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摘要：惯导设备用减振系统（减振器）的性能不光是单纯的减振系统（减振器）的指标考核，需要结合在应用中达到的减振效果和惯导设备的动态精度来分析判断减振系统（减振器）优劣。文中以飞行器的减振器设计要求为例，对结构设计和减振器匹配设计及试验情况进行分析，给出惯导设备用减振器。
关键词：激光陀螺 减振器角速率
1 引言
随着科技的不断发展，惯导设备已经广泛应用在航空、航天、勘测等领域。在国内，激光惯导系统的研究正蓬勃发展，随着激光陀螺技术的逐渐成熟和大规模生产，激光惯导系统将越来越多的服务于国防现代化建设。激光惯导系统用减振系统（减振器）的性能不是单纯的减振系统（减振器）的指标考核，需要结合在应用中达到的减振效果和激光惯导系统的动态精度来分析判断减振系统（减振器）优劣。文中以飞行器减振器设计要求为例，对结构设计和减振器匹配设计及试验情况进行分析，给出适合飞行器惯导系统用的减振器。
2 某飞行器系统减振设计要求
2.1 某型系统减振要求
减振器角频率特性要求：
a. 系统用减振器角频率特性满足二阶环节要求，谐振频率≥70Hz，谐振峰幅值不大于5dB；
b. 系统在振动试验条件下，角速度幅值不超出10（o）/s；
c. 系统在振动试验条件下，单方向定位误差不大于100m；
D. 系统用减振器在最大过载条件下的减振器变形不大于减振器的最大线性变形量。
2.2 台体设计要求
激光惯导系统工作时，存在内部与外界两种振动激励影响，内部的振动来源于陀螺抖动，在一段时间内可以看成简谐振动，它是机抖式激光陀螺克服闭锁效应的保障，从这一意义来讲，某型系统的结构设计上是需要得到保护的振动。外界的激励来自环境，主要为随机振动、冲击和过载，这些激励通常是有害的,设计要考虑隔离或衰减。
某型系统在台体设计时既要保证台体具有较强的刚度和强度，又要避开激光陀螺的抖动频率；优化设计加表的安装位置尽量靠近质心，减小加表的杆臂效应；在设计上通过增大安装点和支承点的刚度和强度，减小由于陀螺抖动引起的圆锥运动；最终提供惯性仪表稳定可靠的安装和支撑，为惯性仪表提供良好的力学环境条件，保证系统动态测量精度。
2.3 减振器选择
减振设计一方面要求减振器在低频谐振时有足够大的阻尼值，防止系统在低频谐振时的放大倍数过大；另一方面又希望减振器阻尼在高频时能够迅速衰减，具有较好的高频隔振效果。减振器频率的高低直接影响产品的动态特性和测量精度，减振器的固有频率低，能量衰减效果好，但会带来较大的角运动，影响动态精度，减振器的固有频率高则系统延时小、实时性好，但能量衰减效果差，影响动态测量精度。
该飞行器选用大阻尼粘弹性材料做成的层状减振器。其特点是减振器固有频率可以根据不同的层垫配比进行调整，达到该某型号系统用减振器的频率特性要求。这就需要通过大量的振动试验进行分析和验证。
3 减振器应用及试验
3.1 减振器的配比
对层状减振器采用不同的配比关系会影响减振器自身的频率特性，由于该型号要求减振器的谐振频率≥70Hz，因此根据产品法兰厚度及安装的要求，对减振器进行了大量的匹配试验，经角振动和线振动试验的验证，通过调整减振器层数的配比关系和控制减振器内、外环的加工尺寸要求，最终将减振器的角振动频率控制在100Hz，相应的线振动频率控制在50Hz以上。
3.2 减振器的静压力试验
某型系统用减振器既要有效减振，又不能产生校大附加角运动，要求角速度幅值不超出10（o）/s。这对减振器的刚度性要求较高。层状减振器不同于T型等一次成型的减振器，设计时即能考虑并计算刚度特性，对层状减振器需要对配比完成的一套减振垫进行分组刚度测试，根据刚度测试结果选出一致性较好的减振器配成一套提供某型系统使用.对配比完成的减振器施加力，测试减振器的变形量，测试结果见表1。
表1
施加力 10
20Y（单位：m）
Z（单位：m） 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
1# 94
26
30 155 215 273 329 387 441 495 549 596 646 695 745 791 857
2# 95 154 218 278 339 398 454 510 563 619 668 720 768 819 864
3# 96 161 223 281 337 391 443 498 548 603 653 703 752 801 847
4# 97 166 227 286 348 404 465 518 575 629 685 739 790 843 895
3.3 试验验证情况
3.3.1 线振动试验
根据表1的测试结果选择1套刚度相近的4组减振器进行振动试验。振动时间要求5min，振动方向为X、Y、Z三个方向。
一套减振器减振的等刚度配比为例对减振器进行标记，按图1所示5种匹配状态更换安装位置，进行随机振动试验，每次试验在振动台上安装的方位固定不变。
注： ——1号；——2号； ——3号； ——4号。
图1减振器匹配换位的示意图
A、B、C、D、E五种安装配套关系下振动测试数。A状态下Wy通道的角速率大；B、C、D状态下Wz通道的角速率大；E状态下Wx、Wy、Wz的角速率均小于10（o）/s。为验证数据的一致性又选择两套减振器振动试验的数据进行处理，结果见表2。
表2-1
X轴 Y轴 Z轴
减振器1 9m 62Hz 26m 51Hz 30m 52Hz
减振器2 10m 62Hz 29m 55Hz 29m 55Hz
表2-2
X轴 Y轴 Z轴
减振器1 Wx（单位：(o)/s） 0.34 4.02 6.6
Wy（单位：(o)/s） 3.82 0.60 7.06
Wz（单位：(o)/s） 5.35 5.61 0.34
减振器2 Wx（单位：(o)/s） 0.5 2.40 2.04
Wy（单位：(o)/s） 6.67 0.85 5.28
Wz（单位：(o)/s） 4.03 4.76 0.62
表2中各项指标包括5min振动导航结果，振动各轴瞬时角速率值均满足使用要求。且X、Y、Z轴线振动频率控制在50Hz以上。
3.3.2 角振动试验
根据角振动试验条件，分别对两套减振器进行角振动试验，并对第一套减振器重复进行了两次X轴的角振动试验，验证减振器的重复性，结果均满足设计要求。
4 结论
经过上述分析及试验验证采取匹配减振器安装位置的有效措施来满足技术要求；对于批产产品采取严格控制减振器刚度的一致性，并对配备的4套减振器进行匹配编号标记，确定每套减振器的固定安装位置，保证减振器在最佳工作点上，确保其各项技术指标满足技术要求。
主要作者：马苗苗 ，女，1985年出生，本科学士学位，毕业于西安外国语大学，从事通信产品试验与检验工作。E-mail:[email protected].
参考文献：
[1] 高伯龙，李树棠，激光陀螺，长沙：国防科技大学出版社，1984
关键词：激光陀螺 减振器角速率
1 引言
随着科技的不断发展，惯导设备已经广泛应用在航空、航天、勘测等领域。在国内，激光惯导系统的研究正蓬勃发展，随着激光陀螺技术的逐渐成熟和大规模生产，激光惯导系统将越来越多的服务于国防现代化建设。激光惯导系统用减振系统（减振器）的性能不是单纯的减振系统（减振器）的指标考核，需要结合在应用中达到的减振效果和激光惯导系统的动态精度来分析判断减振系统（减振器）优劣。文中以飞行器减振器设计要求为例，对结构设计和减振器匹配设计及试验情况进行分析，给出适合飞行器惯导系统用的减振器。
2 某飞行器系统减振设计要求
2.1 某型系统减振要求
减振器角频率特性要求：
a. 系统用减振器角频率特性满足二阶环节要求，谐振频率≥70Hz，谐振峰幅值不大于5dB；
b. 系统在振动试验条件下，角速度幅值不超出10（o）/s；
c. 系统在振动试验条件下，单方向定位误差不大于100m；
D. 系统用减振器在最大过载条件下的减振器变形不大于减振器的最大线性变形量。
2.2 台体设计要求
激光惯导系统工作时，存在内部与外界两种振动激励影响，内部的振动来源于陀螺抖动，在一段时间内可以看成简谐振动，它是机抖式激光陀螺克服闭锁效应的保障，从这一意义来讲，某型系统的结构设计上是需要得到保护的振动。外界的激励来自环境，主要为随机振动、冲击和过载，这些激励通常是有害的,设计要考虑隔离或衰减。
某型系统在台体设计时既要保证台体具有较强的刚度和强度，又要避开激光陀螺的抖动频率；优化设计加表的安装位置尽量靠近质心，减小加表的杆臂效应；在设计上通过增大安装点和支承点的刚度和强度，减小由于陀螺抖动引起的圆锥运动；最终提供惯性仪表稳定可靠的安装和支撑，为惯性仪表提供良好的力学环境条件，保证系统动态测量精度。
2.3 减振器选择
减振设计一方面要求减振器在低频谐振时有足够大的阻尼值，防止系统在低频谐振时的放大倍数过大；另一方面又希望减振器阻尼在高频时能够迅速衰减，具有较好的高频隔振效果。减振器频率的高低直接影响产品的动态特性和测量精度，减振器的固有频率低，能量衰减效果好，但会带来较大的角运动，影响动态精度，减振器的固有频率高则系统延时小、实时性好，但能量衰减效果差，影响动态测量精度。
该飞行器选用大阻尼粘弹性材料做成的层状减振器。其特点是减振器固有频率可以根据不同的层垫配比进行调整，达到该某型号系统用减振器的频率特性要求。这就需要通过大量的振动试验进行分析和验证。
3 减振器应用及试验
3.1 减振器的配比
对层状减振器采用不同的配比关系会影响减振器自身的频率特性，由于该型号要求减振器的谐振频率≥70Hz，因此根据产品法兰厚度及安装的要求，对减振器进行了大量的匹配试验，经角振动和线振动试验的验证，通过调整减振器层数的配比关系和控制减振器内、外环的加工尺寸要求，最终将减振器的角振动频率控制在100Hz，相应的线振动频率控制在50Hz以上。
3.2 减振器的静压力试验
某型系统用减振器既要有效减振，又不能产生校大附加角运动，要求角速度幅值不超出10（o）/s。这对减振器的刚度性要求较高。层状减振器不同于T型等一次成型的减振器，设计时即能考虑并计算刚度特性，对层状减振器需要对配比完成的一套减振垫进行分组刚度测试，根据刚度测试结果选出一致性较好的减振器配成一套提供某型系统使用.对配比完成的减振器施加力，测试减振器的变形量，测试结果见表1。
表1
施加力 10
20Y（单位：m）
Z（单位：m） 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
1# 94
26
30 155 215 273 329 387 441 495 549 596 646 695 745 791 857
2# 95 154 218 278 339 398 454 510 563 619 668 720 768 819 864
3# 96 161 223 281 337 391 443 498 548 603 653 703 752 801 847
4# 97 166 227 286 348 404 465 518 575 629 685 739 790 843 895
3.3 试验验证情况
3.3.1 线振动试验
根据表1的测试结果选择1套刚度相近的4组减振器进行振动试验。振动时间要求5min，振动方向为X、Y、Z三个方向。
一套减振器减振的等刚度配比为例对减振器进行标记，按图1所示5种匹配状态更换安装位置，进行随机振动试验，每次试验在振动台上安装的方位固定不变。
注： ——1号；——2号； ——3号； ——4号。
图1减振器匹配换位的示意图
A、B、C、D、E五种安装配套关系下振动测试数。A状态下Wy通道的角速率大；B、C、D状态下Wz通道的角速率大；E状态下Wx、Wy、Wz的角速率均小于10（o）/s。为验证数据的一致性又选择两套减振器振动试验的数据进行处理，结果见表2。
表2-1
X轴 Y轴 Z轴
减振器1 9m 62Hz 26m 51Hz 30m 52Hz
减振器2 10m 62Hz 29m 55Hz 29m 55Hz
表2-2
X轴 Y轴 Z轴
减振器1 Wx（单位：(o)/s） 0.34 4.02 6.6
Wy（单位：(o)/s） 3.82 0.60 7.06
Wz（单位：(o)/s） 5.35 5.61 0.34
减振器2 Wx（单位：(o)/s） 0.5 2.40 2.04
Wy（单位：(o)/s） 6.67 0.85 5.28
Wz（单位：(o)/s） 4.03 4.76 0.62
表2中各项指标包括5min振动导航结果，振动各轴瞬时角速率值均满足使用要求。且X、Y、Z轴线振动频率控制在50Hz以上。
3.3.2 角振动试验
根据角振动试验条件，分别对两套减振器进行角振动试验，并对第一套减振器重复进行了两次X轴的角振动试验，验证减振器的重复性，结果均满足设计要求。
4 结论
经过上述分析及试验验证采取匹配减振器安装位置的有效措施来满足技术要求；对于批产产品采取严格控制减振器刚度的一致性，并对配备的4套减振器进行匹配编号标记，确定每套减振器的固定安装位置，保证减振器在最佳工作点上，确保其各项技术指标满足技术要求。
主要作者：马苗苗 ，女，1985年出生，本科学士学位，毕业于西安外国语大学，从事通信产品试验与检验工作。E-mail:[email protected].
参考文献：
[1] 高伯龙，李树棠，激光陀螺，长沙：国防科技大学出版社，1984