專利名稱：一種適用于高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)測(cè)量的半捷聯(lián)式結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及慣性導(dǎo)航測(cè)量技術(shù)，具體是一種適用于高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)測(cè)量的半捷聯(lián)式結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
慣性導(dǎo)航是二十世紀(jì)中期發(fā)展起來的自主式導(dǎo)航技術(shù)，這種技術(shù)通過慣性測(cè)量組件(IMU)測(cè)量載體相對(duì)慣性空間的角速率和加速度信息，再利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律推算載體的瞬時(shí)姿態(tài)、速度和位置信息，具有不依賴外界信息、不向外界輻射能量、不受干擾、隱蔽性好等特點(diǎn)；傳統(tǒng)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)分為平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)將慣性測(cè)量裝置安裝在慣性平臺(tái)上，能直接建立導(dǎo)航坐標(biāo)系，計(jì)算量小，容易補(bǔ)償和修正儀表的輸出，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸大，適合用于運(yùn)載火箭的主動(dòng)段和一些航天器上。 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)省去了平臺(tái)，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、維護(hù)方便，但陀螺儀和加速度計(jì)直接裝在飛行體上，工作條件不佳，計(jì)算量大，適合用于空間有限、低成本的環(huán)境中。然而在對(duì)現(xiàn)有許多高速旋轉(zhuǎn)飛行體進(jìn)行姿態(tài)測(cè)量時(shí)，平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)由于體積和成本的局限性難以得到應(yīng)用，而捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在高轉(zhuǎn)速飛行體的測(cè)量中精度很低，因?yàn)闈M足高轉(zhuǎn)速的軸向的大量程陀螺(尤其是MEMS陀螺)精度很低，而且飛行體的高轉(zhuǎn)速通過耦合降低了安裝在徑向的陀螺的測(cè)量精度；因此傳統(tǒng)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)并不適用于高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)測(cè)量，為此有必要發(fā)明一種適用于高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)測(cè)量的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)不適用于高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)測(cè)量的問題，提供了一種適用于高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)測(cè)量的半捷聯(lián)式結(jié)構(gòu)。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種適用于高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)測(cè)量的半捷聯(lián)式結(jié)構(gòu)，包括軸向負(fù)荷承載區(qū)、徑向負(fù)荷承載區(qū)、慣性測(cè)量組合及解算電路區(qū)、質(zhì)量偏置區(qū)、 以及外框架；軸向負(fù)荷承載區(qū)包括第一半球和第二半球；徑向負(fù)荷承載區(qū)包括第一球軸承和第二球軸承；慣性測(cè)量組合及解算電路區(qū)包括前軸、內(nèi)筒、以及后軸；其中，外框架前端設(shè)有外安裝臺(tái)，外框架后端設(shè)有支架；第一半球、第二半球均安裝于外安裝臺(tái)上，且第一半球與第二半球?qū)斀佑|；第一球軸承的外圈安裝于外安裝臺(tái)上，第二球軸承的外圈安裝于支架上；第一球軸承的內(nèi)圈安裝于前軸上，第二球軸承的內(nèi)圈安裝于后軸上；前軸、后軸分別與內(nèi)筒兩端固定，且前軸前端穿過第一球軸承內(nèi)圈與第二半球底部固定；第一半球、第二半球、第一球軸承、第二球軸承、前軸、后軸、內(nèi)筒均位于同一軸線上；質(zhì)量偏置區(qū)安裝于內(nèi)筒下側(cè)部；第一半球底部壓裝有第一壓螺，第二球軸承后部安裝有第二壓螺。工作時(shí)，慣性測(cè)量組合及解算電路區(qū)用來安裝MIMU (微慣性測(cè)量組合)與用來完成姿態(tài)解算及存儲(chǔ)功能的硬件電路等裝置，質(zhì)量偏置區(qū)用來形成相對(duì)于軸心的質(zhì)量偏置，只要質(zhì)量偏置區(qū)的質(zhì)量偏置由于重力作用產(chǎn)生的力矩大于軸承的摩擦力矩，慣性測(cè)量組合及解算電路區(qū)將不隨飛行體一起旋轉(zhuǎn)；當(dāng)飛行體在某些情況下(如炮彈發(fā)射過程中)短時(shí)間內(nèi)受到很大的軸向超載時(shí)，慣性測(cè)量組合及解算電路所受超載主要由軸向負(fù)荷承載區(qū)承載， 當(dāng)軸向超載小到一定程度時(shí)，由于徑向負(fù)荷承載區(qū)與慣性測(cè)量組合及解算電路區(qū)之間通過摩擦力矩很小的球軸承連接，而慣性測(cè)量及解算電路區(qū)的質(zhì)量偏置所提供的力矩大于軸承的摩擦力矩，則慣性測(cè)量組合及解算電路區(qū)將不隨飛行體一起旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了半捷聯(lián)效應(yīng)；與傳統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)相比，本發(fā)明所述的一種適用于高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)測(cè)量的半捷聯(lián)式結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上有了創(chuàng)造性的改變，其實(shí)現(xiàn)了 MIMU (微慣性測(cè)量組合)與高轉(zhuǎn)速環(huán)境隔離， 能夠承受一定的軸向發(fā)射過載，并且能在飛行過程中承受一定的軸向過載的同時(shí)保持半捷聯(lián)效果，由此保證了 MIMU (微慣性測(cè)量組合)完成對(duì)高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)的精確測(cè)量，同時(shí)本發(fā)明所述的一種適用于高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)測(cè)量的半捷聯(lián)式結(jié)構(gòu)具有體積小、成本低的特點(diǎn)，因此其與平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)相比，更加適用于高轉(zhuǎn)速飛行體的姿態(tài)測(cè)量。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了微慣性測(cè)量組合在旋轉(zhuǎn)方向與載體不捷聯(lián)，其它兩個(gè)方向與載體捷聯(lián)，從而有效解決了傳統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)不適用于高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)測(cè)量的問題，適用于高轉(zhuǎn)速飛行體的姿態(tài)測(cè)量。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-第一半球，2-第一壓螺，3-第二半球，4-第一球軸承，5-外安裝臺(tái)，6-前軸，7-內(nèi)筒，8-后軸，9-第二壓螺，10-第二球軸承，11-支架。
具體實(shí)施例方式一種適用于高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)測(cè)量的半捷聯(lián)式結(jié)構(gòu)，包括軸向負(fù)荷承載區(qū)、徑向負(fù)荷承載區(qū)、慣性測(cè)量組合及解算電路區(qū)、質(zhì)量偏置區(qū)、以及外框架；軸向負(fù)荷承載區(qū)包括第一半球1和第二半球3 ；徑向負(fù)荷承載區(qū)包括第一球軸承4和第二球軸承10 ；慣性測(cè)量組合及解算電路區(qū)包括前軸6、內(nèi)筒7、以及后軸8;其中，外框架前端設(shè)有外安裝臺(tái)5，外框架后端設(shè)有支架11 ；第一半球1、第二半球3均安裝于外安裝臺(tái)5上，且第一半球1與第二半球3對(duì)頂接觸；第一球軸承4的外圈安裝于外安裝臺(tái)5上，第二球軸承10的外圈安裝于支架11上；第一球軸承4的內(nèi)圈安裝于前軸6上，第二球軸承10的內(nèi)圈安裝于后軸8上；前軸6、后軸8分別與內(nèi)筒7兩端固定，且前軸6前端穿過第一球軸承4內(nèi)圈與第二半球3底部固定；第一半球1、第二半球3、第一球軸承4、第二球軸承10、前軸6、后軸8、內(nèi)筒7均位于同一軸線上；質(zhì)量偏置區(qū)安裝于內(nèi)筒7下側(cè)部；第一半球1底部壓裝有第一壓螺2，第二球軸承10后部安裝有第二壓螺9 ；
具體實(shí)施時(shí)，第一球軸承、第二球軸承采用SKF角接觸球軸承7200BECBP，7200BECBP的內(nèi)徑為10mm，外徑為30mm，厚度為9mm，其動(dòng)態(tài)額定載荷為7. 02KN,靜態(tài)額定載荷為3. 35KN ； 徑向負(fù)荷承載區(qū)的作用是可以承受高轉(zhuǎn)速飛行體飛行過程中慣性測(cè)量及解算電路區(qū)在徑向產(chǎn)生的負(fù)荷，同時(shí)又不產(chǎn)生大的摩擦力矩，使得摩擦力矩小于慣性測(cè)量組合及質(zhì)量偏置區(qū)的重量產(chǎn)生的力矩；第一半球、第二半球要求表面足夠光滑，并經(jīng)過淬火處理，保證其具有較高的剛度與強(qiáng)度；第一半球、第二半球之間的接觸面積極小，從而在相同的摩擦力下產(chǎn)生的扭矩極?。粦T性測(cè)量組合及解算電路區(qū)設(shè)計(jì)有前蓋、后蓋；前蓋上設(shè)計(jì)有MIMU安裝區(qū)及固定臺(tái)，用來安裝MIMU結(jié)構(gòu)；后蓋上設(shè)計(jì)有電氣連接孔，用于安裝測(cè)試接口 ；內(nèi)筒用來放置解算及存儲(chǔ)硬件電路模塊等；質(zhì)量偏置區(qū)采用鎢或其他密度較大的金屬加工而成；外框架中設(shè)計(jì)有半球安裝區(qū)、角接觸軸承安裝區(qū)、支架安裝區(qū)；外框架采用2A12硬鋁材料加工而成；半捷聯(lián)裝置中其它零件都安裝在外框架中，角接觸軸承安裝區(qū)設(shè)計(jì)成與角接觸軸承過盈配合；支架上設(shè)計(jì)有角接觸軸承安裝區(qū)和壓螺安裝區(qū)，壓螺上設(shè)計(jì)有方便安裝的扳手槽，支架用于支持后面的角接觸球軸承，壓螺的作用則是固定角接觸軸承。
權(quán)利要求
1. 一種適用于高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)測(cè)量的半捷聯(lián)式結(jié)構(gòu)，其特征在于包括軸向負(fù)荷承載區(qū)、徑向負(fù)荷承載區(qū)、慣性測(cè)量組合及解算電路區(qū)、質(zhì)量偏置區(qū)、以及外框架；軸向負(fù)荷承載區(qū)包括第一半球(1)和第二半球(3);徑向負(fù)荷承載區(qū)包括第一球軸承(4)和第二球軸承 (10);慣性測(cè)量組合及解算電路區(qū)包括前軸(6)、內(nèi)筒(7)、以及后軸(8)；其中，外框架前端設(shè)有外安裝臺(tái)(5)，外框架后端設(shè)有支架(11);第一半球(1)、第二半球(3)均安裝于外安裝臺(tái)(5)上，且第一半球(1)與第二半球(3)對(duì)頂接觸；第一球軸承(4)的外圈安裝于外安裝臺(tái)(5)上，第二球軸承(10)的外圈安裝于支架(11)上；第一球軸承(4)的內(nèi)圈安裝于前軸 (6)上，第二球軸承(10)的內(nèi)圈安裝于后軸(8)上；前軸(6)、后軸(8)分別與內(nèi)筒(7)兩端固定，且前軸(6)前端穿過第一球軸承(4)內(nèi)圈與第二半球(3)底部固定；第一半球(1)、第二半球(3)、第一球軸承(4)、第二球軸承(10)、前軸(6)、后軸(8)、內(nèi)筒(7)均位于同一軸線上；質(zhì)量偏置區(qū)安裝于內(nèi)筒(7)下側(cè)部；第一半球(1)底部壓裝有第一壓螺(2)，第二球軸承(10)后部安裝有第二壓螺(9)。
全文摘要
本發(fā)明涉及慣性導(dǎo)航測(cè)量技術(shù)，具體是一種適用于高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)測(cè)量的半捷聯(lián)式結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)不適用于高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)測(cè)量的問題。一種適用于高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)測(cè)量的半捷聯(lián)式結(jié)構(gòu)包括軸向負(fù)荷承載區(qū)、徑向負(fù)荷承載區(qū)、慣性測(cè)量組合及解算電路區(qū)、質(zhì)量偏置區(qū)、以及外框架；軸向負(fù)荷承載區(qū)包括第一半球和第二半球；徑向負(fù)荷承載區(qū)包括第一球軸承和第二球軸承；慣性測(cè)量組合及解算電路區(qū)包括前軸、內(nèi)筒、以及后軸。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了微慣性測(cè)量組合在旋轉(zhuǎn)方向與載體不捷聯(lián)，其它兩個(gè)方向與載體捷聯(lián)，從而有效解決了傳統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)不適用于高轉(zhuǎn)速飛行體姿態(tài)測(cè)量的問題，適用于高轉(zhuǎn)速飛行體的姿態(tài)測(cè)量。
文檔編號(hào)G01C21/16GK102175242SQ20111002547
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者劉俊, 唐軍, 張文棟, 張曉明, 李 杰, 楊衛(wèi), 段曉敏, 石云波, 秦麗, 郭濤, 馬喜宏, 鮑愛達(dá) 申請(qǐng)人:中北大學(xué)