【摘要】：作為一種高精度、長壽命、低功耗的慣導(dǎo)器件,半球諧振陀螺(HRG)在各種航空航天等戰(zhàn)略性武器當(dāng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。半球諧振子是半球諧振陀螺的核心部件,以其高Q值、低頻差的優(yōu)良特性保證了半球諧振陀螺的工作精度。對諧振子表面金屬化鍍膜是半球諧振子制造的重要工藝環(huán)節(jié)。薄膜殘余應(yīng)力和膜厚均勻性對諧振子的Q值和頻差具有重要影響。本文對半球諧振子表面金屬化鍍膜后薄膜殘余應(yīng)力和膜厚均勻性對諧振子Q值和頻差的影響進(jìn)行了理論研究,發(fā)現(xiàn)不均勻的薄膜會引發(fā)諧振子固有頻率的改變從而增大頻差,薄膜內(nèi)的殘余應(yīng)力使諧振子產(chǎn)生內(nèi)耗從而降低其Q值;研究了薄膜殘余應(yīng)力分類及各類殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)制,對Au與Cr構(gòu)成的雙層薄膜系統(tǒng)的熱應(yīng)力進(jìn)行了理論建模,根據(jù)模型得知各層膜的熱應(yīng)力值與其他膜層無關(guān),且此雙層膜系統(tǒng)的中性軸位于基底距下端自由面2/3基底厚度的位置;模擬了不同基底溫度下的薄膜熱應(yīng)力并確定了基底溫度的最佳理論值,模擬結(jié)果顯示殘余應(yīng)力中的本征應(yīng)力遠(yuǎn)大于熱應(yīng)力;針對超薄薄膜殘余應(yīng)力的非接觸式測量,分別以曲率基片法、X射線常規(guī)法和X射線掠入射法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)Au和Cr材料的延展性使得曲率基片法測得的殘余應(yīng)力值小于其真實(shí)值,X射線常規(guī)法對本課題的薄膜殘余應(yīng)力只能進(jìn)行定性分析,X射線掠入射雖然適合超薄膜的殘余應(yīng)力測試,但其在測量過程中自由度受限導(dǎo)致接收到的薄膜材料衍射峰不完整。本文提出了利用貼片法測量球面膜厚均勻性的工藝,分別利用磁控濺射和電子束蒸發(fā)進(jìn)行了球面金屬化鍍膜實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)電子束蒸發(fā)鍍膜可獲得均勻性較好的球面金屬薄膜;根據(jù)朗伯定律,利用ZEMAX模擬了諧振子球面膜厚分布和均勻性,模擬結(jié)果與膜厚均勻性測試結(jié)果基本一致;分析了諧振子半球在鍍膜過程中的運(yùn)動方式對膜厚分布和均勻性的影響。
【圖文】：

陀螺（HRG）被廣泛應(yīng)用于航空航天等戰(zhàn)略性武器裝備中星飛行器慣性測量、慣性導(dǎo)航制導(dǎo)和姿態(tài)穩(wěn)定控制等單球諧振陀螺這個(gè)概念來源于 19 世紀(jì)末，人們通過記錄敲出，直到 20 世紀(jì)中期才利用這一規(guī)律研制出了慣導(dǎo)器件統(tǒng)要求的提高，這種具有優(yōu)良特性的半球諧振陀螺便應(yīng)運(yùn)值衛(wèi)星和其他航天器的首選傳感器[5]。螺儀相比，半球諧振陀螺無運(yùn)動部件，，其基座旋轉(zhuǎn)情況的徑向駐波進(jìn)動效應(yīng)。由于其沒有運(yùn)動部件和高速轉(zhuǎn)子場不敏感，因此半球諧振陀螺具有可靠性高、體積小、間短、工作溫度范圍大、對線性過載不敏感等優(yōu)點(diǎn)[6]。速的工作特性使其在武器裝備、通信衛(wèi)星、慣船舶等領(lǐng)

諧振子殼體移動，進(jìn)而以此來感測殼體轉(zhuǎn)動的角度或角速度，如圖 1-2 所示。 圖 1-2 半球諧振陀螺哥式效應(yīng)當(dāng) HRG 以這種模式振動時(shí)，它會在殼體振動的一個(gè)周期內(nèi)作出圖 1-3 所示的有規(guī)律的響應(yīng)：首先在第一個(gè)四分之一周期內(nèi)由球形變?yōu)闄E球形，接著在第二個(gè)四分之一周期回到球形，又在第三個(gè)四分之一周期變形為橢球形，但橢圓（在諧振子球殼邊緣處）的半長半短軸會發(fā)生互換，最后在第四個(gè)四分之一周期恢復(fù)到原來的球形[8]。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V241;TJ03;TG174.4

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本文編號：2643805