专利名称:延长减速时间的气动陀螺仪的制作方法
本发明涉及一个具有整体气源的气动陀螺仪。特别涉及气动陀螺仪的改进，它减少内耗以便延长减速时间或在指定时间内保持转子高速度旋转。
已知的具有整体气源的气动陀螺仪，一个室内有一个气动的反冲转子，而另一个室有压缩的惰性气体，气体刺破两室间的薄壁即从一室内释放。气体被释放时，流过转子轴的内孔并向外流过转子的反冲通道使转子自转。转子旋转后也可以用改变气体压力的办法使万向支架松开。这样的陀螺仪有时也称为烟火陀螺仪，因为常使用烟火技术耒刺破室间薄壁。
上述气动陀螺仪的一个实例由美国专利＃3，393，569做了详述，发表于1968.7.23。现在已转让给如今的受让人。这里引入专利3，393，569作为参考。该专利中所示各种形式的气动陀螺仪都可使用本发明的改进之处。
与弹簧驱动陀螺仪相比，气动陀螺仪的优点是，具有高的相对于它的体积和重量的可用能比。压缩气体的位能迅速地被转换为旋转转子的动能。转子“减速”指的是在气体通过转子通道被释放后转子速度随时间逐渐减慢。各种损耗因素都使这样的陀螺仪变慢。其中最重要的涉及到陀螺与气体完全释放后还留在陀螺仪内部的气体的相互作用而吸收的能量。本发明致力于减少这样的气体摩擦损耗。
这样的气体摩擦损耗是由于反冲转子作用像泵而不像反冲涡轮机，从轴的端部吸入气体并从转子排气口泵出。这就减小了动能并使转子迅速减慢。1981.1.9公布的美国专利＃4，271，709特别论述了这一问题，现已将其转让给如今的受让人，并包括在参考资料之内。该专利披露了一个防止产生如此泵作用的提动阀。这样的泵作用的防止，当然，不能消除处于高速，尤其是超过30，000转/分速度旋转的陀螺仪的其他空气摩擦损耗。
所以，本发明的一个目的是改进陀螺仪的运动特性，为此提供一个改进的气动陀螺仪，它具有延长的减速时间或者是在特定的减速时间有较高的平均速度。本发明的另一个目的是，提供一个在减速期间降低损耗的改进的气动陀螺仪。本发明的另一个目的是提供一个气动陀螺仪，在其减速期内减小它的运行摩擦。再一个目的是制备这样一种陀螺仪，即为了供给转子动能可向陀螺仪供气，而为了延长特别是高速转子陀螺仪的减速时间，又可在起动后从陀螺仪内排出气体。因此，目的是减少气动陀螺仪内空气的摩擦。
依照本发明，减少作用在气动陀螺仪转子上的空气摩擦以延长陀螺仪的减速时间。在准许工作气体导入气室期间，气体已很好地排出。排放以后，气室基本是密封的而有一台吸气器泵继续从该气室排气，气室排气可减小减速时的空气的摩擦。吸气器泵可由取自携带该陀螺仪的运输工具的推进系统的气体，可由运输工具向前运动产生的冲压空气或者由压缩气室的压缩气体耒驱动。要不，吸气器泵也可以用电或机械方法驱动。
图1是依照本发明的一个具体方案制造的气动陀螺仪的剖面图。其中，为了排空转子气室，使用压缩气推动吸气器泵。
图2是本发明的另一个方案的示意图，其中，用一个外部的压缩气源如冲压空气耒完成排气。
参见附图1，气动陀螺仪[11]包括主壳体[13]和用螺栓[17]联接的压缩气体的壳体部分[15]。主壳体[13]规定的气室[19]包含一个装在空心轴子轴[23]上的气体反冲转子。轴[23]被安装在由内部万向支架[27]支承的精密高速轴承[25]内。内万向支架[27]被可转动地支承在外万向支架[28]内，而外万向支架[28]本身支承在壳体[13]中的轴承[31]内。
利用在[33]中一般可见的锁定机械，在释放气体以前把转子[21]和万向支架[27]、[28]“固定好”。要了解锁定机械[33]工作详情可参阅上述3，393，569专利。简言之，锁定机械[33]包括一个活塞[35]，该活塞最初由气压放开和定位，然后让它支撑定位销[37]朝上卡住转子轴[23]的斜面[39]。通过活塞的气压差达到预定值时，定位销[37]被脱开，转子[21]和万向支架[27]、[28]被松开。锁定机械[33]也起导管的作用把压缩气体从中间通道[41]引导到空心转子轴[23]。不过当定位销[33]脱开时，此导管不再与转子轴[23]联接，这时转子轴[23]和壳体[13]内部有畅通的气道。
压缩气壳体[15]规定了压缩气体室[43]，当以已知的方法通过电气动作的烟火推进塞[47]去刺破薄膜[45]时，压缩气室[43]取道锁定机械和中间连接通道[41]与空心转子轴[23]联通。使壳体[15]内的压缩气体释放到通道[41]的刺破机械动作并不是本发明的本质，但是参见前述的＃3，393，569专利可以发现几种合适的机械形式的详细情况。
转子[21]包含多个环形间隔开的喷头[51]，轴[23]也包含多个与喷头[51]自由联通的环形间隔开的进气孔[53]。
操作时，惰性气体，最好是氮气，贮存在压缩气体壳体[15]内，气压为每平方英寸3000磅。它取道于通道[41]和锁定机械[33]与轴[23]内部联通，再从那里通过气孔[53]与转子喷头[51]联通。从而使转子[21]以高速旋转，可选转速为每分钟36000～50000转，取决于气室的尺寸和陀螺仪[11]赋于的特殊用途。当主壳体气室[19]内的气压降到预定值时，锁定机械[33]松开转子和万向支架，也切断到中间连接通道[41]的管道。
从转子喷头[51]逸出的气体被收集在主壳体气室[19]内。为了避免在主气室壳体[19]内造成不可忽视的空气压力，充许空气通过排气孔[61]和舌形阀[63]排放。在转子[21]被锁定机械[33]放开处，压缩气室[43]中的气体即被放空。
根据本发明，耒自主气室壳体[19]的气体用一种排气工具如吸气器泵[71]进一步排出。目的是减小转子[21]快速旋转所产生的气流摩擦力。
选用吸气器泵[71]以提供足以减小所要求的延长减速时间期间内的空气摩擦的真空。重要指标是，操作吸气器泵所必须消耗的压缩气体的数量。图1方案中建议使用的真空吸气器泵[71]，是由美国康涅狄格州，米尔福高尔夫大道100号的Air-vac工程公司制造的AVR-093H型真空转换泵。
舌形阀[63]与排气管[73]联通。舌形阀[63]装在排气管[73]上当止回阀用，以允许气体从排放管[73]逸出并防止气体重新进入排气管[73]。因此，当吸气器泵[71]通过排气管[73]有可能使主气室壳体[19]形成真空时，舌形阀[63]关闭。当压缩气壳体[15]供出的气体的量超过吸气器泵[71]从主气室壳体[19]中排气的能力时，舌形阀[63]打开。同样，打开与锁定机械[33]的相关联的第二舌形阀[75]，使活塞[35]操作锁定机械[33]，当气室[19]压力降低时此阀关闭。
吸气器泵[71]是传统设计，根据文杜里(伯努利定律)原理把压缩空气转换为真空。压缩空气通过压缩空气入口[81]进入吸气器泵[71]，并通过气体出口[83]排出。这个气流在真空入口孔[85]处产生真空，使气体从真空入口[85]通过吸气器泵[71]流到出口[83]。
如图1所示，压缩空气入口[81]的压缩空气源可以是附加的压缩空气壳体[91]。最初从压缩空气壳体[15]释放气体后，让附加压缩气体壳体[91]在短时间内释放压缩气体。这可用一个简单的延时电路[93]耒实现。节气阀[95]用耒控制从附加压缩气壳体[91]流到压缩气入口[81]的气流。要不，压缩气体源也可以是一个烟火装置(未画出)。
参见图2，压缩气入口[81]也可联接到一个外部的压缩气源[95]。该外部压缩气源[95]可以是一种冲压气源，当装有陀螺仪[11]的运载工具如导弹(未画出)运动时，即提供压缩空气去操作吸气器泵[71]。不然的话，外部压缩空气源[95]可以从运载工具的推进器中接受增压的推进剂气体。
为了操作吸气器泵[71]，另外还可能使用一些耒自主气室壳体[19]的压缩气体。这可以通过使用合适的分流器管路(未画出)耒实现，该分流器管路可把气体从活塞[35]分配到压缩气体入口[81]。
为了延长运行时间，可以使用压缩气壳体和外部压缩气源的组合耒操作吸气器泵[71]。为此，可在压缩气入口[81]处给吸气器泵[71]装上阀门，这样当操作吸气器泵[71]的压缩气耗尽时，就可以用外部压缩气体源提供气体操作吸气器泵[71]。这在导弹发射初期无冲压空气可用时特别有用。
为了确定使用压缩气体操作吸气器泵[71]的可能性，用吸气器泵保持52立方厘米容器真空2秒钟。吸气器泵形成0.7乇(28英寸汞柱)真空。从吸气器泵排出的气体收集在橡皮球内，测出其排出气体近似于该容器容积的一半，或近似于25立方厘米。由此查知，为使陀螺仪保持在类似于真空的工作环境使用压缩气体是实用的。
也可能用其他真空源代替吸气器泵[71]。例如，可以用运载工具的推进系统产生抽吸真空，也可使用机械或电气驱动的抽气泵。
权利要求
1.为了给安装在转子室内的转子提供动能，气动型陀螺仪有一个可在一定时间内供气的气源，在所述的时间期限后，转子以减速方式运行，特征是吸气器泵和所述的转子室联通，所述的吸气器泵产生一个负压值，在所述的转子室内形成真空。
2.如权利要求
1所述的气动陀螺仪，进一步特征是该陀螺仪在以所述的减速方式运行时不必对转子提供动能。
3.如权利要求
1所述的气动陀螺仪，进一步特征是一打开能释放所述的转子室排出气体的外部排气阀，当所述的排出气体实质上为环境压力时，上述的阀是关闭的，从而当所述的外部排气阀被打开，允许所述的吸气器泵产生旁流，当所述的外部排气阀关闭，允许吸气器泵抽所述的真空。
4.如权利要求
1所述的气动陀螺仪，其进一步特征是吸气器泵是文杜里泵，它利用压缩气体产生所述的负压。
5.如权利要求
4所述的气动陀螺仪，进一步特征是所述的气源提供转子能量，气源包括容纳压缩气体的气室和释放压缩气体的第一烟火装置。向第一个烟火装置提供第一个电信号和第一个烟火装置为了排出所述的气体对第一个电信号响应;提供给吸吸气器泵的压缩气体是由附加气室提供的，附加气室所容纳的压缩气体则由附加烟火装置释放。
6.如权利要求
5所述的气动陀螺仪，进一步特征是有一个时间延迟电路，在第一个烟火装置得到第一个电信号之后的某时刻，对所述的附加烟火装置提供一个电信号。
7.如权利要求
4所述的气动陀螺仪，进一步特征是所述的提供转子能量的气源包含一个容纳压缩气体的气室和一个释放所述压缩气体的烟火装置;和第一个电信号提供给烟火装置，且该烟火装置响应所述的电信号以便排放所述气体;和提供给吸气器泵的压缩气是由所述气室提供的。
8.如权利要求
4所述的气动陀螺仪，进一步特征是该陀螺仪被安装在运载工具上;和该压缩气体由该运载工具朝前运动得到的冲压空气提供。
9.如权利要求
5或7所述的气动陀螺仪，进一步特征是该陀螺仪被安装在运载工具上;和所提供给吸气器泵的压缩气是在压缩气体被排放后由向前运动得到的冲压空气。
10.如权利要求
4所述的气动陀螺仪，进一步特征是该陀螺仪被安装在具有推进系统的运载工具上;和该压缩气体是从运载工具的推进系统抽取的推进剂气体。
专利摘要
为了从陀螺仪〔11〕的主气室〔19〕抽气，陀螺仪〔11〕装置了一个吸气器泵〔71〕。抽空气体可减少陀螺仪的转子〔21〕遇到的空气阻力和其他空气摩擦，从而延长陀螺仪的减速时间。吸气器泵〔71〕可用一专用的压缩气源如压缩气体室〔91〕来供能。另一种方法，可向吸气器泵〔71〕提供冲压空气或抽取的推进剂气体。
文档编号G01C19/12GK86101148SQ86101148
公开日1986年9月3日 申请日期1986年2月21日
发明者迈耶·马利安, 艾贝·费尔德曼 申请人:联合公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan