靜電超導混合懸浮陀螺漂移研究

《靜電超導混合懸浮陀螺漂移研究》是依託中國科學院電工研究所，由胡新寧擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：靜電超導混合懸浮陀螺漂移研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：胡新寧
• 依託單位：中國科學院電工研究所

項目摘要

陀螺儀是慣性導航系統的核心部件，其漂移精度直接影響著慣性導航系統的定位精度。本項目擬將靜電支承系統移植到超導磁懸浮系統中，充分利用兩種方法的優勢，將超導磁懸浮和靜電懸浮有機結合起來，旨在設計一種高支承剛度和高可靠性的混合懸浮支承系統，並擬建立漂移誤差模型研究混合懸浮支承陀螺漂移精度。超導靜電混合懸浮支承方法兼顧漂移精度的同時又大幅提升了系統的支承剛度和可靠性，極大的拓展了陀螺儀的適用範圍。

結題摘要

慣性導航技術是一種不依賴外界條件、完全自主、具有高隱蔽性的導航方式，其在航空、航天、航海及國防等領域都有很重要的套用。陀螺儀是慣性導航系統的核心部件，其漂移精度直接影響著慣性導航系統的定位精度。 本項目將超導磁懸浮和靜電懸浮有機結合起來，設計了一種高支承剛度和高可靠性的混合懸浮支承系統，並對其中的一些關鍵技術問題進行了研究。主要包括非正交四軸八電極靜電支承系統和超導磁支承系統的力學模型、超導轉子在加速過程中的振動問題研究、靜電支承電極的絕緣化處理及混合支承懸浮陀螺的漂移誤差源分析和漂移測試技術研究等。 通過本項目的研究，取得的主要研究成果有：建立了混合懸浮支承系統中的超導磁懸浮和靜電懸浮的力學模型；確定了八電極間隙電容與超導轉子微位移測量之間的關係，設計了電容法測量超導轉子位移的技術方案，並分析了絕緣化處理對間隙電容和靜電支承力的影響；建立了超導轉子變支承剛度主動控制理論模型，解決了超導轉子在加速過程中的振動問題，使超導轉子實現了高速旋轉，實驗結果表明，該方法成功實現了超導轉子的安全穩定加速，最高轉速達到了256 Hz（15360 rpm），且整個啟動時間被控制在了25分鐘以內； 解決了低溫下電極絕緣的技術難題，最佳化了混合支承系統，實現低溫下超導靜電混合懸浮支承；建立了混合支承陀螺漂移誤差模型，對主要的漂移誤差源進行了分析，確定了與重力加速度無關和相關的各階係數；設計了裝置的力反饋漂移測試方案，完成了裝置的漂移測試實驗，確定了裝置的短期漂移特性，漂移測試實驗結果表明，X軸和Y軸的隨機漂移率均在0.006~0.008 deg/hr之間，這為後續進一步提升裝置的精度奠定了基礎。 本研究套用超導靜電混合懸浮支承方法在兼顧漂移精度的同時又大幅提升了系統的支承剛度和可靠性，同時揭示了混合懸浮支承下轉子的漂移特性，對慣性導航系統性能的提高和套用範圍的開拓具有重要價值。