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新型螺线流管型陀螺原理及实验研究

作　者: 姜燕
导　师: 冷雪飞
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 螺线型 陀螺 流体 振动 压电泵
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 9次
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-23
  1.1 引言  12-14
  1.2 陀螺的发展现状  14-20
    1.2.1 陀螺的分类  14-17
    1.2.2 流体陀螺的国内外发展现状  17-20
  1.3 螺线流管的国内外发展现状  20
  1.4 课题研究意义  20-21
  1.5 论文主要研究内容  21-23
第二章 新型螺线流管型陀螺结构和基本原理  23-35
  2.1 引言  23
  2.2 基本结构  23-26
    2.2.1 基于螺线型流管的无阀压电泵区域结构  23-25
    2.2.2 姿态感知区域结构  25-26
  2.3 工作原理  26-34
    2.3.1 流体的力及运动方程  26-29
    2.3.2 螺线管中流体运动方程  29-32
    2.3.3 新型螺线流管型陀螺工作原理  32-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章 压电振子动态特性研究  35-45
  3.1 引言  35
  3.2 压电振子的组成及振动影响因素  35-38
    3.2.1 压电振子的组成  35-36
    3.2.2 压电振子的振动影响因素  36-38
  3.3 压电振子振动原理分析  38-41
  3.4 压电振子的固有频率和振幅测量  41-44
    3.4.1 测量设备  41-42
    3.4.2 激光位移传感器测量原理  42-43
    3.4.3 测量结果  43-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章 新型螺线流管型陀螺内流场分析  45-60
  4.1 引言  45
  4.2 流体与流动的基本特性  45-47
    4.2.1 流体的性质及受力  45
    4.2.2 流体流动的描述  45-46
    4.2.3 基本控制方程  46-47
    4.2.4 层流与湍流  47
  4.3 陀螺内流体的流场分析  47-58
    4.3.1 流体仿真软件  47-49
    4.3.2 仿真模型  49
    4.3.3 控制方程组  49-50
    4.3.4 仿真结果分析  50-58
  4.4 本章小结  58-60
第五章 新型螺线流管型陀螺的实验研究  60-69
  5.1 引言  60
  5.2 新型螺线流管型陀螺经验方程  60-62
  5.3 新型螺线流管型陀螺的实验设计  62-68
    5.3.1 实验设备介绍  62-64
    5.3.2 实验方案  64-65
    5.3.3 实验分析  65-68
  5.4 本章小结  68-69
第六章 总结与展望  69-71
  6.1 本文的主要工作和研究内容  69-70
  6.2 进一步工作展望  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
在学期间的研究成果及发表的学术论文  75

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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