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《哈尔滨工程大学》 2018年
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光纤陀螺捷联惯导系统力学环境分析及试验技术研究

刘惠敏  
【摘要】:捷联式架构已成为惯性导航装置普遍采用的结构形式。随着航天飞行器飞行速度不断提升以及再入大气层超高速飞行时经历的强烈的气动噪声,捷联惯导系统面临恶劣的、随机的、宽频的以及多方向性的振动力学环境。严苛的振动力学环境使捷联惯导系统在某频段的振动量级远远超过其内部惯性器件能够保持精度的振动量级,造成捷联惯导系统性能的不稳定或电子元器件损坏,甚至导致导航功能下降或丧失。针对新型光纤陀螺捷联惯导系统的力学环境适应性问题,本文提出在系统研制期间引入以结构动力学分析和力学环境试验为核心的动态优化循环设计方法,该方法在系统几何模型设计完之后,系统样机制造之前,引入结构动力学建模与分析技术求解系统的结构动力学特征和动态响应特性。获得现有设计的强度、刚度、屈曲稳定性等力学参数,具体的显示结构各部分应力、应变、位移、速度、加速度等力学特性分布情况,直观的描述出系统的力学薄弱环节和结构缺陷位置。之后有目的的返回设计阶段修改几何设计方案。通过反复修改、完善和优化,使得在系统样机制造之前已得到理论上的最佳设计方案,最后通过样机制造和力学试验进行系统验证和完善。动态优化循环设计法克服了传统的“几何设计-样机制造-力学试验-修改几何设计”方式的盲目性,很大程度上避免发生“欠试验”或“过设计”现象,降低研发成本、设计进度和开发周期。本文以光纤陀螺捷联惯导系统初步设计方案为例,系统研究采用该方法时需要解决的若干关键问题。从姿态解算、速度解算及位置解算三个方面推求动力环境对捷联惯导系统导航输出性能的影响。对带电工作捷联惯导系统样机进行振动试验,验证振动环境对惯性器件输出和导航输出产生的影响,给出系统输出误差及量级。指出从结构、材料、减振等方面提升系统抗振性能的必要性。总结归纳系统结构动力学的试验法、解析法和数值法。对工程上典型几何结构采用解析法和有限元数值法进行结构力学特性求解和比较,验证文中解析法推求计算表达式的正确性、有限元数值法在求解此类问题的准确性和适用性。根据比较结果确定本文采用其中的有限元数值法和力学试验法,用于相互配合,互相验证。采用CAD-CAE流程建立光纤陀螺捷联惯导系统有限元数学模型。给出建立模型和分析求解的重要步骤及设置。采用复合材料单层力学理论近似关系式求解光纤陀螺光纤环近似弹性模量、泊松比、密度等关键参量。对建立好的有限元模型从捷联惯导系统内部结构和整体结构两个方面进行模态分析,获得光纤陀螺捷联惯导系统装置初步设计模型的固有频率、模态振型等基本力学特性。分析具有代表性的捷联惯导系统运载体环境振动条件,如舰船工作环境、导弹工作环境等,指导系统振动量级的设定,设置合理的外力函数。给出随机振动、正弦振动响应分析方法,进行捷联惯导系统随机振动、正弦振动动态响应分析。根据捷联惯导系统具体情况选择求解算法及相应设置。针对捷联惯导系统初步设计方案分析中显示出来的一些不合理因素进行结构修改,并从模态特征频率的角度探索系统结构优化的方法,分别从谐响应分析和随机振动分析的角度得到改进优化后结构的动态响应和动态特性。以捷联惯导系统组合框架为试验对象进行结构振动试验设计,给出试验装置、试验准备、振动量级、激励方向等试验条件。进行扫频振动试验和随机振动试验并与有限元数值法求解结果比较验证本文建立有限元数学模型方法的正确性和动态响应计算结果的正确性,并找到试验与仿真计算结果的误差源。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN96

【参考文献】
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1 姚建军;余盛强;甄瑞;闫红松;殷增振;刘志军;;捷联惯导系统在声振综合环境下的动力学响应特性研究[J];导航定位与授时;2015年02期
2 汤霞清;高军强;武萌;张环;;光纤陀螺捷联惯导隔冲系统设计[J];科技导报;2013年30期
3 张勇刚;郜中星;吴磊;;尾纤长度不对称导致的光纤陀螺振动误差分析[J];红外与激光工程;2013年02期
4 刘智平;韩宗虎;;国外光学捷联惯导系统的技术现状和捷联惯导发展趋势[J];航天控制;2012年05期
5 魏璐璐;左正兴;向建华;;基于ISIGHT的曲柄连杆机构多学科优化[J];机电工程;2011年12期
6 吴磊;田军;程建华;;基于光纤环安装方式的光纤陀螺振动误差抑制方法[J];中国惯性技术学报;2011年06期
7 任春华;李墨;潘英俊;刘进江;任斌;;激光捷联惯导系统动态姿态误差分析与补偿研究[J];系统仿真学报;2011年11期
8 付继波;马静;姚建军;;惯导系统螺栓连接结构的有限元分析与试验验证[J];工程与试验;2011年03期
9 王罡;孙枫;陈广;;新型光纤陀螺支架抗振性有限元分析与优化设计[J];传感器与微系统;2010年06期
10 张志鑫;张大伟;;捷联惯组减振系统角振动、线振动共振频率理论分析[J];中国惯性技术学报;2009年06期
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1 杨卓懿;无人潜器总体方案设计的多学科优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
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1 张旭;基于虚拟样机技术的铸造起重机动力学仿真研究[D];北京工业大学;2016年
2 袁军锋;捷联惯导系统振动控制技术研究[D];中北大学;2014年
3 莫帅;基于虚拟样机技术的宽V带无级变速器的设计与研究[D];天津科技大学;2013年
4 孙宁博;光纤陀螺组合标定及误差补偿技术研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
5 孙辉;捷联惯导系统支座振动控制与结构优化[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
6 徐锐;捷联惯导装置结构的动力学模型与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
7 刘志军;强振动条件下光纤捷联系统结构实验研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
8 孟娟;光纤陀螺振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 陈文海;光纤陀螺数据采集处理系统改进及振动特性研究[D];浙江大学;2004年
【共引文献】
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1 任娟;章博;;减振器布局和跨度对捷联惯组振动影响[J];导航与控制;2015年05期
2 章博;任娟;;捷联惯组空间五点减振的振动耦合分析[J];宇航学报;2015年09期
3 刘颖;徐金涛;王敏娟;;光纤环内部温度场的分析和补偿[J];西安邮电大学学报;2015年05期
4 章博;宋凝芳;潘雄;;基于模态分析的三轴一体光纤陀螺仪轻量化设计[J];北京工业大学学报;2014年11期
5 张鹏飞;苏华昌;;仪器舱惯组支架角振动传递特性分析[J];强度与环境;2014年04期
6 周亚东;雷宏杰;董萼良;吴邵庆;韩晓林;费庆国;;惯性导航平台橡胶减振器斜角布置方法[J];振动.测试与诊断;2014年03期
7 张卫侠;张立峰;刘中平;钱渊;;机载激光捷联惯导系统动态误差的影响分析[J];中国惯性技术学报;2014年03期
8 汪守利;刘海涛;滕纲;刘尔静;张钰;;MEMS惯组抗高g值冲击设计方法[J];中国惯性技术学报;2014年03期
9 江秀红;段富海;金霞;曲萍萍;;LSINS/GPS与自动驾驶仪的动态仿真实验构建[J];计算机工程与设计;2014年04期
10 李晓波;吴斌;董程;李宝利;;捷联惯导减振系统的耦合振动研究[J];装备环境工程;2014年02期
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1 高婷;基于空间拘束运动模拟的AUV动力学建模与操纵性优化设计[D];哈尔滨工程大学;2018年
2 金霞;基于设计空间缩减的多学科设计优化方法研究[D];大连理工大学;2018年
3 刘惠敏;光纤陀螺捷联惯导系统力学环境分析及试验技术研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
4 张代雨;多学科优化算法及其在水下航行器中的应用[D];西北工业大学;2017年
5 王健;MDO方法在水面舰船总体概念设计中的应用研究[D];中国舰船研究院;2017年
6 王建;多学科优化设计在水下无人航行器设计中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2016年
7 程妍雪;复合材料潜器耐压壳设计优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2015年
8 孟德彪;基于可靠性的多学科设计优化及其在机构设计中的应用[D];电子科技大学;2014年
9 刘峰;载人潜器总体设计优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2014年
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1 吕宇飞;基于动力学分析的核环吊运行定位研究[D];大连理工大学;2018年
2 刘华兵;光纤陀螺动态特性测试方法研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
3 王超;运行冲击载荷作用下的起重机主梁疲劳寿命分析[D];太原科技大学;2017年
4 郭超宇;光纤陀螺输入轴失准角误差及补偿技术研究[D];中国航天科技集团公司第一研究院;2017年
5 穆翔;基于ANSYS的结构减振技术仿真研究[D];中北大学;2016年
6 李淑婷;光纤陀螺温度误差测试与补偿方法研究[D];哈尔滨工程大学;2016年
7 岳鑫;用于IFOG振动特性测试的数据采集系统设计[D];哈尔滨工程大学;2016年
8 段振雨;MEMS捷联式惯性导航系统振动控制[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2016年
9 史雷伟;环境应力致光纤陀螺误差机理研究[D];哈尔滨工程大学;2015年
10 苏伟;立式振动磨机的设计与研究[D];陕西科技大学;2015年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邹元杰;韩增尧;张瑾;;航天器全频域力学环境预示技术研究进展[J];力学进展;2012年04期
2 吴磊;田军;程建华;;基于光纤环安装方式的光纤陀螺振动误差抑制方法[J];中国惯性技术学报;2011年06期
3 赵欣;王仕成;杨东方;高运广;罗大成;;一种改进的高动态捷联惯导解算算法[J];中国惯性技术学报;2011年02期
4 王珺;张景绘;宁玮;;复合环境激励下的声振耦合分析[J];振动与冲击;2011年02期
5 王罡;孙枫;陈广;;新型光纤陀螺支架抗振性有限元分析与优化设计[J];传感器与微系统;2010年06期
6 张振祥;;基于ADAMS的压铸机合模机构仿真优化设计[J];轻工机械;2010年03期
7 胡文婕;陈亮;;基于iSIGHT的汽车盘式制动器多学科设计优化[J];农业机械学报;2010年05期
8 周达达;陈国金;龚友平;;基于iSIGHT的多学科优化方法研究[J];机电工程;2009年12期
9 姚建军;;捷联惯导系统不同隔振模式的比较[J];强度与环境;2009年02期
10 万振刚;周百令;吴镇扬;;一种改进的扩展旋转矢量姿态算法[J];火力与指挥控制;2009年02期
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1 蔡昊鹏;基于面元法理论的船用螺旋桨设计方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 王琦;MDO优化算法研究[D];南京航空航天大学;2008年
3 操安喜;载人潜水器多学科设计优化方法及其应用研究[D];上海交通大学;2008年
4 颜力;飞行器多学科设计优化若干关键技术的研究与应用[D];国防科学技术大学;2006年
5 张科施;飞机设计的多学科优化方法研究[D];西北工业大学;2006年
6 李响;多学科设计优化方法及其在飞行器设计中的应用[D];西北工业大学;2004年
7 卜广志;鱼雷总体综合设计理论与方法研究[D];西北工业大学;2003年
8 陈琪锋;飞行器分布式协同进化多学科设计优化方法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
9 刘涛;大深度潜水器结构分析与设计研究[D];中国船舶科学研究中心;2001年
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1 闫瑞雷;十四自由度车辆动力学模型仿真分析[D];湖南大学;2014年
2 丁振兴;基于虚拟样机技术的门式起重机动态特性分析[D];太原科技大学;2012年
3 郑世山;基于虚拟样机技术的桥式起重机动力学仿真[D];太原科技大学;2012年
4 孙辉;捷联惯导系统支座振动控制与结构优化[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
5 胡丽丽;压电智能结构建模与实验技术研究[D];中北大学;2011年
6 陶瑞萍;微捷联惯导系统振动噪声抑制技术研究[D];中北大学;2011年
7 张欢;基于虚拟样机的大型船用甲板起重机结构动力学仿真研究[D];武汉理工大学;2011年
8 甘文兵;基于有限元和断裂力学的起重机结构故障诊断[D];武汉科技大学;2010年
9 田佳佳;橡胶带式CVT传动特性研究[D];重庆大学;2010年
10 李亚娟;大功率雪橇车带式无级变速器的性能技术研究[D];重庆理工大学;2010年
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8 兰春云,缪玲娟,沈军;陆用捷联惯导系统中里程计刻度因子的在线辨识[J];北京理工大学学报;2003年02期
9 龚云鹏 ,诸水泉;捷联惯导系统半实物仿真振动试验方法[J];现代防御技术;1992年03期
10 郑谔;;捷联惯导系统陀螺罗经对准性能的协方差分析[J];西北工业大学学报;1988年01期
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1 黄卫权;程建华;;提高捷联惯导系统精度的系统研究现状与发展趋势[A];2003年惯性技术科技工作者研讨会论文集[C];2003年
2 裴海龙;张谦;罗沛;;一种小型捷联惯导系统设计[A];第二十四届中国控制会议论文集(下册)[C];2005年
3 耿延睿;滕继涛;崔中兴;房建成;;捷联惯导系统划船效应补偿设计的新方法[A];中国惯性技术学会第五届学术年会论文集[C];2003年
4 庞松;杨正;董洁;;机载光纤捷联惯导系统温度补偿技术[A];2016年光学陀螺及系统技术发展与应用研讨会论文集[C];2016年
5 王岩;王立文;;一种新的捷联惯导系统对准方法[A];2011年中国造船工程学会优秀论文集[C];2012年
6 唐笑慧;富立;范耀祖;;基于蒙特卡洛方法的惯性元件误差模型分析[A];2005全国自动化新技术学术交流会论文集(二)[C];2005年
7 段小庆;王宏力;郑佳华;;高动态下捷联惯导系统姿态算法比较研究[A];2007系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2007年
8 唐笑慧;富立;范耀祖;;基于蒙特卡洛方法的惯性元件误差模型分析[A];2005年全国自动化新技术学术交流会论文集[C];2005年
9 刘辉;尚克军;刘峰;李邦清;;陆用光纤捷联惯导系统定位误差自主抑制技术[A];2010年惯性技术 发展动态 发展方向研讨会文集[C];2010年
10 王晓丽;周浔;;一种易于工程实现的九加速度计测姿方法[A];2011年中国智能自动化学术会议论文集(第一分册)[C];2011年
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1 谢琦 张乃千;惯性导航:遨游空天的“指路明灯”[N];解放军报;2017年
2 通讯员 王健;华燕某型捷联惯导系统性能达到国内领先水平[N];中国航空报;2013年
3 郭玉胜;历久弥新的质量组歌[N];中国航天报;2013年
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1 刘惠敏;光纤陀螺捷联惯导系统力学环境分析及试验技术研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
2 李久顺;捷联惯导系统误差抑制及补偿方法研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
3 陈维娜;机载捷联惯性导航系统高精度快速对准技术研究[D];南京航空航天大学;2017年
4 程子健;无陀螺捷联惯导系统初始对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
5 王秋滢;调制型光纤陀螺捷联惯导系统误差抑制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2014年
6 王司;战术制导武器捷联惯导系统快速传递对准研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 孔星炜;用于微捷联惯导系统的传递对准技术研究[D];清华大学;2010年
8 谷宏强;光纤陀螺捷联惯导系统初始对准技术研究[D];南京理工大学;2009年
9 曹通;光纤陀螺捷联惯导系统在线对准及标定技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
10 刘志平;无陀螺捷联惯导系统若干关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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1 袁纵;舰船捷联惯导系统综合校正技术研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
2 王少毅;船用捷联惯导系统海上对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
3 牟宏杰;冗余式捷联惯导系统旋转调制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
4 卢曼曼;光纤捷联惯导系统的阻尼及校正技术研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
5 孟佳帅;光纤陀螺捷联惯导系统杆臂效应补偿方法的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2018年
6 张强;捷联惯导系统高度阻尼与罗经对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
7 崔少华;捷联惯性/天文组合导航算法研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
8 侯若芝;车载激光陀螺捷联惯导系统零速修正算法研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
9 赵星宇;基于参数估计的捷联惯组整弹标定方法研究[D];中国航天科技集团公司第一研究院;2018年
10 袁鹏;激光陀螺捷联惯导系统动基座标定技术研究[D];中国航天科技集团公司第一研究院;2018年
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