Моделювання теплового режиму безплатформної навігаційної системи з термостабілізацією прискореного прогріву

Abstract

В даний час у сучасній авіаційно-космічній техніці широко використовуються безплатформні інерційні навігаційні системи (БІНС) на основі волоконно-оптичних гіроскопів (ВОГ). У зв'язку з високою чутливістю ВОГ до впливу змін температури забезпечення стабільних теплових режимів роботи є актуальною проблемою. Найважливішим завданням підвищення точності роботи системи є розробка способів теплового захисту та термостабілізації ВОГ. Робота присвячена моделюванню температурного поля безплатформного інерційного блоку (БІБ), що входить до складу БІНС з метою забезпечення мінімального перепаду температур на платформі ВОГ із застосуванням термостабілізації. Метою роботи є моделювання температурного поля вимірювального блоку БІБ та визначення умов, які забезпечують мінімум перепадів температур на платформі ВОГ в умовах термостабілізації. Для досягнення поставленої мети вирішено такі завдання: створення розрахункової схеми та кінцевоелементної моделі приладу БІБ, моделювання впливу зміни зовнішніх температур на температурне поле приладу БІБ, чисельне визначення температурних градієнтів у заданих точках приладу. За наслідками чисельного моделювання проведено дослідження параметрів температурного поля приладу, характеристик системи термостабілізації. Розглянуто тепловий режим приладу із системою термостабілізації для прискореного прогріву та зменшення градієнтів зміни температур на датчиках ВОГ з керуючим законом, відповідним змінам температури основи. Чисельно визначено температурні градієнти у заданих точках приладу. Встановлено, що закон термостабілізації має забезпечувати стабільність температурного поля (малість градієнта температури). Саме значення температури ВОГ істотного впливу на величину дрейфу не надає. Систему термостабілізації доцільно використовувати тільки для виведення системи на робочий температурний режим протягом не більше 30 хвилин, а в робочому режимі не використовувати.

Currently, platformless inertial navigation systems (IBS) based on fiber optic gyroscopes (FOG) are widely used in modern aviation and space technology. In connection with the high sensitivity of VOG to the influence of temperature changes, ensuring stable thermal modes of operation is an urgent problem. The most important task of increasing the accuracy of system operation is the development of methods of thermal protection and thermostabilization of VOG. The work is devoted to the modeling of the temperature field of the platformless inertial unit (BIB), which is part of the BINS, in order to ensure a minimum temperature difference on the VOG platform with the use of thermal stabilization. The purpose of the work is to simulate the temperature field of the BIB measuring unit and determine the conditions that ensure a minimum of temperature differences on the VOG platform under thermal stabilization conditions. To achieve the goal, the following tasks were solved: creation of a calculation scheme and finite element model of the BIB device, modeling of the effect of changes in external temperatures on the temperature field of the BIB device, numerical determination of temperature gradients at given points of the device. According to the results of numerical modeling, the parameters of the temperature field of the device and the characteristics of the thermal stabilization system were studied. The thermal mode of the device with a thermostabilization system for accelerated heating and reduction of temperature change gradients on VOG sensors with a governing law corresponding to base temperature changes is considered. The temperature gradients at the given points of the device are numerically determined. It was established that the law of thermostabilization should ensure the stability of the temperature field (the smallness of the temperature gradient). The value of the VOG temperature itself does not have a significant effect on the amount of drift. It is advisable to use the thermal stabilization system only to bring the system to the working temperature mode for no more than 30 minutes, and not to use it in the working mode.