激光陀螺旋转惯导系统IMU的磁屏蔽设计及优化分析

为了提高激光陀螺旋转惯导系统的环境适应性,需要对惯性测量单元(IMU)进行磁屏蔽设计。对IMU的磁屏蔽效率进行了理论计算和有限元仿真,对磁屏蔽材料的厚度、接缝宽度及接缝处贴片的大小等参数进行了仿真分析。利用赫姆霍兹线圈对IMU进行了磁敏感性测试,实验结果表明:设计的IMU磁屏蔽结构的屏蔽效率在23～30 dB范围内,磁场引起的三个激光陀螺漂移小于0.002°/h/mT,满足高精度单轴旋转惯导系统的实用要求。该方法对旋转惯导系统的结构设计及磁屏蔽设计具有一定的参考意义。     

船体变形测量中激光陀螺误差的抑制机理

针对激光陀螺测量误差对船体自主变形测量精度的影响问题,在角速度匹配方程基础上提出了一种信号同步积分求解变形角的方法。根据船体角运动的周期特性,利用实测船体运动角速度信号产生时序同步信号,并与角速度匹配方程相乘得到新的测量方程,使得包含变形角信息的有用信号通过积分得到增强,而陀螺误差则被调制为随机信号,积分后被抑制,从而提高了测量方程的信噪比。仿真结果表明:当积分时间大于5 min时,变形角测量误差的均方根值(RMS)小于10",且随着积分时间的增加,测量精度将会提高。这种同步积分方法不需要对陀螺误差建模即可实现对船体变形的高精度测量,而且直观地解释了在激光陀螺误差存在条件下自主变形测量误差不随时间发散的原因。     

激光陀螺零偏温度补偿研究

在对某型激光陀螺进行大量高低温环境试验的基础上,根据试验数据,建立了一种零偏温度补偿模型,并用该模型对新测的试验数据进行了预测补偿。补偿结果表明:激光陀螺经该模型补偿后基本上可以将零偏减小一个数量级,并进一步提高了零偏稳定性,完全满足工程上的实时补偿要求。因此,该模型具有很强的工程实用价值。     

温度对四频差动激光陀螺零偏的影响机理

讨论了四频差动激光陀螺温变零偏的产生机理,分析了四频差动激光陀螺工作时的热源及其对陀螺在不同工作阶段的影响,实验证明了温度变化时和频和差频的强烈相关性;通过实验分析了陀螺各部分温度变化对和频和零偏的影响,研究了水晶片在温度变化时的物理性质变化,并定量计算了由其产生的广义法拉第偏频、顺逆时针偏振光差损和左右旋偏振光差损的变化对温变零偏的影响大小,结果表明:顺逆时针偏振光差损和左右旋偏振光差损对和频、差频的不同作用机理使得和频与差频的相关性变差,导致采用以和频为基准对陀螺差频进行补偿的方法具有一定的局限性,从而提出了提高以和频为基准的温补精度的措施。     

激光陀螺电路系统的研制

本文分析了系统各部分的原理，给出了测试结果，介绍了系统特点，实验表明达到了引进系统的精度。     

机抖激光陀螺动力学分析及优化设计

利用有限元分析软件ANSYS,建立了机抖激光陀螺有限元模型并进行了模态分析和随机振动分析,通过与试验结果对比,验证了模型的合理性和精确性,指出了现有结构的薄弱环节。利用灵敏度分析技术分析了安装盒底部、四壁和支柱等几何尺寸和约束位置对机抖激光陀螺固有频率的影响。计算表明:影响固有频率的主要因素是安装盒的支柱高度、底面厚度和约束位置,而安装盒四壁厚度对固有频率影响很小。最后对结构进行了优化设计,优化后结构一阶固有频率提高35.7%,二阶以上固有频率提高63%以上。     

恒速偏频激光陀螺系统静基座初始对准中等效东向陀螺漂移估计

以单轴恒速偏频激光陀螺系统为研究对象,在分析IMU传感器误差的基础上,建立了合理有效的静基座初始对准滤波器模型。针对系统连续旋转运行的特性,提出了简洁适用的滤波器估计误差检验方法,利用自主设计的原理样机验证了恒速偏频技术的实际可行性,对滤波算法进行了实验测试。实验结果表明,初始对准滤波算法能够稳定有效地估计IMU传感器误差,且等效东陀螺漂移估计精度优于0.0004(°)/h,该系统具有很高的工程应用潜力。     

机抖激光陀螺的磁电拾振技术

经分析指出,磁电拾振技术应用在机抖激光陀螺抖动反馈方案中,其工作原理属于速度型传感器,直接反映抖动偏频量。给出了磁电拾振器的误差因素和结构特点,并测试了磁电拾振器方案与压电陶瓷反馈方案的输出特性。对同一机抖陀螺分别使用以上两种抖动反馈方案;在静态测试零偏稳定性、抗振动和冲击能力中,前者皆好于后者。研究表明磁电拾振方案比压电陶瓷反馈或光电反馈方案更适合作为抖动反馈。     

激光陀螺抖动偏频解调与微小角速度检测

—本文讨论了激光陀螺抖动偏频解调与微小角速度检测的主要技术难点。针对难点，在整周期采样解调基础上提出了脉冲边沿触发鉴相解调方案，同时对该方案的合理性进行了详细分析和理论证明。文章最后指出，该方案对大角速度的高精度检测同样适用。     

非共面四频激光陀螺变温零偏周期性波动

非共面四频激光陀螺的零偏随温度周期变化直接影响陀螺性能,提出了一种采用对法拉第旋光元件参数优化有效降低零偏波动幅值的方法。根据非共面四频激光陀螺的振荡光束频率特性,结合腔内旋光元件表面反射光束和散射光束的耦合效应以及旋光元件磁光效应,理论分析确定了导致陀螺变温零偏周期性波动的主要因素。采用对旋光元件楔角、微扰角度以及方位角三项参数的理论计算及仿真分析,确定了参数优化方法和优化验证参数,经验证与理论分析结果一致,有效消除了陀螺变温零偏周期性波动,结合温度补偿模型,实现70°C变温范围内零偏最大变化由1.5(°)/h降低为0.11(°)/h。     

大气呼吸模式激光推进的机理分析及数值模拟

就大气呼吸模式的推进机理作了较为系统的分析和研究,导出了考虑反射面几何约束的冲量及冲量耦合系数的近似解析表达式。在数值模拟方面,采用前期点爆炸自模拟解和后期高分辨率PPM格式相结合的新方法,计算了固定的抛物面反射镜聚焦入射平行激光击穿空气形成的高温等离子体流场及其对反射面产生的推动作用。结果表明,推进效应(飞行器获得的推力、总冲量、冲量耦合系数等)与反射面的几何参数和入射激光强度密切相关。83J的激光单脉冲能量算例得到的冲量耦合系数为246Ns/J,略高于同种工况下W.O.Schall等实验得到的耦合系数。     

磁悬浮灌封胶新配方的研制

针对经高低温循环处理后定子磁芯材料齿根处开裂的技术难题,开展径向悬浮定子组件灌封胶新配方的研制攻关。根据径向悬浮定子组件的结构特点,要求灌封胶既具有良好的韧性,能耐高低温冲击,又要求具有刚性,保证加工精度的要求,这本身就是一对矛盾,是解决问题的关键和难点所在。通过工艺试验,提高环氧树脂灌封胶的综合性能,自主研制出灌封胶新配方,有效解决了定子磁芯高低温处理后自身开裂的问题。现新配方已成功地应用于实际批量生产中,对近二年所有批次采用新配方灌封的径向悬浮定子组件进行全面质量跟踪、计量检测和数据统计,产品的成活率由以前的25%～35%提高到90%以上,有效解决了磁悬浮的生产瓶颈问题,为我所科研生产提供了有效的技术保障。     

Configurational forces in magnetism with application to the dynamics of a small-scale ferromagnetic shape memory cantilever

Received October 11, 2001 / Published online February 4, 2002     

Field-aligned flow of a conducting fluid past a source of magnetism

Summary A prescribed source of magnetism moves at constant speed through a viscous conducting incompressible fluid with an aligned uniform magnetic field. The velocity and magnetic fields induced at a distance from the source are calculated. The induced fields are also calculated for the case in which the applied field is absent. Although no special symmetry or alignment is assumed, the source is ideal in the sense that enclosures (wires or magnets) are infinitesimal in at least two dimensions. Dynamical interactions will occur in a viscous fluid and their effect in the far field is estimated.As a consequence of finite conductivity and viscosity, the usual wakes are present which trail or lead the source depending upon the sign of (1–A ²), where A is the ratio of the source speed to the Alfvén speed in the undisturbed fluid. Outside the wake the total perturbation magnetic field due to the source is the static field plus a monopole field, divided by (1–A ²).An estimate is also made of the rate at which energy is dissipated as a consequence of viscous interactions and ohmic heating throughout the fluid, outside the immediate vicinity of the source.Geo-Astrophysics Laboratory.Plasma Physics Laboratory.     

The double resonances of magnetism and solid coupling of hydroelectric-generator stator system

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＮｏｗａｄａｙｓ,ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｃｏｎｏｍｙ ,ｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅｎｅｒｇｙｒｅｓｏｕｒｃｅｉｓｍｕｃｈｂｉｇｇｅｒｔｈａｎｉｎｔｈｅｐａｓｔｔｉｍｅ .Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｏｗａｒｄｓｔｈｅｌａｒｇｅｓｃａｌｅ.Ｔｈｅｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ＿ｇｅｎｅｒａｔｏｒｉｎＳａｎｘｉａｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｔａｔｉｏｎｂｅｌｏｎｇｓｔｏｌｉｍｉｔｅｄｃａｐａｃｉｔｙｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｕｎｉｔ,ａｎ…     

Finite-memory digital filters to estimate laser gyroscope drifts

An algorithm used in a finite-memory digital filter to estimate the low-frequency component of an output signal error in a laser gyroscope is described. In practice, this error component is called a drift, whereas its slow variation is said to be the drift instability. An important peculiarity of this algorithm is its greater level of high-frequency attenuation compared to the widespread filters based on the arithmetic mean algorithm. The frequency properties of these filters are compared.     

用动态焦散线方法研究圆环在冲击载荷作用下的破坏机理

本文用动态焦散线实验方法并结合理论分析,深入地研究了圆环在冲击载荷作用下的破坏问题。考察了试件的几何尺寸和支承材料对破坏模态及破坏过程的影响。用应力波传播的几何理论(rays-theory)分析了应力波在圆环内部的传播过程,着重分析了圆环中应力波聚焦的现象。理论分析和实验结果在破坏时刻和破坏位置上吻合的很好。     

Mechanism of flow instability and transition to turbulence

In this paper, a new mechanism of flow instability and turbulence transition is proposed for wall bounded shear flows. It is stated that the total energy gradient in the transverse direction and that in the streamwise direction of the main flow dominate the disturbance amplification or decay. Thus, they determine the critical condition of instability initiation and flow transition under given initial disturbance. A new dimensionless parameter K for characterizing flow instability is proposed which is expressed as the ratio of the energy gradients in the two directions for the flow without energy input or output. It is suggested that flow instability should first occur at the position of K_max which may be the most dangerous position. This speculation is confirmed by Nishioka et al.'s experimental data. Comparison with experimental data for plane Poiseuille flow and pipe Poiseuille flow indicates that the proposed idea is really valid. It is found that the turbulence transition takes place at a critical value of K_max of about 385 for both plane Poiseuille flow and pipe Poiseuille flow, below which no turbulence will occur regardless the disturbance. More studies show that the theory is also valid for plane Couette flows which holds a critical value of K_max of about 370.