高性能圓柱殼體振動陀螺的高精度製造理論與方法

《高性能圓柱殼體振動陀螺的高精度製造理論與方法》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由吳學忠擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：高性能圓柱殼體振動陀螺的高精度製造理論與方法
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：吳學忠
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

高性能陀螺儀的持續工作時間是制約衛星壽命的瓶頸因素之一。機械轉子陀螺和光學陀螺等常用高性能陀螺的持續工作時間不能滿足長壽命衛星的要求。圓柱殼體振動陀螺具有精度高、壽命長、功耗低等特點，是長壽命衛星的理想選擇，但目前面臨高品質薄壁諧振結構加工精度難以保證、諧振結構內應力難以調控、諧振結構品質修調困難等技術瓶頸。本項目擬圍繞高性能圓柱殼體振動陀螺的精度設計、加工工藝最佳化、應力控制、品質修調和測控理論開展研究工作，提出以品質特徵參數最佳化為目標的諧振結構高精度製造新理論與新方法，重點突破薄壁諧振結構品質特徵參數對陀螺性能的影響規律、薄壁諧振結構製造過程中的結構與工藝參數對幾何精度與內應力的影響機理、基於微質量擾動的諧振結構頻率匹配與模態調控機理等關鍵科學問題，完成高品質薄壁諧振結構的超精密加工和高性能圓柱殼體振動陀螺的研製，為我國長壽命衛星精確姿態控制系統的設計提供理論基礎和關鍵技術支持。

結題摘要

項目背景：針對我國衛星姿態控制系統對高性能、長壽命陀螺儀的迫切需求，以高性能圓柱殼體振動陀螺為研究對象，突破其核心薄壁諧振結構的高精度製造理論與方法。 主要研究內容：項目研究了薄壁諧振結構的品質特徵參數建模，實現了高性能圓柱殼體振動陀螺的精度設計。研究了薄壁諧振結構精密加工的幾何微形變機理與工藝最佳化，實現了亞微米級的超高几何精度。研究了應力形成機理與控制方法，實現了諧振結構的高穩定振動。研究了基於微質量擾動的諧振結構品質修調理論與方法，搭建了全自動化修調系統。研究了高性能圓柱殼體振動陀螺測控理論與系統集成，完成了測控電路的研製、諧振結構的封裝與系統集成，並對陀螺性能進行了綜合性能測試。 重要結果：實現了高性能圓柱殼體振動陀螺諧振結構與原理樣機的研製，主要性能指標達到：諧振結構壁厚0.3 mm；諧振結構直徑25 mm；圓度優於0.5微米；頻率裂解優於0.01 Hz；陀螺量程±10 度/秒；陀螺零偏穩定性0.02 度/小時。 關鍵數據：項目成果獲國防科技圖書出版基金支持，出版專著《圓柱殼體振動陀螺》（國防工業出版社）。發表學術論文41篇，其中SCI收錄30篇，EI收錄7篇；申請國家發明專利10項，授權9項，完成情況超出預期目標。項目組已與陝西中航華燕儀器儀表公司簽訂成果轉化契約，面向空天裝備姿態測控需求，進行了圓柱殼體振動陀螺小批量試生產，目前進展順利。陀螺樣機在航彈制導控制系統、車載武器平台以及移動衛星通信平台展開了試用驗證，運行情況良好。 科學意義：項目解決了高性能圓柱殼體振動陀螺品質特徵參數建模、加工過程中的內應力形成與抑制、諧振結構品質精密修調等關鍵基礎問題。研究成果將為我國高性能圓柱殼體振動陀螺發展提供新的精密製造方法，提高我國高性能振動陀螺的自主研製能力，並對其他領域中此類高品質薄壁殼體零件的加工製造提供理論與技術支撐。