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我国从零起步研制高精度惯性仪表校准检测装置

行业聚焦点中国仪表网2014年12月19日 15:43人气:6676

  【中国仪表网 行业聚焦点】我国研制高精度惯性仪表校准检测装置,填补我国大量程高精度惯性导航仪表设备检测校准的科学仪器领域空白。
  


资料图:国家技术发明一等奖获得者、北航先进惯性仪表与导航技术创新团队
 
  我们常说稳若磐石,可它比磐石还稳10倍;我们常说精细如发丝,可它转动时的半径偏差仅是发丝的1/80。而即便条件如此苛刻,它还是一位超级“链球手”:能够让10公斤的物体,通过每圈时间差仅为1纳秒的稳定旋转,达到100倍的重力加速度。
  
  这就是国家重大科学仪器设备开发专项——高精度惯性仪表校准检测装置——达到最高载荷10kg、相对标准不确定度10—6、稳态线加速度100g等领先指标的我国最高水平精密离心机。这套“大G值”“高精度”重大科学仪器由中国工程物理研究院总体工程研究所研发。
  
  精密离心机是高精度惯性导航仪表的关键检测校准设备。高精度惯性导航作为以陀螺和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统,能根据惯性器件输出解算其在导航坐标系中的速度和位置,在航空航天、国防科技、测绘导航等领域应用广泛。
  
  2011年,作为首批国家重大科学仪器设备开发专项之一,中国工程物理研究院总体工程所启动了“高精度惯性仪表校准检测装置研制及应用”项目。这是一次真正意义上“从零起步”的自主创新——此前,拥有同级别该设备的世界发达国家,就连它的测量模型、技术路线数值模拟方法、基本算法都“秘而不宣”,更别说设计制造、安装工艺。
  
  高精度惯性仪表校准、检测用精密离心机研制集系统设计技术、控制技术、驱动技术、制造技术、测量技术、分析技术、试验技术于一体,是综合性要求较高的系统工程,完成的每项工作都承载了中物院总体所科研团队无数日夜的辛勤付出。研发中,单就相对标准不确定度评定这一个技术点,该团队都是先从基础理论分析着手,对影响该指标的20多个影响因素进行了系统的研究分析,完成了包括设备自身的制造、安装、测量误差补偿计算,地球引力、地脉动,空气温度、湿度,甚至月球引力、天体运行等影响参数相互关系,开展了繁杂的定量分析计算,并利用一台正在研制的精密离心机系统开展了大量的测试与验证,最终才建立了科学合理的指标评定数学模型。
  
  “无人行走地面的稳定性大约在10—5左右,而高精度离心机则要求稳定性是地面的10倍即10-6,如此精密的要求,其背后的研制难度可想而知。”项目负责人、中物院总体所党委书记黎启胜研究员告诉记者,在设备的设计、研制、安装、测试中,中物院总体所攻关团队先后在设计、工艺、材料、装配等领域填补多项空白,其中双向大承载力高精度空气轴承、精密电机、精密测量系统、微震动隔震系统等核心部件均由科研人员自主设计完成,先后申请专利达25项,推动国内加工制造、新材料等领域多项技术进步。
  
  目前,该离心机已达到最高载荷10公斤、相对标准不确定度10-6、稳态线加速度100g等领先指标。它的研制成功也填补了我国1g—100g量程范围内,加速度相对不确定度达到10-6量级的精密离心机空白。
  
  在设备现场,这套总重2.4吨、转盘直径约2.2米的重大仪器,被安装在一个重达2000吨的水泥平台上,通过弹簧从横向和纵向两个方向进行支撑。工作中,它能够以300转/分钟的转速,将最大载荷10公斤的物体,通过旋转达到100倍的重力加速度。在转速精准控制方面,它每圈旋转的时间差仅为1纳秒;在动态半径变化控制方面,由离心力等产生的转轴偏差,仅控制在头发丝的1/80。
  
  该所所长邱勇研究员表示,作为典型的军民融合项目,精密离心机的研制成功将填补我国大量程高精度惯性导航仪表设备检测校准的科学仪器领域空白,推动我国大地测量、石油钻探,及航空、航天、精确制导等国防重大领域的科技进步,并使总体所在土木工程、军工环境模拟、快加速、多自由度过载模拟、载人、精密检测等离心机领域跻身国际先进水平。
(本文来源:科技日报转载请注明出处
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