Оценка допустимых амплитуд внешнего воздействия на бесплатформенные инерционные навигационные системы

Abstract

В современной авиационно-космической технике широко используются бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС), использующие волоконно-оптические (ВОГ) или кольцевые лазерные (КЛГ) гироскопы. Во время эксплуатации таких систем происходит поворот осей чувствительности относительно базовой системы координат. Образующиеся углы между осями базовой системы координат и осями чувствительности навигационной системы (неортогональности) являются одним из факторов, приводящих к увеличению погрешностей измерений прибора, что сказывается на точности измерений. В процессе эксплуатации на систему воздействуют вибрации различной природы, воздействие которых способно способствовать появлению неортогональностей. Целью настоящей работы является определение максимально допустимых амплитуд вибраций, воздействующих на корпус БИНС по допускаемым величинам отклонения осей чувствительности ВОГ для двух вариантов компоновки БИНС. Рассмотрен подход к определению допустимых амплитуд внешнего гармонического воздействия на блок бесплатформенной инерциальной навигационной системы на основе волоконно-оптических либо кольцевых лазерных гироскопов. Разработана расчетная схема, математическая и конечноэлементная модели для расчета собственных частот и вынужденных колебаний блока бесплатформенной инерциальной навигационной системы. В различных частотных диапазонах численными расчетами определены граничные значения амплитуд внешнего гармоничного воздействия на основание конкретных конфигураций сборки БИНС. Установлено, что опасные состояния имеют место в районе 1-й собственной частоты системы, а также и вблизи более высоких частот. Сопоставление результатов по вариантам конструкции 1 и 2 позволяет сделать вывод, что для ослабления влияния вибраций на точность работы блока БИНС целесообразно, чтобы низшие собственные частоты колебаний для сборки БИНС были максимально высокими (более 1000 Гц).In modern aerospace technology, strapdown inertial navigation systems (SINS) are widely used, using fiber -optic (FOG) or ring laser (CLG) gyroscopes. During the operation of such systems, the sensitivity axes are rotated relative to the basic coordinate system. The resulting angles between the axes of the base coordinate system and the axes of sensitivity of the navigation system (non-orthogonality) are one of the factors leading to an increase in the measurement errors of the device, which affects the measurement accuracy. During operation, the system is affected by vibrations of various nature, the impact of which can contribute to the appearance of non-orthogonality. The purpose of this work is to determine the maximum permissible vibration amplitudes affecting the SINS body according to the permissible values of the deviation of the FOG sensitivity axes for two variants of the SINS layout. An approach to determining the permissible amplitudes of an external harmonic impact on the unit of a strapdown inertial navigation system based on fiber-optic or ring laser gyroscopes is considered. A design scheme, mathematical and finite element models for calculating natural frequencies and forced oscillations of a strapdown inertial navigation system unit have been developed. In various frequency ranges, numerical calculations have determined the boundary values of the amplitudes of the external harmonic impact on the base of specific configurations of the SINS assembly. It has been established that dangerous states take place in the region of the 1st natural frequency of the system, as well as near higher frequencies. Comparison of the results for design options 1 and 2 allows us to conclude that in order to weaken the effect of vibrations on the accuracy of the SINS unit, it i s advisable that the lowest natural vibration frequencies for the SINS assembly be as high as possible (more than 1000 Hz).