Войти
Гироскоп с полусферическим резонатором (HRG) The Гироскоп с полусферическим резонатором (HRG), также называемый стеклянным гироскопом или гироскопом-грибом, представляет собой компактный, малошумный, высокопроизводительный датчик угловой скорости или вращения. HRG изготовлен из тонкой твердотельной полусферической оболочки, закрепленной на толстой ножке. Эта оболочка приводится в изгибный резонанс электростатическими силами, создаваемыми электродами, которые наносятся непосредственно на отдельные структуры из плавленого кварца, которые окружают оболочку. Гироскопический эффект достигается за счет инерционности изгибных стоячих волн. Хотя HRG является механической системой, у нее нет движущихся частей, и она может быть очень компактной.
В HRG используется небольшая тонкая твердотельная полусферическая оболочка, закрепленная толстым штоком. Эта оболочка приводится в резонанс изгиба за счет специальных электростатических сил, создаваемых электродами, которые наносятся непосредственно на отдельные структуры из плавленого кварца, которые окружают оболочку.
Для цельной конструкции (т. Е. Полусферическая оболочка и шток образуют монолитную деталь) из плавленого кварца высокой чистоты , можно достичь Q- фактор превышает 30-50 миллионов в вакууме, поэтому соответствующие случайные блуждания крайне низки. Q-фактор ограничен покрытием (очень тонкая пленка золота или платины) и потерями в приспособлении. Такие резонаторы должны быть точно настроены с помощью ионно-лучевой микроэрозии стекла или лазерной абляции, чтобы они были идеально динамически сбалансированы. После нанесения покрытия, настройки и сборки внутри корпуса добротность остается более 10 миллионов.
В приложении к оболочке HRG силы Кориолиса вызывают прецессию моделей вибрации вокруг оси вращения. Это вызывает медленную прецессию стоячей волны вокруг этой оси с угловой скоростью, отличной от входной. Это эффект волновой инерции, открытый в 1890 году британским ученым Джорджем Хартли Брайаном (1864–1928). Следовательно, при вращении вокруг оси симметрии оболочки стоячая волна не вращается точно вместе с оболочкой, но разница между обоими поворотами, тем не менее, полностью пропорциональна входному вращению. После этого устройство может определять вращение.
Электроника, улавливающая стоячие волны, также способна управлять ими. Следовательно, гироскопы могут работать либо в «режиме полного угла», который определяет положение стоячих волн, либо в «режиме восстановления баланса сил», который удерживает стоячую волну в фиксированной ориентации относительно гироскопа.
Первоначально использовавшаяся в космических приложениях (системы ориентации и управления орбитой космических аппаратов), HRG теперь используется в усовершенствованной инерциальной навигационной системе, в системе координат и курса и гирокомпасе.
HRG чрезвычайно надежен благодаря своей очень простой аппаратной части (два или три куска плавленого кварца с механической обработкой). В нем нет движущихся частей; его сердцевина состоит из монолитной части, включающей полусферическую оболочку и ствол. Они продемонстрировали выдающуюся надежность с момента их первого использования в 1996 году на космическом корабле NEAR_Shoemaker.
HRG отличается высокой точностью и нечувствителен к внешним воздействиям окружающей среды. Резонирующий корпус весит всего несколько граммов и идеально сбалансирован, что делает его нечувствительным к вибрациям, ускорениям и ударам.
HRG демонстрирует превосходные характеристики SWAP (размер, вес и мощность) по сравнению с другими технологиями гироскопов.
HRG не генерирует ни акустического, ни излучаемого шума, поскольку резонирующая оболочка идеально сбалансирована и работает в вакууме.
Материал резонатора, плавленый кварц, естественно, устойчив к излучению в любой космической среде. Это придает резонатору HRG внутреннюю невосприимчивость к вредному воздействию космического излучения.
Благодаря чрезвычайно высокой добротности резонирующей оболочки, HRG имеет сверхмалое случайное блуждание по углам и чрезвычайно низкое рассеивание мощности.
HRG, в отличие от оптических гироскопов (FOG и RLG ), имеет инерциальную память: на случай отключения питания на короткий период времени (обычно несколько секунд), чувствительный элемент интегрирует входное движение (угловую скорость), так что, когда мощность возвращается, HRG сигнализирует угол поворота в интервале потери мощности.
HRG - это высокотехнологичное устройство, которое требует сложных производственных инструментов и процессов. Управляющая электроника, необходимая для распознавания стоячих волн и управления ими, довольно сложна. Такой высокий уровень сложности сильно ограничивает распространение этой технологии, и лишь немногие компании смогли ее разработать. На данный момент только три компании производят HRG серийно: Northrop Grumman Corporation, Safran и Raytheon Anschutz.
Классический HRG относительно дорог из-за стоимости прецизионных шлифованных и полированных полых кварцевых полусфер. Эти производственные затраты ограничивают его использование приложениями с высокой добавленной стоимостью, такими как спутники и космические корабли. Тем не менее производственные затраты могут быть значительно сокращены за счет изменений конструкции и технического контроля. Вместо того, чтобы накладывать электроды на внутреннюю полусферу, которая должна идеально соответствовать форме внешней резонирующей полусферы, электроды накладываются на плоскую пластину, которая соответствует экваториальному плану резонирующей полусферы. В такой конфигурации HRG становится очень рентабельным и хорошо подходит для высококачественных, но чувствительных к стоимости приложений.
