浮球式惯性平台内部流场及力学特性研究

发布时间：2017-09-06 16:45

  本文关键词：浮球式惯性平台内部流场及力学特性研究

  更多相关文章： 浮球式惯性平台 平台流场特性 液体静压支承 粘性摩擦干扰力矩 平台导航性能

【摘要】：浮球式惯性平台是一种新型的无框架平台式惯性测量系统,浮球平台利用浮球代替框架系统,有利于提高惯性测量组合的测量精度和对恶劣动态环境的适应能力。我国在精密制造、电路设计等方面取得巨大进步,已具备开展浮球平台研制的能力。本文研究了浮球平台的流场和力学特性,以期为浮球平台的研制工作打下坚实基础。本文的主要工作包括以下几个方面:1.浮球平台流场为封闭流场并呈现出多入口多出口的特性,根据浮球平台的流场结构,选取合适的流场计算区域并进行网格划分,利用计算流体力学的方法对浮球平台悬浮液的流动进行仿真计算,得到流场的压力分布和速度矢量分布。流场压力分布表明悬浮垫对内球体起主要的液体静压支承作用;外球壳不同转速下,内球体所受流场干扰力矩远小于外球壳所受干扰力矩,表明悬浮液对载体角运动运动具有隔离作用。2.针对悬浮垫球面液压支承力作用,根据液体静压支承原理,分析了悬浮垫液压支承的承载能力、液膜刚度和阻尼特性,建立了悬浮垫液压支承力模型。根据内球体上悬浮垫的位置分布及悬浮垫液压支承力模型,建立载体加速运动下内球体动力学模型,仿真分析了过载大小、过载方向、悬浮液流量、悬浮垫初始间隙及不同过载激励对内球体运动的影响。分析结果表明,这些因素影响内球体在外球壳内的偏心距和振动稳定时间。3.研究了浮球平台内球体受到的粘性力矩。首先根据瑞利准则判断外球壳转动引起的悬浮液流动为稳定流动。在此基础上,根据同心球面间的流动特性建立了外球壳转动下光滑内球体所受粘性力矩模型,基于流体静压润滑理论推导了适用于悬浮垫的柱坐标形式雷诺方程,并结合内球体悬浮垫与外球壳转轴的几何关系,建立了外球壳转动时悬浮垫所受粘性力矩的模型。对比模型计算值与CFD计算值和实验值表明,粘性力矩模型计算值与CFD计算值和实验值存在差别,但均属同一数量级,可为浮球平台稳定控制的设计提供参考。4.基于浮球平台的液压支承系统,推导了发射惯性系下浮球平台的导航解算方程,经积分计算后,得到加速度,速度及位移的解算值。对比解算值和实际值可得,根据内球体感应出的加速度的解算值与真实值的误差很小,因此内球体在悬浮垫液压支承下能够精确地、实时地测量载体过载,能够满足惯性导航系统精度要求。
【关键词】：浮球式惯性平台 平台流场特性 液体静压支承 粘性摩擦干扰力矩 平台导航性能
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O35;TH137
【目录】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-19
• 1.2.1 国内外浮球式惯性平台系统研究现状13-15
• 1.2.2 国内外浮球式惯性平台关键技术研究现状15-19
• 1.3 论文主要研究工作19-21
• 第二章 浮球式惯性平台的结构与流场特性21-42
• 2.1 浮球式惯性平台的工作原理21-26
• 2.1.1 台体支承及载体加速度测量机理21-22
• 2.1.2 台体稳定及载体姿态测量机理22-24
• 2.1.3 电气系统设计24-25
• 2.1.4 温控系统设计25-26
• 2.2 浮球式惯性平台结构特性26-28
• 2.2.1 外球壳各部件的位置分布及作用26
• 2.2.2 内球体各部件的位置分布及作用26-28
• 2.3 浮球式惯性平台的流场特性28-41
• 2.3.1 计算流体力学概述28-31
• 2.3.2 计算流体力学在浮球式惯性平台中的应用31-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第三章 内球体液体静压支承性能研究42-66
• 3.1 悬浮垫液压支承性能分析42-47
• 3.1.1 悬浮垫承载能力42-45
• 3.1.2 悬浮垫液膜刚度45-46
• 3.1.3 悬浮垫液膜挤压阻尼效应46-47
• 3.2 浮球式惯性平台液压支承力模型47-51
• 3.2.1 液压支承的几何模型47-50
• 3.2.2 液压支承动力学模型50-51
• 3.3 仿真分析51-65
• 3.3.1 悬浮液流量52-55
• 3.3.2 过载大小及方向55-59
• 3.3.3 初始支承间隙59
• 3.3.4 液压支承的动态特性59-65
• 3.4 本章小结65-66
• 第四章 内球体所受液体干扰力矩研究66-80
• 4.1 流体润滑理论概述66-71
• 4.1.1 流体动压润滑66
• 4.1.2 流体静压润滑66-67
• 4.1.3 雷诺方程67-71
• 4.2 流动稳定性分析71-72
• 4.2.1 内部流动稳定性71
• 4.2.2 瑞利准则71-72
• 4.3 载体转动引起的流体粘性力矩72-77
• 4.3.1 光滑内球体受到的粘性力矩72-73
• 4.3.2 悬浮垫受到的粘性力矩73-77
• 4.4 仿真分析77-79
• 4.5 本章小结79-80
• 第五章 浮球式惯性平台系统导航性能分析80-88
• 5.1 惯性导航系统导航解算基本方程80-81
• 5.2 浮球式惯性平台导航解算方案研究81-83
• 5.2.1 平台惯导系统导航解算方案82
• 5.2.2 发射惯性系下的导航解算方案82-83
• 5.3 仿真与分析83-87
• 5.4 本章小结87-88
• 第六章 总结与展望88-90
• 6.1 工作总结88-89
• 6.2 研究展望89-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-95
• 作者在学期间取得的学术成果95

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本文编号：804282