Разработка и конструирование чувствительных элементов навигационных систем на базе современных компьютерных технологий

 

      В настоящее время в различной навигационной аппаратуре широко используются микромеханические датчики (гироскопы и акселерометры). Современные требования к характеристикам и показателям этих датчиков постоянно повышаются, что обуславливается расширением их областей применения, в значительной мере отличающихся все более высокими уровнями внешних воздействующих факторов, в частности расширяющимися диапазонами параметров механических (вибраций и ударов) и температурных воздействий.

      В этой связи одними из направлений деятельности международной научной лаборатории «Интегрированные системы ориентации и навигации» являются:

- разработка математических моделей чувствительных элементов микромеханических гироскопов, учитывающих влияние механических и тепловых воздействий с широкими диапазонами параметров;

- разработка методов проектирования специализированных интегральных схем с низким уровнем шума для систем управления движением чувствительных элементов микромеханических датчиков;

- формулирование принципов конструирования и проектирования чувствительных элементов многомассовых микромеханических гироскопов (рис. 1).

Рис. 1. Конструктивная компоновка двухмассового микромеханического гироскопа.

(Источник:  Елисеев  Д.П.   Повышение виброустойчивости микромеханического гироскопа RR-типа : Дис.  …  канд. техн. наук  05.11.03.  СПб., 2015. 142 с.)

      Последнее из перечисленных направлений считается в мировой практике наиболее перспективным методом повышения стойкости микромеханических датчиков к механическим и температурным воздействиям.

      В рамках указанных работ на базе современных программных средств конечно-элементного анализа решаются комплексы связанных задач из таких областей как механика (рис. 2), термодинамика (рис. 3), системотехника и пр. Решение указанных задач позволяет сформулировать требования к построению многомассовых конструкций микромеханических инерциальных датчиков и может быть использовано для разработки конкурентоспособных прецизионных навигационных систем.

 

Рис. 2. Результаты конечно-элементного анализа дефомации инерционных тел двухмассового микромеханического гироскопа при воздействии внешнего ускорения.

(Источник:  Елисеев  Д.П.   Повышение виброустойчивости микромеханического гироскопа RR-типа : Дис.  …  канд. техн. наук  05.11.03.  СПб., 2015. 142 с.)

 

Рис. 3. Результаты конечно-элементного анализа тепловых процессов в корпусе микромеханического гироскопа.

(Источник: рисунок 3 предоставлен сотрудником МНЛ, к.т.н. Елисеевым Д.П.)