高精度惯性测量组合温度场建模与优化设计研究

【摘要】捷联惯导系统是一种能够实时连续输出位置、速度、姿态等信息的导航系统。惯性导航的精度主要由惯性传感器决定。捷联惯导中的惯性传感器对温度有很高的敏感度，特别是在高空飞行过程中容易出现温度过高的现象，影响捷联惯导系统的精度和稳定性。因此，解决捷联惯导系统的热问题是保证系统正常工作的必要条件。本文在对捷联惯导各部分热源进行研究的基础上，设计捷联惯导的整机结构。对设计的捷联惯导进行温度场建模与热分析，通过实验验证了模型的准确性。最后对捷联惯导温度场进行优化设计。首先详细分析了捷联惯导的散热方式，对捷联惯导的冷却方式进行了选择。通过对捷联惯导温度场的分析，根据各个热源的特点和要求，对捷联惯导内部结构进行设计。惯性传感器对温度有很高的敏感度，设计过程中将安装面尽可能与壳体接触。为了减少其他发热量大的热源对惯性传感器的影响，将发热量大的热源与惯性传感器进行了隔离。在设计过程中除了考虑各个器件的热设计布局、安装等问题，还要在保证刚度的要求下，捷联惯导质量尽可能小。其次采用Icepak热分析软件对设计的捷联惯导进行温度场建模和仿真分析。由于捷联惯导是复杂的结构体，对捷联惯导的热模型进行了详细的简化、等效、模型转化分析，经热仿真计算得到捷联惯导的温度分布云图。捷联惯导表面温度在38.9℃到42℃之间，光纤陀螺平均温度为43.5℃，说明设计的捷联惯导温度分布比较均匀，壳体与陀螺之间的温差小。设计的捷联惯导样机通过非接触式和接触式两种方式共同对捷联惯导进行温度测试，测试结果与仿真结果对比，验证热分析模型的准确性。在保证热分析模型精确的基础上再对捷联惯导的温度场进行优化设计，主要优化方案：改变光纤陀螺的安装面、增加加表与中间壳体的接触面积，加导热垫等。最终优化后，捷联惯导中间壳体的最高温度40.98℃，下降了6.22%。光纤陀螺壳体的最高温度为42.52℃，下降了5.64%。
【作者】蒋约鹏；
【导师】刘荣；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】捷联惯导；热分析；热测试；优化设计；仿真分析；

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