости DV2, определенное из соотношения: DV2=DV1 (100/m-1) при уменьшении изменения ΔU выходного сигнала и параметра (1/t), а при увеличении этого изменения ΔU и параметра (1/t) удаляют объем жидкости DV2 из внутренней полости подвеса, найденный в соответствии с соотношением:

DV2=DV1(100/m+1).

Задача решается так, что устройство настройки центрирующей части подвеса, включающее сферическую камеру, частично заполненную жидкостью, и помещенный в нее поплавок, в диаметральной плоскости которого закреплен кольцевой магнит, а в торцевых частях размещены цилиндрические камеры стабилизации плавучести, связанные со сферической камерой соединительными каналами, имеет особенность такую, что на одном из торцов сферической камеры размещена цилиндрическая полость, частично заполненная жидкостью, выполненная из прозрачного материала в виде насадки, а узел, соединяющий цилиндрическую полость с внешней средой, выполнен в виде отверстия, соосного с осью поплавковой камеры и цилиндрической полости, а на торце этой прозрачной полости, примыкающей к камере, выполнена сливная кольцевая полость, при этом цилиндрическая полость вместе с поплавковой камерой установлена в подшипниках качения соосно с статором системы съема сигнала, цилиндрическая полость связана с внутренней полостью поплавковой камеры заливочными отверстиями, вращает устройство электродвигатель, кроме этого номинальный радиус свободной поверхности жидкости R3, расстояние R7 от осей заливочных отверстий до оси собственного вращения камеры, радиус R8 торцевого отверстия цилиндрической полости выбирают из соотношения: R3>R7>R8, где R3=R2 sin θ1; m₂ - масса поплавка;

θ1=arccos ((1/R2)(3m₂/4πρ)^1/3); ρ - плотность рабочей жидкости.

Задача решается так, что устройство настройки центрирующей части подвеса, включающее сферическую камеру, частично заполненную жидкостью, и помещенный в нее поплавок, в диаметральной плоскости которого закреплен кольцевой магнит, а в торцевых ее частях размещены цилиндрические камеры стабилизации плавучести, связанные со сферической камерой соединительными каналами, имеет особенность такую, что на одном из торцов сферической камеры размещена цилиндрическая полость, сообщающаяся с камерой стабилизации плавучести и частично заполненная жидкостью, которая выполнена в виде дополнительной стационарной камеры «регулировки плавучести» сферической камеры подвеса поплавка, а узел, связывающий полость с внешней средой, выполнен в виде нескольких сквозных каналов, оси которых параллельны оси поплавковой камеры, с цилиндрическими подвижными элементами, один из которых, перемещаясь, формирует и разрывает связь посредством соединительного канала между одной из камер стабилизации плавучести с цилиндрической полостью, а остальные, перемещаясь, изменяют внутреннее количество жидкости в этой цилиндрической полости, кроме этого цилиндрическая полость выполнена с цилиндрической вставкой, причем ее диаметр R9 выбирают из соотношения: R9≥R3; R3=R2 sin θ1;

θ1=arccos ((1/R2)(3m₂/4πρ)^1/3); π=3.14; ρ - плотность рабочей жидкости; m₂ - масса поплавка.

Цилиндрическая полость выполнена в виде съемной насадки, установленной посредством крепления на торцевой части поплавковой камеры. На фиг.2 представлена внутренняя полость сферического гидродинамического подвеса, иллюстрирующая обоснование выбора количества жидкости в поплавковой камере. Так же как и на фиг.1, на ней отмечены поплавковая камера 1 и поплавок 2. На фиг.3 представлены характерные для ГДГ зависимости выходного напряжения от частоты собственного вращения, полученные экспериментальным путем для партии пригодных для применения приборов. При этом один из ГДГ (№144) был отбракован по результатам приемосдаточных испытаний по величине выходного напряжения Up в отсутствие входных угловых воздействий.

На фиг.4 представлены варианты реализации устройств для предложенного способа настройки центрирующей части.

Новизна предложенного решения состоит в том, что впервые предложена реализация способа настройки электрической и центрирующей частей подвеса чувствительного элемента гидродинамического гироскопа заданной перегрузочной способности и точности с минимальными трудозатратами. Для реализации этой концепции рассмотрены основные технологические операции настройки центрирующей части подвеса. К ним относятся:

- такая частичная заливка внутренней полости камеры подвеса поплавка рабочей поддерживающей поплавок жидкостью, которая и обеспечивает гидродинамический «подвес» сферического поплавка (его предварительное радиальное и аксиальное центрирование) в сферической камере при их собственном вращении;

- контроль качества заливки посредством оценки плавучести поплавка по разбалансировке системы жидкое тело-поплавок и выявлению динамики аксиального перемещения поплавка четырьмя способами (в том числе впервые посредством определения скорости изменения выходного сигнала с подвеса ЧЭ ГДГ, ось собственного вращения которого наклонена под углом 45±15 градусов к плоскости горизонта, и посредством использования характерной зависимости ГДГ (см. фиг.3);

- коррекции количества жидкости в поплавковой камере до получения нулевой аксиальной плавучести ЧЭ ГДГ (три варианта реализации).

Особенность здесь - заполнение фиксированным количеством, незначительно меньшим по сравнению с номинальным V2 (расчетным) для обеспечения нулевой (нейтральной) плавучести чувствительного элемента гироскопа. Предложены рекомендации по выбору количества этой жидкости для предварительного заполнения внутренней полости подвеса с учетом обеспечения практической устойчивости гидродинамического подвеса (/3/, стр.91) и сохранения «жидкостной связи» между радиальным зазором подвеса и камерами стабилизации плавучести ЧЭ ГДГ. Несколько меньшее количество жидкости по сравнению с расчетным позволяет использовать даже поплавки и меньшей относительно номинальной (на 5-6%) массой m₂. При этом не исключается заполнение и номинальным количеством жидкости V2. Об этом свидетельствует соответствующий знак неравенства «≤» в соотношении для V. Важно отметить, что заливаемое количество жидкости V во внутреннюю полость подвеса позволяет реализовать его без значительного нарушения «взвешивающих и центрирующих» свойств. Такая операция заполнения подвеса жидкостью вызвана тем, что номинальная заливка так или иначе нарушается при регулировании коэффициента упругой перекрестной связи между измерительными каналами гироскопа (здесь данная операция не рассматривается). Эта регулировка предполагает изменение радиального зазора в аксиальном направлении, что позволяет реализовать схемную компенсацию возмущающего поплавок момента, обусловленного технологическими факторами изготовления элементов подвеса (поплавка, поплавковой камеры и кольцевой сигнальной катушки датчика угла гироскопа). Изменение радиального зазора неизбежно приводит к изменению объема внутренней полости между поплавком и камерой. В связи с этим для обеспечения нейтральной плавучести чувствительного элемента (поплавка) гироскопа требуется проведение корректировки количества жидкости в поплавковой камере. Именно поэтому предложено заливать предварительно чуть меньшее количество жидкости с последующей «управляемой» по сигналам с подвеса поплавка гироскопа доливкой.

Кроме этого, при контроле качества настройки подвеса с наклоненной осью собственного вращения под углом 45±15 градусов к плоскости горизонта двукратное снятие зависимости выходного напряжения U от частоты собственного вращения f при последовательном снижении ее от 1,1 fp до 0,6 fp и последовательном увеличении частоты от 0,6 fp до 1,1 fp позволяет дополнительно оценить не только плавучесть поплавка по разбалансировке системы жидкое тело-поплавок в поле силы тяжести, а оценить качество настройки сигнальной системы ГДГ (см. фиг.3). Выявленная разность напряжений на одних и тех же частотах собственного вращения укажет на наличие остаточной ненулевой плавучести поплавка гироскопа. При этом найденная разность минимума этой характеристики Urn in и величины выходного напряжения U на рабочей частоте собственного вращения fp характеризуют качество регулировки системы съема сигнала гироскопа в отсутствие входных угловых воздействий.

Предложена и рассмотрена методика проведения коррекции количества жидкости во внутренней части подвеса ЧЭ ГДГ, пропорционально величине скорости изменения разбалансировки системы жидкое тело-поплавок. Основной особенностью данной операции является использование впервые пониженной скорости собственного вращения подвеса поплавка и проведение контрольной доливки с последующим добавлением фиксированного объема жидкости в его внутреннюю полость, найденного по вновь полученной инженерной формуле, с учетом результата контрольной доливки. Также предложенная методика отличается проведением корректировки жидкости в подвесе ЧЭ ГДГ с наклоненной осью собственного вращения под острым углом к плоскости горизонта. Рассмотрены дополнительно варианты реализации способа корректировки количества жидкости в подвесе ЧЭ ГДГ с использованием других параметров подвеса, зависящих от плавучести ЧЭ ГДГ. Предложено осуществлять уточнение количества жидкости в подвесе ЧЭ ГДГ по величине разбалансировки системы жидкое тело-поплавок (ΔU) и времени (t) перемещения его относительно камеры из ее центра к одному из упоров устройства механического центрирования поплавка.

При проведении оценки «изобретательского уровня» данного технического решения было выявлено изобретение /4/. Данное устройство заполнения гироскопических приборов жидкостью применимо для заполнения поплавковых гироскопических приборов с гидростатическим подвесом чувствительного элемента. Проблемы, которую решает данное техническое решение, для гидродинамического подвеса сферического поплавка не существует. Поэтому технические решения (способы и устройства) для заполнения поплавковых приборов с гидростатическим подвесом жидкостью не применимы для заполнения гидродинамического подвеса жидкостью.

Впервые найдены и предложены оригинальные решения для устройств, используемых при корректировке количества жидкости в гидродинамическом подвесе. Эти решения появились на основе проводимых обширных экспериментальных работ по исследованию гидродинамического подвеса.

Неравенство: R3>R7>R8 в первом варианте устройства отражает соотношение радиусов свободной поверхности жидкости, заливочных отверстий и торцевого отверстия прозрачной насадки. Такое «ступенчатое» условие выбрано из соображений сохранения независимости друг от друга уровней жидкости в поплавковой камере и насадке (левая часть неравенства), а правая часть неравенства позволяет исключить истечение жидкости из насадки наружу при корректировке жидкости в камере подвеса поплавка ГДГ. Это необходимо для закрепления результатов корректировки количества жидкости в подвесе ЧЭ ГДГ.

Неравенство R9≥R3 позволяет исключить перетекание «несжимаемой» жидкости между камерами стабилизации и регулировки плавучести 4 за счет перепада давления при собственном вращении подвеса ЧЭ ГДГ даже при некоторой остаточной негерметичности соединительного канала 14. Действительно, из полости 4 жидкость «не потечет» в камеру стабилизации плавучести, т.к. гидродинамическое давление в камере больше. Перетеканию «несжимаемой» жидкости из камеры стабилизации плавучести подвеса ЧЭ ГДГ в полость 4 будет препятствовать та самая металлическая вставка (отмеченная на фиг.4.1 пунктиром), находящаяся внутри этой полости. Если данное неравенство будет нарушено (т.е. при R9<R3, то возможно перетекание жидкости из полости 4 в камеру стабилизации плавучести из-за повышенного давления в полости 4 (полностью заполненной жидкостью) по сравнению с давлением в камере стабилизации плавучести ЧЭ ГДГ.

Логика формирования («рождения») технических решений, касающихся устройств, следующая.

Задача: необходимо изменять (уточнять) радиус свободной поверхности жидкости в подвесе. Решение: значит нужно изменять (увеличивать или уменьшать) количество жидкости во внутренней полости поплавковой камеры.

Условие 1: корректировку количества жидкости важно производить, не изменяя при этом объемов (размеров) камер стабилизации плавучести ЧЭ ГДГ и сферической части подвеса, которая уже изменена при регулировке коэффициента перекрестных связей между измерительными каналами ГДГ. Для выполнения этого условия введен дополнительный объем жидкости в виде цилиндрической полости 4, связанной с поплавковой камерой 1 соединительным каналом 14 (в устройстве №2, фиг.4.1). В устройстве №1 этим каналом являются заливочные отверстия 9 (см. фиг.4).

Условие 2: методика корректировки количества жидкости должна быть максимально проста и обеспечивать при этом регулировку количества жидкости (увеличение и уменьшение при необходимости) с минимумом действий исполнителя и получением требуемого результата посредством изменения положения (поворотом или перемещением) регулирующего элемента. Для выполнения данного условия введен регулировочный элемент в виде одного или нескольких аксиально перемещающихся поршней 13 (устройство №2 фиг.4.1). Регулирующим элементом в устройстве №1 (фиг.4) являются порции жидкости, добавляемые или удаляемые из внутренней полости подвеса ЧЭ ГДГ.

Условие 3: методика должна обеспечивать сохранение полученного результата после проведенной «регулировки плавучести» ЧЭ ГДГ. Для выполнения этого условия введен аксиально перемещающийся поршень 12, герметизирующий перепускной канал 14 (устройство №2, фиг.4.1) и металлическая вставка внутри полости 4 радиусом R9. В устройстве №1 эту функцию выполняет исполнитель, удаляя большую часть жидкости из прозрачной насадки 4, и сливная полость 6 (куда стекают остатки жидкости после пр