《近聲場懸浮式球轉子陀螺的驅動與姿態感知機理研究》是依託南京航空航天大學，由陳超擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：近聲場懸浮式球轉子陀螺的驅動與姿態感知機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳超
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對航天、航空和航海等領域對高精度姿態測量的廣泛需求，研究利用近聲場來實現驅動的懸浮式陀螺及其姿態自敏感機理，在此基礎上探索一種集驅動與感測一體、結構緊湊且兼顧成本的姿態敏感技術。項目立足於材料、結構及系統的功能三個層面來進行，探索高性能功能材料直接構成振動結構以誘發高強度、穩定和可控行波聲場的方法，研究所涉及的非線性聲學、振動學、功能材料驅動以及多場耦合等問題，揭示近聲場懸浮和驅動陀螺球轉子的運行機理，探索球形定/轉子間聲場的分布規律及其與邊界條件之間的因果聯繫，解析定/轉子相對姿態與諧振聲場擾動、功能材料反饋信號的數理關係並開展參數化分析，確定分散式激勵和反饋單元的設計原則，最終試製出樣機系統對原理和功能進行驗證。總結、提煉具有姿態自敏感功能的近聲場懸浮式陀螺的設計理論和方法，一方面促進壓電精密驅動技術、聲學技術與慣性技術的交叉發展，同時為高精度、低成本導航和慣性儀表提供新的研究方向。
結題摘要
圍繞近場超聲懸浮及驅動技術在球轉子陀螺中的創新原理和構造，開展了新型球轉子式非接觸式壓電作動器及懸浮式陀螺研究，研究了利用近聲場來實現懸浮和驅動的陀螺及其姿態敏感機理。首先，研究了利用高性能功能材料直接構成球形定子結構以誘發高強度、穩定和可控行波聲場的方法，分析了近場超聲懸浮的物理本質和動力學機制。採用數值方法參數化分析了球形定/轉子間聲場的分布規律及其與邊界條件之間的因果聯繫，研究了定/轉子相對姿態與超聲場擾動、功能材料反饋信號的數理關係，理論結合試驗研究了分散式激勵和反饋單元的設計原則。其次，針對當前機械轉子式陀螺儀的發展現狀，提出了將近場超聲懸浮套用於轉子式陀螺支承和驅動的基本原理，並給出了超聲懸浮式陀螺儀的定義和姿態檢測方法，提出了多種可用於構建超聲懸浮球轉子陀螺儀的非接觸式壓電作動器。建立了不同構型超聲懸浮陀螺的聲固耦合模型，深入分析了結構誘發近聲場作用的物理機制，探索了壓電功能材料試製壓電球冠的設計方法及工藝。製作了碗式壓電作動器和軸/徑向耦合式壓電作動器樣機，開展了定子模態試驗、懸浮和轉速特性的試驗分析，兩種方案的樣機均成功實現了球轉子陀螺的懸浮和旋轉，並初步驗證了姿態檢測原理的可行性。在上述工作的基礎上，總結、提煉具有姿態敏感功能的近聲場懸浮式陀螺的設計理論和方法，一方面促進壓電精密驅動技術、聲學技術與慣性技術的交叉發展，同時為高精度、低成本導航和慣性儀表提供新的研究方向。
