Персоналии
- Панкратов Владимир Михайлович д.т.н., г.н.с. лаборатории анализа и синтеза динамических систем в прецизионной механике ИПТМУ РАН;
- Барулина Марина Александровна, д.ф.-м.н., зав. лабораторией анализа и синтеза динамических систем в прецизионной механике ИПТМУ РАН;
- Голиков Алексей Викторович, к.т.н., в.н.с. лаборатории анализа и синтеза динамических систем в прецизионной механике ИПТМУ РАН;
- Панкратова Елена Владимировна, к. ф.-м.н., в.н.с. лаборатории анализа и синтеза динамических систем в прецизионной механике ИПТМУ РАН;
Грантовая поддержка и исследований
Работа исследовательской группы поддержана проектом РФФИ № 19-08-00839 А «Исследование влияния внешних динамических тепловых возмущений различного характера на волоконно-оптические гироскопы блока измерения угловых скоростей с двухконтурной системой терморегулирования на элементах Пельтье. Выявление возможных хаотических режимов в процессе эксплуатации блока измерения угловых скоростей на волоконно-оптических гироскопах»
Направления исследований
Одним из основных направлений развития волоконно-оптических информационно-измерительных систем последнего времени является разработка датчика угловой скорости (волоконно-оптического гироскопа) навигационного класса точности при достижении высокой стабильности его работы с учетом минимизации зависимости выходного сигнала от температуры.
В последние десятилетия волоконно-оптические гироскопы (ВОГ) применяются в системах навигации, управления и стабилизации различных объектов. При относительной простоте ВОГ весьма восприимчив к различным внешним воздействиям, приводящим к уменьшению точности прибора. К таким факторам относятся температурные возмущения, вибрации, флуктуации интенсивности и поляризации проходящих световых сигналов, нелинейные оптические эффекты, невзаимности различного рода в оптическом контуре, дробовые шумы в фотодетекторах и т.д. Современный уровень развития техники и волоконно-оптических технологий выдвигает высокие требования к точности. Основной проблемой, с которой приходится сталкиваться разработчикам ВОГ, является высокая чувствительность гироскопа к внешним и внутренним возмущениям и нестабильностям, что приводит к паразитным дрейфам и, как следствие, ошибкам в выходном сигнале.
В отечественной и зарубежной научной литературе имеется достаточно много публикаций, посвященных проблемам ВОГ. Однако, их анализ свидетельствует о необходимости дальнейшего изучения вопросов улучшения метрологических характеристик приборов. Одной из основных проблем для разработчиков ВОГ навигационного класса точности (0,01 — 0,001°/ч) является достижение высокой стабильности его работы в нестабильных или экстремальных условиях окружающей среды, в частности с учетом чувствительности выходного сигнала к температуре.
Особенно в этом смысле опасны колебания температуры (даже с очень малыми амплитудами и темпами), вызывающие длительные тепловые дрейфы ВОГ.
Большинство указанных возмущений в ВОГ вызывают изменения температуры окружающей среды, приводящих к возникновению длительных дрейфов прибора в виде термически индуцированной («кажущейся») угловой скорости. Практически все узлы и элементы, входящие в состав измерительного гироскопического комплекса, реагируют на изменение их теплового состояния и вносят свой вклад в возникновение кажущейся угловой скорости. Однако, наибольшую роль здесь играет ВОГ, содержащий главный измерительный элемент гироскопа – оптоволоконный контур.
Основные проблемы, которые приходится решать при создании приборов, связаны с подверженностью блока чувствительности тепловым внешним воздействиям, искажающим исходный сигнал и приводящим к возникновению «кажущейся» угловой скорости.
Исследования показывают, что причина явления заключается в изменении показателя преломления волокна в условиях изменяющегося поля термоупругих напряжений в контуре. Причем свой вклад вносят как напряжения от несогласованной деформации каркаса катушки и оптоволоконного массива, так и напряжений при медленном изменении температуры.
Цель и задачи проекта
Целью проекта является повышение точности измерения угловых скоростей ВОГ до уровня навигационного класса точности.
В ходе выполнения проекта будут:
1. Разработаны на основе модернизированного метода «элементарных» балансов тепловые модели трехмерных, неоднородных и нестационарных температурных полей БИУС без активной СТР и с СТР на элементах Пельтье.
2. Разработаны на основе модернизированного метода «элементарных» балансов тепловые модели трехмерных, неоднородных и нестационарных температурных полей ВОГ в составе БИУС без активной СТР и с СТР на элементах Пельтье
3. Разработаны специализированные программные комплексы расчета трехмерных, неоднородных и нестационарных температурных полей БИУС и ВОГ в составе БИУС без активной СТР и с СТР на элементах Пельтье.
4. Выполнен сравнительный анализ трехмерных неоднородных и нестационарных температурных полей БИУС и ВОГ в составе БИУС без активной СТР и с СТР на элементах Пельтье.
5. Произведена оценка повышения точности ВОГ в составе БИУС за счет минимизации температурной погрешности путем использования двухконтурной СТР на элементах Пельтье.
6. Получена количественная оценка изменений габаритно-массовых характеристик и энергопотребления в конструкции БИУС за счет дополнительного использования СТР.
Апробация результатов
Публикации
- Голиков А.В., Панкратов В.М., Барулина М.А., Панкратова Е.В., Ефремов М.В. Исследование температурных полей в сложных навигационных устройствах, предназначенных для эксплуатации в космосе. Инновации и инвестиции. 2019. № 11 С. 167-175.
- Барулина М.А., Фомин Д.В., Голиков А.В., Струков Д.О., Герман А.С. Температурные поля элементов наноспутников. Современная наука: Актуальные проблемы теории и практики. Серия Естественные и Технические Науки. 2019. №12
Конференции
- 3rd International Conference on Information Processing and Control Engineering (ICIPCE 2019) Голиков А.В, Барулина М.А., Панкратова Е.В., Голикова О.В. Modeling of thermal effects on aerospace devices and their components.
Докладчик — Барулина М.А., пленарный доклад.