Тред №126401

Цитата: Александрушка от 11.07.2009 18:23:13Здравствуйте!

Цитата: Александрушка от 11.07.2009 18:23:13

 

И Вам по здорову быти!

Цитата: Александрушка от 11.07.2009 18:23:13Вы могли бы рассказать о современных типах гироскопов (в частности, об атомном и электростатическом) - какова у них скорость дрейфа, каковы массо-габаритные размеры.

Цитата: Александрушка от 11.07.2009 18:23:13

 

Ну, с "электростатическим" - всё очень просто: это обычный механический гироскоп с электростатическим подвесом (т.н. "трехстепенной шаровой гироскоп"), работающий "на выбеге".
Конструктивно он выглядит как полая сфера из хорошо электропроводящего лёгкого металла (обычно - бериллиевый сплав), помещённая в вакуумную камеру с системой электродов, обмоток и оптодатчиков (типа тех, что в мышах стоят, только сильно более качественных).
Работает он следующим образом: для начала камера откачивается до сверхвысокого вакуума (даже не "масляного", а "геттерного", т.е. не ниже 10^-8 мм.рт.ст.), потом при помощи шести электродов шар гироскопа вывешивается по всем трёх осям (причём зазор между ним и электродами составляет всего десятки микрон), раскручивается разгонными обмотками (см. обычный трехфазный движок с короткозамкнутым ротором, а ещё лучше - центрифугу для разделения изотопов (она по скоростям подходит сильно больше), после чего системой нивелирующих обмоток гасятся нутационные колебания (например, от паразитных полей и неравномерностей разгонной системы), и шар оставляется в покое. Поскольку трения об вакуум не существует, сам шар немагнитен (и, следовательно, токи-фуки в камере навести не может), то вертеться он может до морковкиных заговен (при ваккуме 10^-9 мм, общепринятом для таких систем, постоянная времени выбега ротора (т.е. то время, за которое его угловая скорость уменьшится в e=2,718... раз) составляет что-то в районе четырехсот-пятисот лет... ). Поскольку ничего кроме электростатического подвеса на него не воздействует - то увод оси вращения у него составляет что-то в районе десятка(ов) угловых секунд в сутки и определяется в основном асферичностью ротора (а он при изготовлении контролируется так же, как и телескопные зеркала, при помощи оптической интерферометии и допуски на его изготовление не превышают 1/8 длины волны излучения используемого лазера (обычно - линия 1064 нм CO₂ с внутрирезонаторным удвоением, т.е. ярко-зеленая). Т.е., штука получается чрезвычайно могучая, но...
а) фантастически геморройная в изготовлении,
б) несколько менее геморройная, но всё равно далеко за пределами, доступным простому смертному в обслуживании/запуске, и, наконец,
в) сдыхающая от каждого чиха в радиусе километра (потому как несущая способность электростатического подвеса на порядки меньше чем даже у электромагнитного, а о механике - и говорить стыдно).
Посему область применения таких девайсов - это прежде всего всяческая астрономия и геофизика (там их монтируют на чугунёвую подпружиненную болванку весом в ...дцать тонн, которую подвешивают в соответствующий колодец, и вибрации этой системе становятся глубоко пофиг), ну и теоретически - в какой-нить сверхдальней космонавтике (после того, как отработают разгонные движки - таким гироскопом пользоваться сам Бог велел, и в следующие 400 лет полёта какого-нить зонда задаваться вопросом о том, куда имено он летит - уже не придётся... ).
В реальной же конструкторской жизни эта штука применима несколько менее, чем даже водородный мазер (наиболее точный из вторичных стандартов частоты/времени), поскольку он по сравнению с ней - невыносимо дубов и бронебоен...

Несколько более применимым в обыденой жизни является его аналог, только не с электростатическим подвесом, а с магнитным (да ещё и вдобавок - охлажденный до полной сверхпроводимости). Удобнее это по следующим причинам: во первых - не нужна схема стабилизации по осям (достаточно постоянных магнитов, которые будут выталкивать идеально диамагнитный сверхпроводник строго в центр вакуумной камеры, и во вторых - не надо городить вокруг него всяческую оптику и причитающиеся к ней компьютерные прибамбасы, достаточно воспользоваться эффектом Лондона (генерация магнитного поля при вращении сверхпроводника). Взамен получаем лишь проблемы с криостатированием, а как бонус - сильно бОльшую жёсткость магнитного подвеса. Посему такой девайс по меньшей мере единожды в практической жизни применён вне лаборатории всё-таки был (на спутнике Gravity Probe B), причём достаточно успешно...


Что же касается атомных гироскопов - то с ними всё ещё проще: в отличии от атомных стандартов частоты (цезиевой атомно-лучевой трубы -  эталона частоты/длины волны и того же несколько менее точного, но сильно более удобного в повседневной жизни водородного мазера), атомные гироскопы существуют только в воображении журналистов...
Дело в том, что уже во времена Штерна и Герлаха стало понятно, что работать с моментами отдельных атомов - занятие крайне геморройное, так как влияет на них буквально всё, и определить, что именно повлияло в данном случае - задача сама по себе нерядовая, а от ненужных влияний заэкранироваться (не убив при этом нужные) - задача нерядовая даже не в кубе, а в некой сильно более высокой степени... Посему с атомами как-то предпочитают не трахаться, а работать с магнитными моментами либо ядер (т.н. "ядерный гироскоп"), либо электронов (соответственно - электронный).

Первый - это фактически ЯМР-спектрометр, от которого оторвали некоторые детали, а потом ещё и забыли выключить... То бишь, если во всяческих ЯМР-исследованиях интересуют в основном всяческие параметры перехода ядер из состояния "по полю"/"против поля" в хаотическое и обратно (всяческие спин-решёточные ("продольные") и спин-спиновые ("поперечные") релаксации, "нутационное эхо" и ещё тыща и одна мелкая и чертовски информативная вкусность), то в гироскопах полезная работа начинается в тот момент, когда все ядра отрелаксировали и устаканились более-менее "по полю". Если в этот момент ориентирующее поле снять, а остальные магнитные поля - качественно заэкранировать (до уровня где-то в 10^-9 от магнитного поля Земли, т.е. сверхпроводящий экран для такого датчика - вынь да положь (причём - I рода), иначе ловить нечего), то суммарный магнитный момент тела датчика будет созранять своё положение в пространстве (ессно, постепенно релаксируя), и его можно использовать как гироскоп. Но... беда в том, что для того, чтобы этим воспользоваться, нам надо иметь тело датчика, отвечающее целой куче условий: во первых, это должет быть ядерный парамагнетик (т.е. все электроны должны быть спарены, дабы не вносить погрешностей), во вторых, если это вещество состоит из разных атомов - все, кроме одного для вящей внятности должны иметь дважды магические ядра, а также в третьих..., четвёртых... - и далее по порядку натурального ряда. Ну и, ессно "в нулевых" - чем больше у такого вещества времена релаксации - тем дольше наш гироскоп проживёт. Предпочтительно при этом работать с как можно более лёгкими ядрами, посему пользуются либо протонами (причём, поскольку для того, чтобы мерить можно было устойчиво - их должно быть в образце относительно немного, отсюда - подбираем какую-нить органику, растворённую в дейтериевой воде (у дейтерия момент нулевой, кислород вообще дважды магический, а диссоциирует вода весьма слабо, и, ergo, неспаренные электроны под руками не мешаются), либо гелием-3 (возможно, из тех же соображений, растворяя его в гелии-4, который тоже дважды магический и посему для ЯМР напрочь невидимый). Характерные времена релаксации для таких сред: органика в воде/C₂D₅OD (в воде, увы, растворяется далеко не всё, так что марш в "Серву" (Serva Finebiochemics AG) покупать ПДС (полностью дейтерированный спирт) по ...надцать килоевро за литр... ) - единицы секунд, чистый гелий-3 в рубашке сверхтекучего ₄He (т.е., ниже двух кельвин) - в районе часа, раствор ~0,1% ³He в ⁴He при тех же температурах - при особом везении до года. Как сами понимаете, более-менее реально применить на практике разве что последний вариант (если, конечно не лень трахаться со всяческой криостатикой, экранированием, и.т.д., и.т.п... ).

Электронный - это то же самое, только пользуются не ядерными, а электронными моментами. Поскольку гиромагнитное отношение для электронов мала-мала выше, чем для ядер (порядков эдак на пару... ) - то во столько же раз и жить/мерить направление становится легче. Рабочие тела для таких гироскопов, ессно, обязаны содержать неспаренные электроны в большом количестве. Наиболее интересные кандидаты - это всяческая органическая свободнорадикальная дрянь и атомарный пар щелочных металлов (удобство работы с этим добром - можете представить сами... ). Техника работы - ровно та же (с точностью до свойств рабочего тела), характерные времена релаксации - увы, миллисекунды (потому как горячо, особенно по сравнению с гелием... ).

В общем, резюмируя кратко, всё вышеозначенное - любимая игрушка физика-экспериментатора и одновременно - ночной кошмар инженера (причём не просто ночной, а по тяжёлой обкурке с хорошего похмела). Посему инженерам даже просто смотреть в эту сторону - вредно для состояния и писихики, и кошелька...


Отсюда возникает вопрос: а что, так теперь бедным инженерам и юзать то, что Фуко изобрёл, со всеми его неудобствами, даром, что полтораста лет прошло?
Вопрос справедливый, и ответ на него таки есть (особенно, если в ядерно-электронно-магнитно-сверхпроводниково-электростатические дебри не забираться... ). Ответ этот называется: квантовый (лазерный) гироскоп.

Бывает он двух видов: с активным оптическим трактом (исторически первый сложившийся, ессно слегка кривоватый, как и всякий первый блин), и с пассивным (т.е более современный).
Тот, который активный - ещё называют "кольцевым лазером" и представляет он собой обычнейшую ЛГ-шку, при помощи зеркал свёрнутую в кольцо (причём, если совсем строго - зеркала могут быть и снаружи, т.е. набрать такую байду можно и из стандартных, промышленно выпускаемых трубок, треугольником или четырехугольником). Условие генерации в такой конструЯкции - это чтобы во первых продольная мода, на которой генерация идёт, была наиболее энергетически выгодна (лежала как можно ближе к центру линии), а во вторых - чтообы по нашему кольцу укладывалось целое число волн. Ясно, что это условие от направления обхода не зависит, и, следовательно, решений всегда два (одна волна ходит по часовой стрелке, другая - против). Если в какую-то точку такого колечка засунуть полупрозрачное зеркало и вывести эти волны наружу - они, ессно образуют интерференционную картину, и, ессно, статичную (потому как частоты их одинаковы и неизменны). Но.... одинаковы они ровно до тех пор, пока мы этот лазер не начали вертеть вокруг вертикальной оси кольца. Как только начали - появился продольный доплер (который в отличии от поперечного - нифига не релятивистский, и вопрос его детектирования - только в точности измерений), и картинка начала мерцать/двигаться. Обснабдив это дело соответствующими фотодиодами и примитивнейшим PIC'ом, дабы считать максимумы туда-сюда (один в один, кстати, совпадающим с электронной начинкой механической мышки... ) - имеем тот самый гироскоп. Беды у него ровно две: сравнительно малая длина оптического пути (и, следовательно, малый набег фазы, который этому пути пропорционален (ну, ладно, если быть совсем точным, не самому пути, а площади контура, но если "при прочих равных", то одно из другого - вполне... )), а во вторых - некий паскудный эффект, именуемый "защёлкивание" (оно же - самосинхронизация продольных мод). В результате этого, мало того, что передаточная характеристика девайса получается достаточно пологой - так у неё вокруг нуля ещё и возникает "ступенька", она же "слепая зона", т.е. движений с угловой скоростью ниже некоторой критической такой гироскоп просто "не видит".
Дабы вылечить эти прискорбные особенности, господа инженерА решили сделать тракт пассивным (а именно - использовать вместо лазерной трубы катушку оптоволокна (предпочтительно - одномодового)), а светить в неё чем-нить снаружи. Ясно, что длина такого волокна может быть хоть километры, и смотав его на достаточно компактную катушку, можно получить эффективную площадь контура несоизмеримо бОльшую её геометрической (т.е. если в катушке 100 тыс витков - домножим на эти 100 тыс и возрадуемся, насколько дофига точность/чувствительность возросла... ). Ну и поскольку среда пассивна - то ничего в ней не защёлкивается. Так что дело только за тем, как ловчее подсветить, и чтобы по пути не затухло. А эти вопросы оптоволоконная промышленность решать сегодня умеет очень хорошо (то бишь, затухание в 0,35 дБ/км на волне 1570 нанометров чичаз - стандарт, а номенклатура твердотельных лазеров - ...ну сами знаете), и посему сейчас стандартный трёхосевой модуль ОМОВГ (одномодового оптоволоконного гироскопа) представляет собой такой кубик с ребром сантиметра два-три, залитый неким спецкомпаундом (эпоксидка с малеиновым ангидридом и ещё кое-какими присадками (для повышения ударной вязкости)), который вполне может без особого вреда для себя выдержать даже выстрел из авиационной пушки (с точки зрения ускорения в стволе - оружия наиболее садистского... ). Лучшие модели механики конечно такое чудо превосходят по всем параметрам, но, увы, выстрела они не выдерживают. Характерный дрейф для таких девайсов ширпотребного качества - в районе одного градуса дуги в час, для лучших образцов - чуть меньше 5 угловых минут в час (по каждой из осей, ессно). В общем, если заменить ими ту механику, которая на первых МБР была - то КВО в единицы метров станет нормой (что, собсно, по результатам последних стрельб мы и видим... ).
У нас такие модули выпускает ППНПК (в девичестве - Пермский часовой), у амов - по преимуществу Raytheon, у японисей - Ixsea (которая первоначально планировала тыкать свои поделки чуть ли не в автомобильные навигаторы, но потом набежали военные моряки со всего мира и... автомобили судя по всему, пока подождут... ), так что выбор есть даже среди стандартных-ширпотребных...

Цитата: Александрушка от 11.07.2009 18:23:13Интересует возможность их применения в задачах инерциальной автономной (без коррекции с GPS) навигации сверхмалых летательных аппаратов.

Цитата: Александрушка от 11.07.2009 18:23:13

 

А вот тут у Вас ошибка прям-таки гносеологическая.. Не "вместо", а "вместе" (т.е. для коррекции/верификации и как бэкап, причём, если по уму делать, то и GPS тоже должна быть как минимум двухстандартной, т.е. с одновременным использованием и ГЛОНАССа, и Navstar'а)...

• +0.00 / 0

Цитата: Мимохожий от 12.07.2009 20:56:58
В общем, если заменить ими ту механику, которая на первых МБР была - то КВО в единицы метров станет нормой (что, собсно, по результатам последних стрельб мы и видим... ).

Цитата: Мимохожий от 12.07.2009 20:56:58

 

Извините, а собственная кучность ББ (одна из самых весомых составляющих точности стрельбы МБР) куда девается?

• +0.00 / 0

Цитата: НАлЕ от 13.07.2009 00:55:58
Извините, а собственная кучность ББ (одна из самых весомых составляющих точности стрельбы МБР) куда девается?

Цитата: НАлЕ от 13.07.2009 00:55:58

 

Да как обычно, систематическая ошибка выводится в ноль на этапе разведения ББ (и точность сего процесса именно качеством гироскопа и определяется), а собственный разброс аэродинамики - это уже, ребята, к ...хм-м материалоедам и прочим композитчикам (они последние ...дцать лет тоже не груши околачивали... ).

• +0.00 / 0

Цитата: Мимохожий от 13.07.2009 02:21:44
Да как обычно, систематическая ошибка выводится в ноль на этапе разведения ББ

Цитата: Мимохожий от 13.07.2009 02:21:44

 

Без коррекции от внешних источников Вы "0" одной инерциалкой не получите.

Цитата, а собственный разброс аэродинамики - это уже, ребята, к ...хм-м материалоедам и прочим композитчикам (они последние ...дцать лет тоже не груши околачивали... ).

Надеюсь, что не спали в оглоблях и кой-чего добились.
Но КВО в единицы метров на межконтинентальной дальности под руководством инерциальной СУ(без коррекции и (или) самонаведения)? ???
"Меня терзают смутные сомнения ..."

• +0.00 / 0

Цитата: НАлЕ от 13.07.2009 02:41:15
Но КВО в единицы метров на межконтинентальной дальности под руководством инерциальной СУ(без коррекции и (или) самонаведения)? ???
"Меня терзают смутные сомнения ..."

Цитата: НАлЕ от 13.07.2009 02:41:15

 

Встречал оценки влияния атмосферы на КВО для ББ класса W88/Mk5 по MET в 30-40м минимум (это с учетом BALPAR как я понимаю). Так что без коррекции никак. Впрочем есть смутные сомнения что тот же Mk5 разрабатывали с расчетом на доработку до корректируемого.

• +0.00 / 0

Цитата: Aqualang от 14.07.2009 11:44:19
Встречал оценки влияния атмосферы на КВО для ББ класса W88/Mk5 по MET в 30-40м минимум (это с учетом BALPAR как я понимаю). Так что без коррекции никак. Впрочем есть смутные сомнения что тот же Mk5 разрабатывали с расчетом на доработку до корректируемого.

Цитата: Aqualang от 14.07.2009 11:44:19

 

Доработать НББ в управляемый (корректируемый, маневрирующий) - это все равно, что обычный артиллерийский снаряд доработать в управляемый. То есть, обычный снаряд, не дорабатывая, отложить в сторону и с чистого листа "нарисовать" что-то управляемое.

• +0.00 / 0

Цитата: Мимохожий от 12.07.2009 20:56:58
И Вам по здорову быти!
А вот тут у Вас ошибка прям-таки гносеологическая.. Не "вместо", а "вместе" (т.е. для коррекции/верификации и как бэкап, причём, если по уму делать, то и GPS тоже должна быть как минимум двухстандартной, т.е. с одновременным использованием и ГЛОНАССа, и Navstar'а)...

Цитата: Мимохожий от 12.07.2009 20:56:58

 

про лазерные гироскопы, до 10 кг
http://lasergyro.ru/BSE.aspx
но лучше 5 минут

• +0.00 / 0

Цитата: оболтус от 13.07.2009 01:58:06про лазерные гироскопы, до 10 кг
http://lasergyro.ru/BSE.aspx

Цитата: оболтус от 13.07.2009 01:58:06

 

Про этот народец с Хорошевки я ...хм-м... достаточно хорошо осведомлён...
Но посикоку они по сути своей (и до жути общественной... ) минрадиопромовцы - то перевес у них изрядный, и сильно лучшая точность это отнюдь не искупает (тем более, что её они заялвляют в "коммерчческом" диапазоне (т.е. тождественный ноль по воздействиям группы 4.1 и температуры от 0 до 70 цельсия)... ). Общемашевская школа предполагает как минимум на порядок меньший общий вес и габариты, даже у ширпотреба, а также несоизмеримо бОльшую живучесть/пох@изм к внешней среде... А для БПЛА IMHO это несколько более важно, нежели точность.

• +0.00 / 0

Цитата: оболтус от 13.07.2009 01:58:06
про лазерные гироскопы, до 10 кг
http://lasergyro.ru/BSE.aspx
но лучше 5 минут

Цитата: оболтус от 13.07.2009 01:58:06

 

Тут такое дело...
Помните катастрофу 737 Норда в Перми?
А А320 армавиа в Адлере?

Вот вариант решения проблем:
http://www.avsim.su/…try1105789

• +0.00 / 0

Цитата: Хрюн Моржов от 17.07.2009 20:18:54Тут такое дело...
Помните катастрофу 737 Норда в Перми?
А А320 армавиа в Адлере?

Вот вариант решения проблем:
http://www.avsim.su/…try1105789

Цитата: Хрюн Моржов от 17.07.2009 20:18:54

 

И?
Всё сказанное - безусловно верно (причём и топикстартером и остальными писавшими: и то, что модель местности на ИЛСе снизит пульс пилотам вдвое (да и вообще не повредит (если сделана прямыми руками), и то, что прототипы этого добра уже выпускаются, но до ума их ещё доводить и доводить, и.т.д., и.т.п...). Вопрос только один: а гироскоп-то тут при чём?  Дело основной НС (неважно, инерциалки или GPS любого генезиса) -  довести борт до зоны приводов а/п назначения, дальше навигация идёт по этим самым приводам (или по WAAS/локальной DGPS), а на глиссаде самолёт ведётся исключительно собственными средствами а/п (ессно, если этот самый а/п выше III категории ICAO, но в то, что ниже - лайнеры такого калибра летать правов не имеют). Так что той точности, что даст даже самый занюханный лазерный гироскоп для этих задач хватает за глаза и по уши. Это раз... Ну а два - это то, что ИНС - это не только гироскоп, но ещё и акселерометры и система интегрирования. И "слабое звено" у аэродинамических ЛА - именно акселерометры (потому как потребный динамический диапазон их (с учётом неизбежных для атмосферы вибраций) - сами наверняка можете посчитать... ), а никак не гироскоп и не "мозги" ИНС (которые на нынешней элементной базе вообще можно легко и непринуждённо сваять с ...надцатикратным резервированием/мажоритированием и ...десятью знаками точности, при этом поместившись максимум в 0,1% цены планера).

• +0.00 / 0