半球諧振陀螺發(fā)展綜述

帥 鵬,魏學(xué)寶,鄧 亮

(1.裝備采購(gòu)中心,北京100071;2.北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所,北京100074)

0引言

半球諧振陀螺(Hemispherical Resonator Gyro,HRG)是一種沒有高速轉(zhuǎn)子和活動(dòng)支承的振動(dòng)陀螺,具有精度高、質(zhì)量小、體積小、啟動(dòng)時(shí)間短、高過(guò)載(3000g)的特性,連續(xù)工作15年的可靠度高達(dá)0.995,被譽(yù)為最具潛力的哥式振動(dòng)陀螺[1-3].國(guó)外HRG研制主要集中在美國(guó)、俄羅斯與法國(guó)這3個(gè)國(guó)家,于20世紀(jì)90年代在理論及應(yīng)用上便已實(shí)現(xiàn)突破,目前已達(dá)到慣性級(jí)精度水平,并成功應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域.美國(guó)Northrop Grumman公司的HRG系統(tǒng)主要應(yīng)用在對(duì)可靠性、抗電磁輻射要求較高的空間飛行器、衛(wèi)星等項(xiàng)目中[4],根據(jù)最新數(shù)據(jù)(2018年初)統(tǒng)計(jì),其HRG系統(tǒng)已在空間飛行超過(guò)4000萬(wàn)h,且100%任務(wù)成功;法國(guó)薩基姆公司的HRG系列產(chǎn)品已成功應(yīng)用在衛(wèi)星、陸用裝備、海軍裝備、飛航導(dǎo)彈、石油探測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域;俄羅斯HRG主要應(yīng)用在通信衛(wèi)星及武器系統(tǒng)中.國(guó)內(nèi)HRG研制起步相對(duì)較晚,但在理論及試驗(yàn)驗(yàn)證等方面也取得了一定的成果,目前已經(jīng)完成某些國(guó)家重大課題驗(yàn)收及衛(wèi)星飛行試驗(yàn).

1技術(shù)原理及優(yōu)勢(shì)

HRG的工作原理是基于半球殼諧振子繞中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的哥氏效應(yīng),而使其振型在環(huán)向相對(duì)殼體進(jìn)動(dòng)的物理機(jī)制.

圖1所示為HRG工作原理.當(dāng)殼體繞中心軸轉(zhuǎn)過(guò)Φ角時(shí),振型相對(duì)半球殼反向轉(zhuǎn)過(guò)θ角,且有θ=KΦ,K為振型的進(jìn)動(dòng)因子.只要精確測(cè)出振型相對(duì)殼體轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ,就可測(cè)出殼體繞中心軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度[6-8].

HRG結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,如圖2所示,基本組件為激振器(激勵(lì)罩、激勵(lì)電極)、一個(gè)由熔融石英材料制成的諧振子和檢測(cè)器(讀出電極、讀出基座).因此,成本相對(duì)較低[9];裝配完成后,整個(gè)陀螺形成一個(gè)完全固連的整體,這種固體化的結(jié)構(gòu)可保證其能夠承受3000g的沖擊;選用元器件數(shù)量非常少,諧振子的振動(dòng)僅有幾微米,對(duì)結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生任何破壞,也不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中,因此在結(jié)構(gòu)上保證其具有極高的可靠性,HRG連續(xù)工作15年的可靠度高達(dá)0.995[10];工作原理為振動(dòng)特性,在慣性作用下,當(dāng)HRG斷電15min依然可以完成角速率測(cè)量;部件主要為石英結(jié)構(gòu),且無(wú)熱能、光源等器件,因此,抗電離輻射能力極強(qiáng);其理論精度不受尺寸效應(yīng)的限制,因此在同等精度陀螺中,具有一定的體積優(yōu)勢(shì);通過(guò)控制電路,可實(shí)現(xiàn)在線標(biāo)定陀螺漂移,減少后期的維護(hù)成本[11-13].

2國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

2.1國(guó)外研究進(jìn)展

國(guó)外最早研制HRG的國(guó)家主要為美國(guó)、俄羅斯及法國(guó),目前HRG已成功應(yīng)用在空間型號(hào)、飛機(jī)、導(dǎo)彈及海洋領(lǐng)域.此外,英國(guó)、日本等國(guó)家也有多家公司在研制HRG.

2.1.1 美國(guó)研究進(jìn)展

1890年,G.H.Bryan發(fā)現(xiàn)在振動(dòng)的殼體(高腳杯)旋轉(zhuǎn)時(shí),由于哥氏慣性力的作用,殼體壁撓性振動(dòng)主振型的自振頻率發(fā)生裂解,導(dǎo)致駐波既相對(duì)高腳杯又相對(duì)慣性空間進(jìn)動(dòng),此理論奠定了HRG的基礎(chǔ).此后,A.Kalnin提出了薄殼型振子的振動(dòng)理論,Chintsun對(duì)半球殼的軸對(duì)稱和非軸對(duì)稱振動(dòng)的研究取得了一定的成果.1965年,Dr.David Lynch建立了第一個(gè)半球殼的振動(dòng)理論模型,并利用振動(dòng)金屬環(huán)證明了G.H.Bryan論述的理論可行性.1975年,在美國(guó)海軍的支持下,Delco公司采用低阻尼的熔融石英為諧振子材料,從而奠定了HRG能夠達(dá)到高水平的陀螺的基礎(chǔ).經(jīng)過(guò)不懈的努力,1979年成功研制Φ58mm的酒杯型Block 10 HRG,并成功申請(qǐng)了專利.1982年9月,性能更高的蘑菇型Block 20HRG問(wèn)世,經(jīng)海軍測(cè)試,其精度優(yōu)于1(°)/h,由此獲得海軍的認(rèn)可,從而刺激了HRG的迅速發(fā)展.隨著調(diào)平算法的發(fā)明,1983年,性能更高的雙基振子的Block 30 HRG問(wèn)世.Block系列產(chǎn)品如圖3所示[14-15].

隨著工藝和電子學(xué)水平的提高,HRG性能不斷提升,1986年新一代HRG產(chǎn)品研制成功,主要包括可在惡劣條件下工作的HRG158,用于戰(zhàn)略防御攔截導(dǎo)彈、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈及返回式導(dǎo)彈的HRGR130和用于動(dòng)力推進(jìn)殺傷性武器的HRG115.1987-1990年,通過(guò)利用激光去除質(zhì)量的諧振子平衡裝 置、更新電路系統(tǒng)、改進(jìn)工藝等,最終成功研制出體積更小、精度更高的HRG130T.同時(shí)在空軍的支持下,對(duì)HRG進(jìn)行核輻射條件下的兼容性測(cè)試,測(cè)試結(jié)果證明HRG完全可以在外太空或高輻射條件下應(yīng)用.1987年,Delco公司與波音公司聯(lián)合在波音767商用運(yùn)輸機(jī)上對(duì)采用HRG的捷聯(lián)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn),并獲得成功.1991年,以開發(fā)飛機(jī)導(dǎo)航用慣性參考裝置為宗旨的Carousel-400計(jì)劃啟動(dòng),采用6軸冗余設(shè)計(jì)的HRG158X由此研制成功.不久后又完成了基于HRG158Y的Carousel-404的設(shè)計(jì),由德國(guó)漢莎航空公司的飛行測(cè)試表明,其導(dǎo)航精度優(yōu)于0.8nmile/h.1991年,在波音747飛機(jī)上成功采用HRG慣導(dǎo)系統(tǒng),連續(xù)飛行3000h無(wú)故障.海灣戰(zhàn)爭(zhēng)造成航空業(yè)的不景氣,使得HRG訂單遠(yuǎn)低于預(yù)期,Delco公司被迫停止了HRG的生產(chǎn).HRG 158X/HRG158Y如圖4所示[16-18].

1994年,Litton公司收購(gòu)了Delco公司的慣性事業(yè)部,并對(duì)HRG投入了大量的資源支持,由此,HRG性能得到全面提升,產(chǎn)品也開始向更多應(yīng)用領(lǐng)域拓展.HRG 130R在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)優(yōu)化電極配置、采用新材料、減小尺寸等方法,滿足了石油鉆井行業(yè)對(duì)極端溫度(-40~155℃)下工作、可承受惡劣的環(huán)境(500g沖擊,30g-RMS隨機(jī)振動(dòng))的需求;由 HRG 130Y改進(jìn)設(shè)計(jì)的 HRG 130P,通過(guò)金屬殼密封,消除氮滲漏問(wèn)題,成為目前主推的HRG產(chǎn)品;Hubble HRG通過(guò)改進(jìn)封裝工藝,最大限度地減少了輸出噪聲及熱干擾,最終滿足了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的需求.1994-1995年,Draper實(shí)驗(yàn)室對(duì)HRG130Y進(jìn)一步升級(jí),此后在海軍SP23戰(zhàn)略導(dǎo)彈導(dǎo)航部門與空軍彈道導(dǎo)彈辦公室的聯(lián)合支持下,包含4個(gè)HRG130Y的空間慣性基準(zhǔn)單元(Space Inertial Reference Unit,SIRU)于1996年正式應(yīng)用在外太空項(xiàng)目中,該系統(tǒng)在15年中任務(wù)成功概率高達(dá)0.998[19].由于SIRU性能良好,此后NEAR小行星登陸、水星探險(xiǎn)、撞入彗星、商業(yè)通信衛(wèi)星及CASSINI(2017年9月正式完成任務(wù))的土星環(huán)繞任務(wù)、韋伯望遠(yuǎn)鏡(預(yù)計(jì)2018年底發(fā)射)的導(dǎo)航系統(tǒng)都采用了SIRU系統(tǒng).1999-2004年,為滿足魚叉Mk6LE系統(tǒng)要求,海軍對(duì)HRG130P進(jìn)行了全面測(cè)試,包括長(zhǎng)達(dá)100d的穩(wěn)定性測(cè)試、標(biāo)度因子線性度測(cè)試、振動(dòng)測(cè)試、電磁特性測(cè)試等,測(cè)試結(jié)果表明,HRG130P完全滿足Mk6LE系統(tǒng)要求.HRG130P/HRG 130Y如圖5所示.

2.1.2 俄羅斯研究進(jìn)展

在得知美國(guó)在HRG領(lǐng)域取得的成果后,蘇聯(lián)認(rèn)為HRG為必須擁有的技術(shù),此后大量科研單位參與研究.1985年,茹拉夫廖夫В.Ф.和克里莫夫Д.М.的基礎(chǔ)性專著《半球陀螺》奠定了理論基礎(chǔ).而后,拉明斯克儀器制造設(shè)計(jì)局相繼完成了Φ100mm和Φ50mm的HRG的研制,零偏穩(wěn)定性可達(dá)0.005(°)/h~0.01(°)/h.俄羅斯莫斯科機(jī)電自動(dòng)化儀表研究所開發(fā)了Φ60mm和Φ25mm的HRG,零偏穩(wěn)定性可達(dá)0.01(°)/h.俄羅斯 SIE Medicon研究了直徑為30mm的 HRG,并開發(fā)了獨(dú)特的調(diào)平技術(shù),產(chǎn)品擬用于井斜測(cè)試.國(guó)立莫斯科羅蒙諾索夫大學(xué)、俄羅斯科學(xué)院莫斯科機(jī)械研究所、俄羅斯朱可夫斯基空軍工程研究院等對(duì) HRG的振動(dòng)模型進(jìn)行了深入的研究,對(duì)改進(jìn)HRG的設(shè)計(jì)極為關(guān)注.最新資料表明,近幾年來(lái)俄羅斯的半球陀螺研制取得了很大的進(jìn)展,2002年底,俄羅斯拉明斯克設(shè)計(jì)局研制的以HRG構(gòu)成的垂直導(dǎo)航系統(tǒng)已完成項(xiàng)目的全部論證,并考慮正式投入武器裝備應(yīng)用.鑒于HRG的低成本、高可靠性的特點(diǎn),俄羅斯慣導(dǎo)裝備開始大量裝備HRG.2003年起,蘇霍伊設(shè)計(jì)局生產(chǎn)的蘇系飛機(jī),慣性系統(tǒng)將全部換裝為由HRG構(gòu)成的慣性導(dǎo)航單元.近年來(lái),隨著其航天工業(yè)的復(fù)蘇,HRG技術(shù)的研究也進(jìn)一步加深和完善,HRG在俄羅斯各領(lǐng)域?qū)Ш较到y(tǒng)中仍然占據(jù)重要地位.

2.1.3 法國(guó)研究進(jìn)展

Sagem公司(目前已被Safran集團(tuán)收購(gòu))從20世紀(jì)90年代開始在法國(guó)國(guó)家空間研究中心和法國(guó)武器裝備部的大力支持下,開始對(duì)HRG技術(shù)進(jìn)行研究.1994年,通過(guò)對(duì)幅度控制、速率控制、正交控制等技術(shù)的完善,最終完成了全角控制方案;1998年,通過(guò)使用高精度內(nèi)圓磨床進(jìn)行加工,采用輪廓儀、多普勒激光測(cè)振儀進(jìn)行檢測(cè),實(shí)現(xiàn)了高Q值諧振子的加工;2004年,使用同一組電機(jī),回路間通過(guò)多種方式進(jìn)行解耦,完成了高精度控制電路的設(shè)計(jì);同年,HAMMER/AASM戰(zhàn)術(shù)級(jí)慣性測(cè)量單元(Inertial Measurement Unit,IMU)成功應(yīng)用在AASM(Modular Air-to-Ground Weapon)項(xiàng)目中,截止到2016年,該項(xiàng)目共使用超過(guò)4000只HRG,長(zhǎng)期訂貨合同超過(guò)10000只;2007年,REGYS 20陀螺成功應(yīng)用在Spacebus 4000、Alphabus等衛(wèi)星項(xiàng)目中,截止到2014年,超過(guò)100只HRG(REGYS20)在超過(guò)8顆在軌衛(wèi)星上使用,產(chǎn)品性能良好;2009年,采用激光、離子束進(jìn)行調(diào)平、調(diào)頻,修正重心位置、Q值、頻差的非均勻性,完成了6自由度(自動(dòng)化)調(diào)平;2010年,使用CA回路在線標(biāo)定陀螺標(biāo)度因數(shù),利用控制回路冗余進(jìn)行誤差在線標(biāo)定,從此完成了HRG關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān).隨著HRG的完善,公司也不斷完善HRG尋北儀、慣導(dǎo)系統(tǒng)、羅盤技術(shù),并根據(jù)陸地、海上、空中環(huán)境的不同,基于相同精度HRG陀螺開發(fā)不同類型的產(chǎn)品.2012年,STERNA尋北儀、Sigma20 M慣導(dǎo)、BlueNaute系列慣性導(dǎo)航產(chǎn)品成功應(yīng)用在各種艦船及坦克項(xiàng)目中;2013年,SkyNaute慣導(dǎo)成功應(yīng)用在商用航空領(lǐng)域;2015年,PRIMUS IMU成功應(yīng)用在OEM領(lǐng)域;2016年,阿里安6型火箭采用SpaceNate慣導(dǎo),預(yù)計(jì)將會(huì)在2020年完成首次發(fā)射,自2023年起每年進(jìn)行11次發(fā)射.Sagem公司HRG技術(shù)的發(fā)展及產(chǎn)品應(yīng)用情況如圖8所示[29].

2.2國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

19世紀(jì)80年代,受美俄在HRG領(lǐng)域研究進(jìn)展的鼓舞,國(guó)內(nèi)也開始展開研究,并取得了階段性成果.此后,由于海灣戰(zhàn)爭(zhēng)導(dǎo)致航空業(yè)不景氣,HRG訂單也受到了影響,國(guó)內(nèi)對(duì)HRG的前景預(yù)期降低,HDR研究一度陷入停頓階段.直到十.五期間,國(guó)內(nèi)有關(guān)HRG的研究開始步入正軌,中電26所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、原第二炮兵學(xué)院、東南大學(xué)等多所研究所及高校展開理論研究,主要包括力學(xué)模型、信號(hào)檢測(cè)、誤差機(jī)理分析、振幅控制、動(dòng)態(tài)建模、溫度特性以及應(yīng)用層面進(jìn)行理論分析及樣機(jī)研制,并取得了豐碩的理論成果.2002年,中電26所完成了第一個(gè)力平衡模式HRG樣機(jī)研制,此后,該所承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家課題,攻克了諧振子加工平衡、電路優(yōu)化設(shè)計(jì)、諧振子工藝等多項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了HRG產(chǎn)品在應(yīng)用領(lǐng)域的突破;2012年10月,該所的半球諧振陀螺姿態(tài)控制系統(tǒng)成功完成為期2年的空間衛(wèi)星飛行試驗(yàn);2015年,順利通過(guò)了國(guó)家863項(xiàng)目長(zhǎng)壽命高可靠半球諧振陀螺項(xiàng)目驗(yàn)收,該陀螺零偏穩(wěn)定性為0.0016(.)/h,達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平[1].上海航天控制技術(shù)研究所經(jīng)過(guò)6年技術(shù)攻關(guān),突破高精度敏感器件控制技術(shù)、溫度控制技術(shù)、信號(hào)采集處理技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)HRG慣性系統(tǒng)自主研發(fā),2018年在通信技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星成功首飛[30].圖9為該系統(tǒng)展示圖.

半球諧振陀螺飛行試驗(yàn)的成功,且能夠滿足一定的使用要求,但距離達(dá)到工程化、實(shí)用化還有相當(dāng)長(zhǎng)的距離,其原因在于半球諧振陀螺敏感表頭的制作過(guò)程中,誤差差異性較大,導(dǎo)致陀螺的一致性、可靠性問(wèn)題較為突出.其中小批量生產(chǎn)中同一批次的陀螺敏感表頭品質(zhì)因數(shù)和頻差相差較大,進(jìn)而 直接影響陀螺性能的差異,影響半球諧振陀螺的共性與機(jī)理性研究.

隨著歐美國(guó)家對(duì)mHRG的研究不斷深入,國(guó)內(nèi)也開始重視mHRG的研制.mHRG技術(shù)難點(diǎn)主要為微加工工藝,清華大學(xué)、兵器214所都在展開mHRG的研究,目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)關(guān)于mHRG樣機(jī)研制成功的報(bào)道.

3 HRG產(chǎn)品在海上應(yīng)用及探討

隨著世界各國(guó)對(duì)海洋領(lǐng)域的不斷重視,各國(guó)海軍裝備技術(shù)發(fā)展如火如荼,各式新型艦艇不斷入列,相關(guān)艦載技術(shù)和武器裝備愈加先進(jìn).僅在2017年,英國(guó)伊麗莎白女王號(hào)航母正式加入英國(guó)海軍、英國(guó)新一代護(hù)衛(wèi)艦上裝備的海上攔截者防空導(dǎo)彈系統(tǒng)首次發(fā)射、美國(guó)海軍第二艘朱姆沃爾特級(jí)驅(qū)逐艦進(jìn)行了首次海試、美國(guó)和英國(guó)共同研發(fā)的哥倫比亞級(jí)新一代彈道導(dǎo)彈核潛艇已取代目前正在服役的俄亥俄級(jí)核潛艇、澳大利亞海軍新一代導(dǎo)彈驅(qū)逐艦霍巴特號(hào)正式加入現(xiàn)役、俄羅斯北風(fēng)之神-A級(jí)潛艇首艇弗拉基米爾大公號(hào)在北方機(jī)器制造廠下水.2017年國(guó)內(nèi)海軍裝備發(fā)展同樣精彩不斷,054A型護(hù)衛(wèi)艦、056輕型護(hù)衛(wèi)艦、052D型驅(qū)逐艦等先進(jìn)艦艇批量服役,首艘國(guó)產(chǎn)航母入水、055型萬(wàn)噸級(jí)驅(qū)逐艦下水、4萬(wàn)噸級(jí)901型綜合補(bǔ)給艦服役、新型訓(xùn)練艦戚繼光艦入列.隨著各國(guó)對(duì)先進(jìn)海軍艦艇、裝備、技術(shù)的不斷投入,未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)也將向著高技術(shù)、高可控、高度自動(dòng)化、高對(duì)抗性、更廣闊空間、作戰(zhàn)方式多樣化等方向發(fā)展,因此,對(duì)武器系統(tǒng)提出了更高的要求,也對(duì)武器系統(tǒng)的核心部件-慣導(dǎo)系統(tǒng)提出了更高的要求.高精度、長(zhǎng)航時(shí)、高可靠性、長(zhǎng)壽命、抗電磁干擾等將是現(xiàn)在及未來(lái)慣導(dǎo)系統(tǒng)的不懈追求.目前,國(guó)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作導(dǎo)航設(shè)備中的陀螺主要為靜電陀螺、液浮陀螺、激光陀螺以及光纖陀螺.靜電陀螺及液浮陀螺精度較高,但存在體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低、帶寬和動(dòng)態(tài)范圍窄等問(wèn)題;激光陀螺及光纖陀螺精度潛力較高,且具有較高的性能、體積優(yōu)勢(shì),但精度易受電磁環(huán)境及溫度影響,同時(shí)由于組成器件較多,可靠性相對(duì)較差,海軍裝備的光學(xué)陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)通常采用冗余備份方案來(lái)解決可靠性不高的問(wèn)題.同時(shí),海軍武器及裝備對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)提出了20年甚至更高的免維護(hù)要求,但受限于現(xiàn)有陀螺穩(wěn)定性不高,尚無(wú)法滿足高可靠性、長(zhǎng)壽命的要求,這將嚴(yán)重制約我國(guó)海軍武器裝備的研制及發(fā)展.因此,迅速開展長(zhǎng)壽命、高可靠性的陀螺研究,對(duì)我國(guó)海軍武器裝備的發(fā)展,具有極其深遠(yuǎn)的意義.HRG的高精度、高可靠性、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)可滿足此要求,目前國(guó)外已有HRG成功應(yīng)用在海軍裝備的成功先例.

在海上應(yīng)用的HRG產(chǎn)品主要為Safran集團(tuán)的BlueNaute系列慣導(dǎo)及羅盤產(chǎn)品.目前在全球出貨量已超過(guò)400套,成功應(yīng)用在海上工程船舶、科學(xué)考察船、水下機(jī)器人、海警船、海上油氣平臺(tái)、后勤補(bǔ)給艦等多種平臺(tái)上,同時(shí)挪威、加拿大、法國(guó)、瑞典、以色列等多國(guó)海軍也在使用該系統(tǒng),如圖10所示.

BlueNaute系列慣導(dǎo)系統(tǒng)主要針對(duì)常規(guī)海上任務(wù)的需求,尋北精度為0.4°~0.08°.采用激光陀螺的SIGMA 40系列產(chǎn)品則在工作條件惡劣、工作時(shí)間更長(zhǎng)的情況下使用,如FREMM級(jí)護(hù)衛(wèi)艦、Barracuda級(jí)潛艇.根據(jù)Safran官方最新資料顯示,SIGMA 40系列慣導(dǎo)系統(tǒng)將采用HRG替代激光陀螺,如圖11所示.

隨著國(guó)內(nèi)海軍裝備的發(fā)展,各型作戰(zhàn)平臺(tái)及長(zhǎng)航時(shí)武器設(shè)備對(duì)高精度、高可靠性、長(zhǎng)壽命慣性導(dǎo)航設(shè)備有著迫切需求.美國(guó)在太空中成功應(yīng)用HRG系統(tǒng)已經(jīng)證明其具有極高可靠性,法國(guó)HRG在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用也為我國(guó)突破長(zhǎng)航時(shí)、高可靠性 慣導(dǎo)系統(tǒng)的瓶頸提供了參考,因此,國(guó)內(nèi)需繼續(xù)加強(qiáng)HRG的研發(fā)力度,早日實(shí)現(xiàn)海洋領(lǐng)域的應(yīng)用.

4展望

國(guó)外HRG發(fā)展主要分為4個(gè)階段,第1階段以理論研究及原理樣機(jī)為主;第2階段以型號(hào)為背景,開展產(chǎn)品研究;第3階段,在型號(hào)基礎(chǔ)上,將典型產(chǎn)品系列化,推廣到更廣的應(yīng)用領(lǐng)域;第4階段,與MEMS技術(shù)相結(jié)合開展更為深入的研究,以小型化、低成本、高性能為目標(biāo),開拓更廣闊的市場(chǎng).目前,已成功在深空探測(cè)姿態(tài)參考、洲際彈道的升空和再入制導(dǎo)、定向鉆井方向控制和鉆井測(cè)量、潛艇艦船精確導(dǎo)航、人造地球衛(wèi)星和宇宙飛船的姿態(tài)參考等領(lǐng)域成功應(yīng)用,其發(fā)展及產(chǎn)品應(yīng)用對(duì)我國(guó)HRG發(fā)展具有一定的指導(dǎo)及借鑒意義.

我國(guó)長(zhǎng)航時(shí)武器系統(tǒng)及作戰(zhàn)平臺(tái)等對(duì)連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作、高可靠性、抗電磁特性的慣性產(chǎn)品需求仍然迫切,HRG自身特點(diǎn)可填補(bǔ)這一需求空白.目前,我國(guó)HRG還處于試驗(yàn)階段,距離市場(chǎng)應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走.對(duì)HRG的誤差建模技術(shù)、諧振子加工工藝、諧振子調(diào)平、高精度控制電路、微振動(dòng)信號(hào)處理技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)有待進(jìn)一步研究,與國(guó)外開展技術(shù)合作及引進(jìn)、HRG理論研究、慣導(dǎo)/羅盤產(chǎn)品化的研究仍需同步開展,以爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)HRG的產(chǎn)品化及領(lǐng)域應(yīng)用.

近10年來(lái),國(guó)外HRG主要以微型化為研究方向,同時(shí)小型化、輕質(zhì)化、低成本也成為目前慣性器件的重要發(fā)展方向,因此,小體積、微型化的 HRG仍然會(huì)是未來(lái)發(fā)展的重要方向.