Гибридный резонатор твердотельного волнового гироскопа с высокой добротностью: конструкция с использованием термоупругого демпфирования, исследование чувствительности и определение характеристик

Авторы: Н.Г. Шарма, Сундарараджан Т., Г.С. Сингх

Важнейшим элементом твердотельного волнового гироскопа (ТВГ) является механический резонатор, обладающий высокой добротностью. В работе рассматривается влияние термоупругого демпфирования (ТУД) на добротность. Для решения данной многогранной эксплуатационной задачи, относящейся к области колебаний, механики твердого тела, теплопередачи и термодинамики, используется метод конечных элементов (КЭ). Основное внимание в статье уделяется зависимости добротности от свойств материала, рабочей температуры и размеров, позволяющих получить требуемую конфигурацию резонатора. По результатам изучения рабочих параметров, таких как эффективная масса и коэффициент преобразования угловой скорости в кориолисово ускорение, предложена гибридная полусферически-цилиндрическая конфигурация резонатора. Уникальность данной работы состоит в исследовании влияния на добротность ультратонкопленочного покрытия (объемная концентрация 0,01%), вариантов и различных комбинаций покрытий. Покрытие способно снижать добротность на несколько порядков в сравнении с непокрытым резонатором. Выяснилось, что выбор материала покрытия и его конфигурация являются очень важными факторами. Другой значимый аспект данной работы – изготовление и подробное описание характеристик гибридного резонатора из кварцевого стекла, на трехмерные поверхности которого наносится тонкопленочное золотое покрытие для получения прецизионных характеристик. После нанесения покрытия производится сверхтонкая балансировка до уровня единиц мГц. Измерение добротности резонатора с нанесенным покрытием выполнено методом лазерной доплеровской виброметрии. Достигнутый уровень добротности окончательной версии функционального гибридного резонатора составляет несколько миллионов единиц.

Ключевые слова: твердотельный волновой гироскоп, эллиптические моды колебаний, добротность, термоупругое демпфирование, тонкопленочное покрытие.

ОБ АВТОРАХ

Шарма Н. Гириш. Научный сотрудник, Индийская организация космических исследований, подразде-ление инерциальных систем (г. Тируванантапурам, Керала, Индия).  Сундарараджан Т. Научный сотрудник, Космический центр им. Викрама Сарабхаи (г. Тируванантапу-рам, Керала, Индия).  Сингх Гаутам Сачин. Старший преподаватель, Индийский технологический институт (г. Гувахати, Индия).

Для цитирования: 

Шарма Н.Г., Сундарараджан Т., Сингх Г.С. Гибридный резонатор твердотельного волнового гироскопа с высокой добротностью: конструкция с использованием термоупругого демпфирования, исследование чувствительности и определение характеристик // Гироскопия и навигация. Том 29. №1 (112), 2021. С. 70-96. DOI 10.17285/0869-7035.0057

Английская версия статьи в журнале Gyroscopy and Navigation

Sharma, G.N., Sundararajan, T. & Gautam, S.S. Thermoelastic Damping Based Design, Sensitivity Study and Demonstration of a Functional Hybrid Gyroscope Resonator for High Quality Factor. Gyroscopy Navig. 12, 69–85 (2021). https://doi.org/10.1134/S2075108721010107