单轴旋转式惯导系统模态仿真的研究

发布时间：2020-09-14 10:34

　　旋转式惯性导航系统是旋转调制补偿技术应用于捷联惯导系统而发展形成的,它可以在系统成本增加有限的情况下大幅度地提高惯导系统的精度。在结构层面,旋转式惯导系统相较捷联惯导系统多了一个旋转机构,结构会相应地动刚度变差,环境动态适应能力降低,不适应惯导系统小型化轻量化的发展趋势。模态分析是处理振动问题的重要手段,围绕其开展的各种动态设计理论是结构设计的重要基础。在单轴旋转式惯性导航系统单轴旋转调制惯性导航系统的结构设计中进行振动模态分析,有助于了解系统结构的振动特性和可能的变形方式,判断结构的性能缺陷和振动风险,并可以进一步开展优化设计,探寻最佳设计方案,以最大可能地实现系统动态适应能力的优化、满足小型化轻量化设计的需求。单轴旋转式激光陀螺惯导系统是双滚动轴承支承的旋转机械,连接状态复杂,结构中存在的非线性因素相互耦合,模态特性复杂,仿真建模难度大。本文基于模态理论、转子动力学理论,探讨单轴旋转式惯导系统一阶模态的高精度、高效率模态仿真方法,为后续围绕模态特性开展优化设计和动态设计奠定了坚实基础。首先设计系统整机的模态试验,将获取的系统模态试验值作为模态仿真结果正确性的评判标杆。其次,根据单轴旋转式激光陀螺惯导系统的结构特点,探讨单轴旋转式惯导系统有限元模型创建的难点,并对模态仿真的误差进行了探讨,确定了需要重点探究的方向。然后,开展单轴旋转式激光陀螺惯导系统一阶模态的高可信度、高效率的模态仿真研究。通过三种仿真方案的对比,将研究对象从支撑结构部分逐步延展到滚动轴承和旋转部件上。并就结构合理等效简化、轴承的等效建模方法、如何合理引入转子动力学以表征旋转力学行为、如何保证边界条件接近真实情况以及轴承刚度非线性的影响等五个方面的内容进行了探究。最终确定的弹性元件模拟轴承的转子动力学仿真方案的仿真结果与试验值十分靠近,偏差小于3Hz,符合度优于90%。最后根据高可信度的模态仿真分析结果研究单轴旋转式惯导系统的模态特性。对系统进行部件分解,分别对支撑结构和旋转部件进行部件级模态仿真计算,了解各组部件的固有刚度特性,同时对两者的耦合关系进行分析。据此辨识出系统结构的薄弱环节,,并明确了未来单轴旋转系统结构优化的方向。
【学位单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN96
【部分图文】：

惯导系统,旋转式,工作原理图

图 1-1 旋转式惯导系统工作原理图题背景和意义式惯导系统一经问世，以其低成本、易实现、高精度、高可靠性的特导航技术研究机构的关注和青睐。目前，旋转式惯导系统先后发展形成三轴的三种方案。作为国内主要的惯性导航技术研究所，我所也逐步系统的研制工作，研制开发了多款单轴旋转惯导系统和双轴旋转惯导系式惯导系统的研制需要不断研究和解决诸多技术难点和重点。旋转式导系统面临着一些共性技术难点，如惯性仪表技术、惯性器件标定与始对准技术以及姿态更新技术等是。另一方面，旋转式惯导系统又有系统，原理上和结构上具有一些新的特点，有其特有的技术重点和技面，旋转式惯导系统面临的技术难题可以概括为以下两点[11]：

激光陀螺,惯导系统,旋转式,单轴

系统结构一阶模态的高可信度、高效率仿国内外研究现状perry 公司提出利用激光陀螺研制长时航海制了单轴旋转式惯导系统[3]，并进行了相案来补偿激光陀螺的漂移。由于磁镜偏频技术，成功研制了机抖激光陀螺单轴旋转Mod3C 单轴旋转式导航系统，随后又在 M轴旋转惯导系统。这两种型号的产品性能优旋转式惯导系统[4]。

惯导系统,激光陀螺,旋转式,双轴

3 MK49 双轴旋转式激光陀螺惯导系统式惯导系统的研制和生产过程中用到光纤陀螺捷联惯导系统。20务，并于 2004 年初完成测试和研制，2009 年第一套正式装船的能够抵消惯性器件所有相关误差

【参考文献】