《嵌套環式MEMS振動陀螺的結構最佳化設計理論與方法》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由肖定邦擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：嵌套環式MEMS振動陀螺的結構最佳化設計理論與方法
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：肖定邦
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
衛星導航抗干擾輔助、微小型無人作戰平台等領域對高性能MEMS陀螺需求迫切。嵌套環式MEMS振動陀螺是最受關注的新型微陀螺之一，國外報導的零偏穩定性達到0.003°/h。該陀螺通過將多個半徑遞增的振動環同心嵌套耦合，顯著增大了慣性質量、品質因數和測控效率，並採用成熟的平面微加工工藝製造，技術成熟度高。嵌套環式諧振結構複雜，設計變數多，通過改變尺寸、形狀、拓撲能夠發展出很多不同結構。探索嵌套環式結構內部振動耦合機理，掌握其結構最佳化設計理論與方法，是開展該類陀螺自主研製面臨的重要理論問題。項目擬重點研究嵌套環振動耦合機理與動力學模型，掌握嵌套環壁變化、環間周期分布支撐梁形狀變化、嵌套環式諧振結構拓撲變化對陀螺性能的影響規律，從結構尺寸、結構形狀和結構拓撲三個層次提出嵌套環式諧振結構演化和最佳化的新方法，完成陀螺樣機的最佳化設計、加工工藝和測試分析，為高性能嵌套環式MEMS振動陀螺研製提供理論支持。
結題摘要
陀螺儀是測量載體相對慣性空間旋轉運動的感測器，是運動測量、慣性導航、制導控制等套用領域的核心器件，在精確打擊、無人作戰、自主導航以及航空航天等領域中具有非常重要的套用價值。本項目瞄準高精度MEMS陀螺儀領域關鍵問題，以突破高精度嵌套環式MEMS振動陀螺核心技術為主要目標，開展並完成了嵌套環式MEMS振動陀螺的動力學建模、諧振結構關鍵參數綜合最佳化設計、諧振結構拓撲最佳化、高精度加工工藝、誤差修調和測控電路技術研究，突破了嵌套環諧振結構參數多目標綜合最佳化設計、高精度加工、圓片級真空封裝、模態精密修調等關鍵技術，並且發明了新型蜂巢式微機電陀螺，實現了高精度微機電陀螺諧振結構的自主創新。研製的陀螺樣機經過第三方測試，主要性能為量程±200°/s，零偏穩定性0.069°/h，零偏不穩定性達0.015°/h。在Nature Communications、Microsystem&Nanoengineering（封面論文）、PRApplied、APL、JMEMS等期刊發表論文18篇，其中SCI檢索15篇；在IEEE MEMS、IEEE SENSORS、TRANSDUCERS等國際知名會議上發表EI檢索論文7篇，獲國際會議優秀海報獎2項，行業優秀論文2篇。獲國家發明專利授權3項。培養博士畢業生2人，碩士畢業生3人，正在培養在讀博士2人，在讀碩士3人。以本項目研究成果為主要支撐，獲得國家重點研發計畫項目課題1項，裝備預研項目1項，軍委科技委國防科技基金項目1項。項目完成了全部預期任務，實現了預期目標，並為我國高精度MEMS振動陀螺的發展提供了有力的基礎支撐。
