本文關(guān)鍵詞：浮球式慣性平臺內(nèi)部流場及力學(xué)特性研究

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【摘要】：浮球式慣性平臺是一種新型的無框架平臺式慣性測量系統(tǒng),浮球平臺利用浮球代替框架系統(tǒng),有利于提高慣性測量組合的測量精度和對惡劣動態(tài)環(huán)境的適應(yīng)能力。我國在精密制造、電路設(shè)計等方面取得巨大進步,已具備開展浮球平臺研制的能力。本文研究了浮球平臺的流場和力學(xué)特性,以期為浮球平臺的研制工作打下堅實基礎(chǔ)。本文的主要工作包括以下幾個方面:1.浮球平臺流場為封閉流場并呈現(xiàn)出多入口多出口的特性,根據(jù)浮球平臺的流場結(jié)構(gòu),選取合適的流場計算區(qū)域并進行網(wǎng)格劃分,利用計算流體力學(xué)的方法對浮球平臺懸浮液的流動進行仿真計算,得到流場的壓力分布和速度矢量分布。流場壓力分布表明懸浮墊對內(nèi)球體起主要的液體靜壓支承作用;外球殼不同轉(zhuǎn)速下,內(nèi)球體所受流場干擾力矩遠小于外球殼所受干擾力矩,表明懸浮液對載體角運動運動具有隔離作用。2.針對懸浮墊球面液壓支承力作用,根據(jù)液體靜壓支承原理,分析了懸浮墊液壓支承的承載能力、液膜剛度和阻尼特性,建立了懸浮墊液壓支承力模型。根據(jù)內(nèi)球體上懸浮墊的位置分布及懸浮墊液壓支承力模型,建立載體加速運動下內(nèi)球體動力學(xué)模型,仿真分析了過載大小、過載方向、懸浮液流量、懸浮墊初始間隙及不同過載激勵對內(nèi)球體運動的影響。分析結(jié)果表明,這些因素影響內(nèi)球體在外球殼內(nèi)的偏心距和振動穩(wěn)定時間。3.研究了浮球平臺內(nèi)球體受到的粘性力矩。首先根據(jù)瑞利準(zhǔn)則判斷外球殼轉(zhuǎn)動引起的懸浮液流動為穩(wěn)定流動。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)同心球面間的流動特性建立了外球殼轉(zhuǎn)動下光滑內(nèi)球體所受粘性力矩模型,基于流體靜壓潤滑理論推導(dǎo)了適用于懸浮墊的柱坐標(biāo)形式雷諾方程,并結(jié)合內(nèi)球體懸浮墊與外球殼轉(zhuǎn)軸的幾何關(guān)系,建立了外球殼轉(zhuǎn)動時懸浮墊所受粘性力矩的模型。對比模型計算值與CFD計算值和實驗值表明,粘性力矩模型計算值與CFD計算值和實驗值存在差別,但均屬同一數(shù)量級,可為浮球平臺穩(wěn)定控制的設(shè)計提供參考。4.基于浮球平臺的液壓支承系統(tǒng),推導(dǎo)了發(fā)射慣性系下浮球平臺的導(dǎo)航解算方程,經(jīng)積分計算后,得到加速度,速度及位移的解算值。對比解算值和實際值可得,根據(jù)內(nèi)球體感應(yīng)出的加速度的解算值與真實值的誤差很小,因此內(nèi)球體在懸浮墊液壓支承下能夠精確地、實時地測量載體過載,能夠滿足慣性導(dǎo)航系統(tǒng)精度要求。
【關(guān)鍵詞】：浮球式慣性平臺 平臺流場特性 液體靜壓支承 粘性摩擦干擾力矩 平臺導(dǎo)航性能
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：O35;TH137
【目錄】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-19
• 1.2.1 國內(nèi)外浮球式慣性平臺系統(tǒng)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 國內(nèi)外浮球式慣性平臺關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀15-19
• 1.3 論文主要研究工作19-21
• 第二章 浮球式慣性平臺的結(jié)構(gòu)與流場特性21-42
• 2.1 浮球式慣性平臺的工作原理21-26
• 2.1.1 臺體支承及載體加速度測量機理21-22
• 2.1.2 臺體穩(wěn)定及載體姿態(tài)測量機理22-24
• 2.1.3 電氣系統(tǒng)設(shè)計24-25
• 2.1.4 溫控系統(tǒng)設(shè)計25-26
• 2.2 浮球式慣性平臺結(jié)構(gòu)特性26-28
• 2.2.1 外球殼各部件的位置分布及作用26
• 2.2.2 內(nèi)球體各部件的位置分布及作用26-28
• 2.3 浮球式慣性平臺的流場特性28-41
• 2.3.1 計算流體力學(xué)概述28-31
• 2.3.2 計算流體力學(xué)在浮球式慣性平臺中的應(yīng)用31-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 第三章 內(nèi)球體液體靜壓支承性能研究42-66
• 3.1 懸浮墊液壓支承性能分析42-47
• 3.1.1 懸浮墊承載能力42-45
• 3.1.2 懸浮墊液膜剛度45-46
• 3.1.3 懸浮墊液膜擠壓阻尼效應(yīng)46-47
• 3.2 浮球式慣性平臺液壓支承力模型47-51
• 3.2.1 液壓支承的幾何模型47-50
• 3.2.2 液壓支承動力學(xué)模型50-51
• 3.3 仿真分析51-65
• 3.3.1 懸浮液流量52-55
• 3.3.2 過載大小及方向55-59
• 3.3.3 初始支承間隙59
• 3.3.4 液壓支承的動態(tài)特性59-65
• 3.4 本章小結(jié)65-66
• 第四章 內(nèi)球體所受液體干擾力矩研究66-80
• 4.1 流體潤滑理論概述66-71
• 4.1.1 流體動壓潤滑66
• 4.1.2 流體靜壓潤滑66-67
• 4.1.3 雷諾方程67-71
• 4.2 流動穩(wěn)定性分析71-72
• 4.2.1 內(nèi)部流動穩(wěn)定性71
• 4.2.2 瑞利準(zhǔn)則71-72
• 4.3 載體轉(zhuǎn)動引起的流體粘性力矩72-77
• 4.3.1 光滑內(nèi)球體受到的粘性力矩72-73
• 4.3.2 懸浮墊受到的粘性力矩73-77
• 4.4 仿真分析77-79
• 4.5 本章小結(jié)79-80
• 第五章 浮球式慣性平臺系統(tǒng)導(dǎo)航性能分析80-88
• 5.1 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航解算基本方程80-81
• 5.2 浮球式慣性平臺導(dǎo)航解算方案研究81-83
• 5.2.1 平臺慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航解算方案82
• 5.2.2 發(fā)射慣性系下的導(dǎo)航解算方案82-83
• 5.3 仿真與分析83-87
• 5.4 本章小結(jié)87-88
• 第六章 總結(jié)與展望88-90
• 6.1 工作總結(jié)88-89
• 6.2 研究展望89-90
• 致謝90-91
• 參考文獻91-95
• 作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果95

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本文編號：804282