静电超导混合悬浮陀螺漂移研究

Gyroscope is the key component of inertial navigation system and its drift precision directly affects the precision of inertial navigation system. We present a novel hybrid bearing method which is to combine the advantage of electrostatic bearing and superconducting magnetic bearing. The drift precision of hybrid bearing system is to analyze by drift error model. The hybrid bearing method can improve the bearing stiffness and reliability of the system and expand the application scope of gyroscope greatly.

陀螺仪是惯性导航系统的核心部件，其漂移精度直接影响着惯性导航系统的定位精度。本项目拟将静电支承系统移植到超导磁悬浮系统中，充分利用两种方法的优势，将超导磁悬浮和静电悬浮有机结合起来，旨在设计一种高支承刚度和高可靠性的混合悬浮支承系统，并拟建立漂移误差模型研究混合悬浮支承陀螺漂移精度。超导静电混合悬浮支承方法兼顾漂移精度的同时又大幅提升了系统的支承刚度和可靠性，极大的拓展了陀螺仪的适用范围。

惯性导航技术是一种不依赖外界条件、完全自主、具有高隐蔽性的导航方式，其在航空、航天、航海及国防等领域都有很重要的应用。陀螺仪是惯性导航系统的核心部件，其漂移精度直接影响着惯性导航系统的定位精度。.本项目将超导磁悬浮和静电悬浮有机结合起来，设计了一种高支承刚度和高可靠性的混合悬浮支承系统，并对其中的一些关键技术问题进行了研究。主要包括非正交四轴八电极静电支承系统和超导磁支承系统的力学模型、超导转子在加速过程中的振动问题研究、静电支承电极的绝缘化处理及混合支承悬浮陀螺的漂移误差源分析和漂移测试技术研究等。.通过本项目的研究，取得的主要研究成果有：建立了混合悬浮支承系统中的超导磁悬浮和静电悬浮的力学模型；确定了八电极间隙电容与超导转子微位移测量之间的关系，设计了电容法测量超导转子位移的技术方案，并分析了绝缘化处理对间隙电容和静电支承力的影响；建立了超导转子变支承刚度主动控制理论模型，解决了超导转子在加速过程中的振动问题，使超导转子实现了高速旋转，实验结果表明，该方法成功实现了超导转子的安全稳定加速，最高转速达到了256 Hz（15360 rpm），且整个启动时间被控制在了25分钟以内；.解决了低温下电极绝缘的技术难题，优化了混合支承系统，实现低温下超导静电混合悬浮支承；建立了混合支承陀螺漂移误差模型，对主要的漂移误差源进行了分析，确定了与重力加速度无关和相关的各阶系数；设计了装置的力反馈漂移测试方案，完成了装置的漂移测试实验，确定了装置的短期漂移特性，漂移测试实验结果表明，X轴和Y轴的随机漂移率均在0.006~0.008 deg/hr之间，这为后续进一步提升装置的精度奠定了基础。.本研究应用超导静电混合悬浮支承方法在兼顾漂移精度的同时又大幅提升了系统的支承刚度和可靠性，同时揭示了混合悬浮支承下转子的漂移特性，对惯性导航系统性能的提高和应用范围的开拓具有重要价值。