Термоупругие потери в конструкционных материалах резонаторов волновых твердотельных гироскопов

Одной из главных характеристик резонаторов волновых твердотельных гироскопов является добротность, которая во многом определяет систематическую и случайную погрешность прибора. Для увеличения добротности резонатора при конструировании необходимо учитывать особенности различных диссипативных процессов, вклад которых неодинаков и зависит от свойств материала резонатора, его конструкции, качества обработки поверхности, уровня вакуума в приборе. Фундаментальным диссипативным процессом является термоупругое внутреннее трение. С помощью модели термоупругих процессов и конечно-элементного моделирования показано влияние термоупругого внутреннего трения на характеристики резонаторов ВТГ, изготовленных из различных материалов. Показано, что в кварцевом стекле по сравнению с другими конструкционными материалами термоупругое внутреннее трение очень мало. Это позволяет рекомендовать кварцевое стекло в качестве основного конструкционного материала резонаторов волновых твердотельных гироскопов.

Литература

[1] Распопов В.Я. Микромеханические приборы. М.: Машиностроение, 2007. 400 с.

[2] Loper E.J., Lynch D.D., Stevenson K.M. Projected performance of smaller hemispherical resonator gyros // Proc. Position Location and Navigation Symposium (PLANS’86). 1986. November 4-7. Las Vegas, NV, USA. P. 61-64.

[3] Постников В.С. Внутреннее трение в металлах. М.: Металлургия, 1968. 330 с.

[4] Брагинский В.Б., Митрофанов В.П., Панов В.И. Системы с малой диссипацией. М.: Наука, 1981. 142 с.

[5] Лунин Б.С. Физико-химические основы разработки полусферических резонаторов волновых твердотельных гироскопов. М.: Изд-во МАИ, 2005. 224 с.

[6] Yi Y.B. Geometric effects on thermoelastic damping in MEMS resonators // J. of Sound and Vibration. 2008. Vol. 309. P. 588-599.

[7] Wong S.J., Fox C.H.J., McWilliam S. Thermoelastic damping of the in-plane vibration of thin silicon rings // J. of Sound and Vibration. 2006. V. 293. P. 266-285.

[8] Prabhakar S., Vengallatore S. Thermoelastic damping in bilayered micromechanical beam resonators//J. of Micromechanics and Microengineering. 2007. Vol. 17. P. 532538.

[9] Зинер К. Упругость и неупругость металлов: Сборник / под ред. С.В. Вонсовского. М.: ИИЛ, 1954. С. 9-168.

[10] Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. М.: Наука, 1976. 480 с.

[11] Chikovani V.V., Yatsenko Yu.A. Investigation of azimuth accuracy measurement with metallic resonator Coriolis vibratory gyroscope // Proc. XVII Int. Conf. on Integrated Navigation Systems. Saint Petersburg. 2010. May 31-June 2. P. 25-30.

[12] Sarapuloff S.A., Lytvynov L.A., Bakalor T.O. Particularities of designs and fabrication technology of high-Q sapphire resonators of CRG-1 type solid-state gyroscopes // Proc XIV Int. Conf. on Integrated Navigation Systems. Saint Petersburg. 2007. May 28-30. P. 47-48.

[13] Yi Y.B. Finite element analysis of thermoelastic damping in contour-mode vibrations of micro- and nanoscale ring, disk, and elliptical plate resonators // Journal of Vibration and Acoustics. 2010. Vol. 132.

[14] Митчелл Э., Уэйт Р. Метод конечных элементов для уравнений с частными производными. М.: Мир. 1981.