专利名称：一种适用于高转速飞行体姿态测量的半捷联式结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及惯性导航测量技术，具体是一种适用于高转速飞行体姿态测量的半捷联式结构。
背景技术：
惯性导航是二十世纪中期发展起来的自主式导航技术，这种技术通过惯性测量组件(IMU)测量载体相对惯性空间的角速率和加速度信息，再利用牛顿运动定律推算载体的瞬时姿态、速度和位置信息，具有不依赖外界信息、不向外界辐射能量、不受干扰、隐蔽性好等特点；传统的惯性导航系统分为平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统。平台式惯性导航系统将惯性测量装置安装在惯性平台上，能直接建立导航坐标系，计算量小，容易补偿和修正仪表的输出，但结构复杂，尺寸大，适合用于运载火箭的主动段和一些航天器上。 捷联式惯性导航系统省去了平台，所以结构简单、体积小、维护方便，但陀螺仪和加速度计直接装在飞行体上，工作条件不佳，计算量大，适合用于空间有限、低成本的环境中。然而在对现有许多高速旋转飞行体进行姿态测量时，平台式惯性导航系统由于体积和成本的局限性难以得到应用，而捷联式惯性导航系统在高转速飞行体的测量中精度很低，因为满足高转速的轴向的大量程陀螺(尤其是MEMS陀螺)精度很低，而且飞行体的高转速通过耦合降低了安装在径向的陀螺的测量精度；因此传统的惯性导航系统并不适用于高转速飞行体姿态测量，为此有必要发明一种适用于高转速飞行体姿态测量的惯性导航系统。
发明内容
本发明为了解决传统惯性导航系统不适用于高转速飞行体姿态测量的问题，提供了一种适用于高转速飞行体姿态测量的半捷联式结构。本发明是采用如下技术方案实现的一种适用于高转速飞行体姿态测量的半捷联式结构，包括轴向负荷承载区、径向负荷承载区、惯性测量组合及解算电路区、质量偏置区、 以及外框架；轴向负荷承载区包括第一半球和第二半球；径向负荷承载区包括第一球轴承和第二球轴承；惯性测量组合及解算电路区包括前轴、内筒、以及后轴；其中，外框架前端设有外安装台，外框架后端设有支架；第一半球、第二半球均安装于外安装台上，且第一半球与第二半球对顶接触；第一球轴承的外圈安装于外安装台上，第二球轴承的外圈安装于支架上；第一球轴承的内圈安装于前轴上，第二球轴承的内圈安装于后轴上；前轴、后轴分别与内筒两端固定，且前轴前端穿过第一球轴承内圈与第二半球底部固定；第一半球、第二半球、第一球轴承、第二球轴承、前轴、后轴、内筒均位于同一轴线上；质量偏置区安装于内筒下侧部；第一半球底部压装有第一压螺，第二球轴承后部安装有第二压螺。工作时，惯性测量组合及解算电路区用来安装MIMU (微惯性测量组合)与用来完成姿态解算及存储功能的硬件电路等装置，质量偏置区用来形成相对于轴心的质量偏置，只要质量偏置区的质量偏置由于重力作用产生的力矩大于轴承的摩擦力矩，惯性测量组合及解算电路区将不随飞行体一起旋转；当飞行体在某些情况下(如炮弹发射过程中)短时间内受到很大的轴向超载时，惯性测量组合及解算电路所受超载主要由轴向负荷承载区承载， 当轴向超载小到一定程度时，由于径向负荷承载区与惯性测量组合及解算电路区之间通过摩擦力矩很小的球轴承连接，而惯性测量及解算电路区的质量偏置所提供的力矩大于轴承的摩擦力矩，则惯性测量组合及解算电路区将不随飞行体一起旋转，从而实现了半捷联效应；与传统惯性导航系统相比，本发明所述的一种适用于高转速飞行体姿态测量的半捷联式结构在结构上有了创造性的改变，其实现了 MIMU (微惯性测量组合)与高转速环境隔离， 能够承受一定的轴向发射过载，并且能在飞行过程中承受一定的轴向过载的同时保持半捷联效果，由此保证了 MIMU (微惯性测量组合)完成对高转速飞行体姿态的精确测量，同时本发明所述的一种适用于高转速飞行体姿态测量的半捷联式结构具有体积小、成本低的特点，因此其与平台式惯性导航系统相比，更加适用于高转速飞行体的姿态测量。本发明实现了微惯性测量组合在旋转方向与载体不捷联，其它两个方向与载体捷联，从而有效解决了传统惯性导航系统不适用于高转速飞行体姿态测量的问题，适用于高转速飞行体的姿态测量。
图1是本发明的结构示意图。图中1-第一半球，2-第一压螺，3-第二半球，4-第一球轴承，5-外安装台，6-前轴，7-内筒，8-后轴，9-第二压螺，10-第二球轴承，11-支架。
具体实施例方式一种适用于高转速飞行体姿态测量的半捷联式结构，包括轴向负荷承载区、径向负荷承载区、惯性测量组合及解算电路区、质量偏置区、以及外框架；轴向负荷承载区包括第一半球1和第二半球3 ；径向负荷承载区包括第一球轴承4和第二球轴承10 ；惯性测量组合及解算电路区包括前轴6、内筒7、以及后轴8;其中，外框架前端设有外安装台5，外框架后端设有支架11 ；第一半球1、第二半球3均安装于外安装台5上，且第一半球1与第二半球3对顶接触；第一球轴承4的外圈安装于外安装台5上，第二球轴承10的外圈安装于支架11上；第一球轴承4的内圈安装于前轴6上，第二球轴承10的内圈安装于后轴8上；前轴6、后轴8分别与内筒7两端固定，且前轴6前端穿过第一球轴承4内圈与第二半球3底部固定；第一半球1、第二半球3、第一球轴承4、第二球轴承10、前轴6、后轴8、内筒7均位于同一轴线上；质量偏置区安装于内筒7下侧部；第一半球1底部压装有第一压螺2，第二球轴承10后部安装有第二压螺9 ；
具体实施时，第一球轴承、第二球轴承采用SKF角接触球轴承7200BECBP，7200BECBP的内径为10mm，外径为30mm，厚度为9mm，其动态额定载荷为7. 02KN,静态额定载荷为3. 35KN ； 径向负荷承载区的作用是可以承受高转速飞行体飞行过程中惯性测量及解算电路区在径向产生的负荷，同时又不产生大的摩擦力矩，使得摩擦力矩小于惯性测量组合及质量偏置区的重量产生的力矩；第一半球、第二半球要求表面足够光滑，并经过淬火处理，保证其具有较高的刚度与强度；第一半球、第二半球之间的接触面积极小，从而在相同的摩擦力下产生的扭矩极小；惯性测量组合及解算电路区设计有前盖、后盖；前盖上设计有MIMU安装区及固定台，用来安装MIMU结构；后盖上设计有电气连接孔，用于安装测试接口 ；内筒用来放置解算及存储硬件电路模块等；质量偏置区采用钨或其他密度较大的金属加工而成；外框架中设计有半球安装区、角接触轴承安装区、支架安装区；外框架采用2A12硬铝材料加工而成；半捷联装置中其它零件都安装在外框架中，角接触轴承安装区设计成与角接触轴承过盈配合；支架上设计有角接触轴承安装区和压螺安装区，压螺上设计有方便安装的扳手槽，支架用于支持后面的角接触球轴承，压螺的作用则是固定角接触轴承。
权利要求
1. 一种适用于高转速飞行体姿态测量的半捷联式结构，其特征在于包括轴向负荷承载区、径向负荷承载区、惯性测量组合及解算电路区、质量偏置区、以及外框架；轴向负荷承载区包括第一半球(1)和第二半球(3);径向负荷承载区包括第一球轴承(4)和第二球轴承 (10);惯性测量组合及解算电路区包括前轴(6)、内筒(7)、以及后轴(8)；其中，外框架前端设有外安装台(5)，外框架后端设有支架(11);第一半球(1)、第二半球(3)均安装于外安装台(5)上，且第一半球(1)与第二半球(3)对顶接触；第一球轴承(4)的外圈安装于外安装台(5)上，第二球轴承(10)的外圈安装于支架(11)上；第一球轴承(4)的内圈安装于前轴 (6)上，第二球轴承(10)的内圈安装于后轴(8)上；前轴(6)、后轴(8)分别与内筒(7)两端固定，且前轴(6)前端穿过第一球轴承(4)内圈与第二半球(3)底部固定；第一半球(1)、第二半球(3)、第一球轴承(4)、第二球轴承(10)、前轴(6)、后轴(8)、内筒(7)均位于同一轴线上；质量偏置区安装于内筒(7)下侧部；第一半球(1)底部压装有第一压螺(2)，第二球轴承(10)后部安装有第二压螺(9)。
全文摘要
本发明涉及惯性导航测量技术，具体是一种适用于高转速飞行体姿态测量的半捷联式结构。本发明解决了传统惯性导航系统不适用于高转速飞行体姿态测量的问题。一种适用于高转速飞行体姿态测量的半捷联式结构包括轴向负荷承载区、径向负荷承载区、惯性测量组合及解算电路区、质量偏置区、以及外框架；轴向负荷承载区包括第一半球和第二半球；径向负荷承载区包括第一球轴承和第二球轴承；惯性测量组合及解算电路区包括前轴、内筒、以及后轴。本发明实现了微惯性测量组合在旋转方向与载体不捷联，其它两个方向与载体捷联，从而有效解决了传统惯性导航系统不适用于高转速飞行体姿态测量的问题，适用于高转速飞行体的姿态测量。
文档编号G01C21/16GK102175242SQ20111002547
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者刘俊, 唐军, 张文栋, 张晓明, 李 杰, 杨卫, 段晓敏, 石云波, 秦丽, 郭涛, 马喜宏, 鲍爱达 申请人:中北大学