新型螺线流管型陀螺原理及实验分析-principle and experimental analysis of a new spiral flow tube gyroscope.docx
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新型螺线流管型陀螺原理及实验分析-principle and experimental analysis of a new spiral flow tube gyroscope
承诺书
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(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)
作者签名: 日 期:
南京
南京航空航天大学硕士学位论文
新型
新型螺线流管型陀螺原理及实验研究
摘 要
陀螺作为测量角位移和角速度的姿态传感器,在航天、航空、航海、兵器领域起着不可或 缺的作用。但传统的转子陀螺、挠性陀螺、光学陀螺及新兴的振动陀螺、微机械陀螺受到成本 与技术双重限制难以在工业生产、汽车安全、通讯设备等领域得到广泛应用,因此开发小型、 廉价、精度适当的新型陀螺已经迫在眉睫。本文提出了一种基于螺线流管的新型流体陀螺,其 基本原理是利用科氏力使得螺线管中运动的流体的速度改变,速度的变化会导致在一定时间内 输出流体流量的变化,通过监测流体的流量变化可以得到输入的角速度信号。论文的主要研究 内容如下:
(1)根据流体力学理论,建立了螺线流管内流体的运动模型,阐明了科氏力与流体流速之 间的关系,推导出陀螺的工作原理;同时,设计了螺线流管新型流体陀螺的总体结构。
(2)对陀螺中的关键驱动部件压电振子的动态特性进行研究,分析了压电振子的组成、振 动原理及振动影响因素,构建了压电振子在负载情况下的实验,获取了其固有频率和振幅的相 关数据。
(3)利用 Fluent 有限元分析软件,建立螺线流管新型流体陀螺的动网格模型,研究了压 电振子工作一周期对陀螺内部流体的影响,从仿真试验的角度,验证了本文所提结构具有陀螺 效应。
(4)设计并开发出螺线流管新型流体陀螺样机,通过实验研究了驱动频率、电压、螺线线 型以及外部角速度对陀螺工作性能的影响;同时,根据实验数据,拟合推导出陀螺的相关经验 方程。
关键词:螺线型,陀螺,流体,振动,压电泵
本文得到国家自然科学基金面上项目“感应流体在螺旋线内行进哥氏力变化的微陀螺原理 及应用研究”(编号、国家自然科学基金青年科学基金项目“新型单定子二自由度 超声电机及其驱动的智能云台系统的关键技术研究”(编号资助。
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ABSTRACT
As measuring angular displacement and angular velocity attitude sensor, gyroscopes play the indispensable role in the aerospace, aviation, navigation, weapons fields. Traditional rotor gyro, flexible gyro, optic gyro and emerging vibration gyro, micro mechanical gyro are hardly to widely applied in industrial production, vehicle safety, communications equipment and other areas, for the reason of the limitation of the cost and technology. So, the development of small, cheap and precision appropriate new gyro is imminent. This paper puts forward a kind of new fluid gyro based on spiral flow tube, which is based on the principle of Coriolis force that makes the velocity of fluid in spiral flow tube change; the change of speed will result in output of the flow changing in a certain time. By monitoring the change about the flow of fluid could get the input of angular velocity signal. The main contents of research in the paper are as
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