Двокільцевий динамічно настроюваний гравіметр авіаційної гравіметричної системи - Автореферат

Таким чином, ефективність роботи АГС значною мірою забезпечується вибором чутливого елемента системи - гравіметра. Тому актуальним є дослідження нового двокільцевого динамічно настроюваного гравіметра (ДГ), який має менші габарити, ніж гіроскопічний вимірювач прискорень, точність та швидкодію більші, ніж у ГВП та ГД. Дослідження та розробки, узагальнені в дисертації, виконувались в процесі дослідження нового двокільцевого динамічно настроюваного гравіметра в рамках відповідних науково-дослідних робіт між кафедрою автоматизації і компютеризованих технологій та Міністерством освіти і науки України: - № 2638ф „Узагальнення та розвиток теорії та експериментальних основ створення гравіметричних засобів вимірювання з динамічним настроюванням” (номер держ. реєстрації 0103U000237); отримати рівняння руху нового двокільцевого динамічно настроюваного гравіметра у загальному випадку руху основи та дослідити стійкість і передатну функцію нового ДГ; В процесі виконання роботи отримано такі наукові результати: - створено наукові засади використання двокільцевого динамічно настроюваного гравіметра в складі авіаційної гравіметричної системи;Розроблено функціональну схему АГС з новим ДГ та отримано рівняння руху АГС з новим ДГ: (1) новий ДГ АГС має такі переваги перед відомими сильно демпфіруваним (типу ГАЛ-С) і струнним (типу ГС) гравіметрами: у ДГ більша швидкодія, порівняно з ГАЛ-С, на роботу ДГ не впливають резонанси, на відміну від ГС, на ДГ не впливають "перехресні" горизонтальні прискорення; новий ДГ має набагато менші динамічні похибки, ніж ГС і ГАЛ-С; Обчислено максимальні значення похибок вимірювання параметрів нового ДГ АГС: шляхова швидкість v - 0,05 м/с, курс k - 1,43 кут. хв., географічна широта - 0,5 кут. хв., висота h - 3,3 м, вертикальна швидкість - 0.5 м/с, вертикальне прискорення - 1 м/с, шлях s - 1,5 м, похибка стабілізації осі чутливості гравіметра АГС - 5 кут. хв. Показано, що похибки від перехресних прискорень і , a також від кутових швидкостей і прискорень , , , можуть бути відфільтровані, тому що змінюються з частотою по відношенню до корисного сигналу. При досліджені динамічних похибок показано, що найбільших значень похибка досягає на частотах збурень, близьких до частоти власних коливань гравіметра і на низьких частотах, а з ростом амплітудних значень похибка тільки збільшується і досягає значних величин при частотах, близьких .Викладені в дисертаційній роботі дослідження дозволили вирішити актуальну і складну науково-технічну задачу, що має важливе народногосподарське значення, - підвищити точність і швидкодію авіаційної гравіметричної системи з використанням двокільцевого динамічно настроюваного гравіметра. Виявлено головні переваги ДГ з внутрішнім кардановим підвісом і динамічним настроюванням: більш раціональні використання обсягу гравіметра з триступеневим підвісом і усунення моменту сил сухого тертя шляхом використання пружного підвісу. Показано, що, на відміну од відомих, така схема гравіметра дозволяє, завдяки можливості здійснення динамічної настройки, отримати більший коефіцієнт передачі і знизити поріг чутливості при більш високій швидкодії, а також - відділити корисний сигнал від сигналу перешкод. Запропоновано і досліджено нову схему АГС з ДГ, захищену патентом України на винахід, яка відрізняється од відомих тим, що забезпечує вищу точність вимірювань за рахунок використання уточненого алгоритму роботи, а також нового ДГ більш високої точності, ніж відомі, підключеного до ЦОМ поряд із системою визначення навігаційних параметрів і вимірювачем висоти. Показано, що фільтр усуває у вихідному сигналі гравіметра всі компоненті збурень, переважна частота яких перевищує 0,1 рад/с: поступальні віброприскорення, з переважною частотою 3140 рад/с=500 Гц, кутові віброприскорення, з переважною частотою, що дорівнює частоті власних коливань гравіметра АГС 20 рад/с (випадок головного резонанса), кутові віброприскорення, з частотою 40 рад/с і 60 рад/с (коливання на обертоні), кутові віброприскорення, з частотою 6,7 і 10 рад/с (субгармонійні коливання) та інші кутові віброприскорення, частота яких перевищує 0,1 рад/с.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Викладені в дисертаційній роботі дослідження дозволили вирішити актуальну і складну науково-технічну задачу, що має важливе народногосподарське значення, - підвищити точність і швидкодію авіаційної гравіметричної системи з використанням двокільцевого динамічно настроюваного гравіметра. Здобуто такі нові результати: 1. Розвинене й узагальнено теорію побудови АГС з новим ДГ, захищеним патентом України на винахід.

Виявлено головні переваги ДГ з внутрішнім кардановим підвісом і динамічним настроюванням: більш раціональні використання обсягу гравіметра з триступеневим підвісом і усунення моменту сил сухого тертя шляхом використання пружного підвісу. Запропоновано принципову схему нового ДГ. Показано, що, на відміну од відомих, така схема гравіметра дозволяє, завдяки можливості здійснення динамічної настройки, отримати більший коефіцієнт передачі і знизити поріг чутливості при більш високій швидкодії, а також - відділити корисний сигнал від сигналу перешкод.

2. Запропоновано і досліджено нову схему АГС з ДГ, захищену патентом України на винахід, яка відрізняється од відомих тим, що забезпечує вищу точність вимірювань за рахунок використання уточненого алгоритму роботи, а також нового ДГ більш високої точності, ніж відомі, підключеного до ЦОМ поряд із системою визначення навігаційних параметрів і вимірювачем висоти.

3. Складено уточнену математичну модель нового ДГ. Проведено аналіз статичних та динамічних похибок ДГ з врахуванням специфіки застосування гравіметра у складі АГС. Результати аналізу представлено у вигляді таблиць і графіків.

4. Розроблено алгоритм, проведено дослідження на ЦОМ поведінки ДГ для найбільш несприятливих резонансних режимів та для різних співвідношень значень збурюючи факторів і власних параметрів гравіметра. Показано, що вихідний сигнал ДГ - складні коливання, виникаючі при накладенні коливань з частотою збурень на коливання з частотою обертання ротора. При цьому збурення гармонійного характеру викликають появу постійної складової у вихідному сигналі. Підтверджено висновки, зроблені при аналітичному дослідженні поведінки ДГ: найбільш небезпечним з точки зору виникнення резонансу є випадок співпадіння частоти збурень з частотою власних коливань і частотою обертання ротора при малих значеннях коефіцієнта демпфірування.

5. Розглянуто задачу фільтрації вихідної інформації гравіметра АГС. Представлено аналітичні вирази і побудовано графіки зміни спектральних цільностей аномалій прискорення сили ваги і вертикального прискорення літака. Визначено, що переважна частота становить 0,00175 рад/с, переважна частота становить 0,268 рад/с. Криві спектральних густий перетинаються у одній точці = 0,1 рад/с. Якщо через низькочастотний фільтр з частотою зрізу 0,1 рад/с пропускати сигнал:

То на виході такого фільтра буде корисний сигнал . Показано, що фільтр усуває у вихідному сигналі гравіметра всі компоненті збурень, переважна частота яких перевищує 0,1 рад/с: поступальні віброприскорення, з переважною частотою 3140 рад/с=500 Гц, кутові віброприскорення, з переважною частотою, що дорівнює частоті власних коливань гравіметра АГС 20 рад/с (випадок головного резонанса), кутові віброприскорення, з частотою 40 рад/с і 60 рад/с (коливання на обертоні), кутові віброприскорення, з частотою 6,7 і 10 рад/с (субгармонійні коливання) та інші кутові віброприскорення, частота яких перевищує 0,1 рад/с. Фільтр усуває похибки від поступальних коливань - 50 МГЛ, від кутових - 1 МГЛ, від вертикального прискорення - 1,4-10 МГЛ, інструментальні похибки - 4 МГЛ.

6. Виконано експериментальні дослідження. Створено динамічний моделюючий комплекс та макет нового ДГ і проведено його іспити. Складено робоче рівняння для вимірювання за допомогою ДГ АГС аномалій прискорення сили тяжіння. Наведено склад обладнання, необхідного для проведення авіаційних гравітаційних вимірювань. Практично підтверджено основні висновки, сформульовані при теоретичних дослідженнях. Отримано величину середньо квадратичної похибки вимірювань 1 МГЛ. Обґрунтовано можливість практичної реалізації ДГ і доцільність його застосування в складі АГС. Достовірність отриманих результатів підтверджено математичним моделюванням на ЦОМ і експериментально.

7. Вирішено задачу підвищення точності і швидкодії АГС з новим ДГ більше, ніж у пять разів шляхом: авіаційний двокільцевий гравіметр

- використання уточненої математичної моделі АГС, що відрізняється додатковими поправками і дає змогу здійснювати автоматичну компенсацію відцентрових, коріолісових та інших прискорень безпосередньо під час польоту літака;

- додержання розроблених методики і вимог до умов польоту;

- використання запропонованого і дослідженого нового ДГ більшої точності, ніж відомі;

- використання фільтрації та алгоритмічної компенсації похибок ДГ АГС.

1. Безвесільна О.М., Коробійчук І.В. Динамічні похибки динамічно настроюваного гравіметра // Вісник ЖДТУ / Технічні науки. - 2006. - №1 (36). - С. 32-37.

2. Безвесільна О.М., Коробійчук І.В. Сучасні тенденції розвитку авіаційних гравіметрів. - 2006. - Ѕ (19). - С. 137-139.

3. Коробійчук І.В. Рівняння руху нового двокільцевого динамічно настроюваного гравиметра//Вісник ЖДТУ/ Технічні науки. - 2006. - №3 (37). - С. 84-93.

4. Коробійчук І.В. Оцінка стану гірогравіметра вимірювальної гравіметричної системи з цифровою обробкою інформації//Вісник ЖДТУ / Технічні науки. - 2006. - №4 (39). - С. 133-143.

5. Безвесільна О.М., Коробійчук І.В. Експериментальні дослідження нового двокільцевого динамічно настроюваного гравіметра//Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - Хмельницький: Редакція журналу ВОТТП. -2006. - №1. - С. 21-26.

6. Коробійчук І.В. Моделювання нового двокільцевого динамічно настроюваного гравіметра на ЦОМ//Вісник ЖДТУ/ Технічні науки. -2007. - №1 (40). - С. 127-139.

7. Безвесільна О.М., Коробійчук І.В. Динамічна настройка нового двокільцевого динамічно настроюваного гравіметра // Восточноевропейский журнал передових технологий / Технічні науки. - 2007. - 3/2 (27). - С.66-69.

8. Безвесільна О.М., Коробійчук І.В., Нечай С.О., Подчашинський Ю.О. Гравіметр. // Деклараційний патент на винахід №78620. Заявка №а200505440 на винахід. - 2005.

9. Безвесільна О.М., Коробійчук І.В. Розробка динамічно настроюваного гравіметра // Матеріали ХХХ наукової конференції, присвяченої 45-ій річниці Житомирського державного технологічного університету. - Житомир. - 2005. - С. 3.

10. Безвесільна О.М., Коробійчук І.В. Динамічно настроюваний гіроскоп для використання в якості гравіметра // Матеріали четвертої науково-технічної конференції „Приладобудування 2005: стан і перспективи”. - Київ. - 2005. - С. 134-135.

11. Коробійчук І.В. Оцінка стану гірогравіметра з цифровою обробкою інформації // Матеріали ХХХІ науково-практичної міжвузівської конференції, присвяченої 46-ій річниці Житомирського державного технологічного університету. - Житомир. - 2006. - С. 37.

12. Безвесільна О.М., Киричук Ю.В., Коробійчук І.В., Маркін М.О., Курята С.В. Новий високоточний кутовимірювальний пристрій для попередньої виставки ДНГ // Матеріали пятої науково-технічної конференції „Приладобудування 2006: стан і перспективи”. - Київ. - 2006. - С.154.

13. Коробійчук І.В. Математична модель авіаційного гравіметра на базі двокільцевого динамічно настроюваного гіроскопа // Всеукраїнська наукова конференція студентів, аспірантів та молодих вчених „Інтелектуальний потенціал молоді в науці та практиці”. - Хмельницький. - 2006. - С. 45.

14. Bezvesilna E., Korobijchuk I. The equation of movement doublering dynamically adjusted gravimeter // Proceeding International Scientific Conference MECHANICS 2006 / Scientific Bulleting of Rzeszow University of Technology №231. - 2006. - P. 23-27.

15. Коробійчук І.В. Оцінка стану гірогравіметра АГС з цифровою обробкою інформації // Матеріали ІІІ Міжнародної науково-технічної конференції „Інформаційно-компютерні технології 2006”. - Житомир. - 2006. - С. 133.

16. Безвесільна О.М., Коробійчук І.В. Моделювання нового двокільцевого динамічно настроюваного гравіметра на ЦОМ// Матеріали міжнародної науково-практичної конференції „Практична космонавтика і високі технології”.- Житомир. - 2007. - С. 9.

17. Безвесільна О.М., Коробійчук І.В. Експериментальні дослідження нового двокільцевого динамічно настроюваного гравіметра // Матеріали ХХХІІ науково-практичної міжвузівської конференції, присвяченої 47-ій річниці Житомирського державного технологічного університету. - Житомир. - 2007. - С. 22.

18. Безвесільна О.М., Киричук Ю.В., Коробійчук І.В. Експериментальні дослідження гіроскопічного гравіметра авіаційної гравіметричної системи // Матеріали шостої науково-технічна конференції „Приладобудування 2007: стан і перспективи”. - Київ. - 2007. - С. 155.

Размещено на .ru