جيروسكوب الرنان النصف كروي

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
جيروسكوب الرنان النصف كروي (HRG)

جيروسكوب الرنان النصف كروي (HRG)، والذي يُسمى أيضًا جيروسكوب كأس النبيذ أو جيروسكوب الفطر ، هو مستشعر معدل زاوية أو دوران مضغوط ومنخفض الضوضاء وعالي الأداء. يتم تصنيع جيروسكوب الرنان النصف كروي باستخدام غلاف نصف كروي رقيق من الحالة الصلبة، مثبت بساق سميكة. يتم دفع هذا الغلاف إلى رنين انثناء بواسطة قوى كهروستاتيكية تولدها أقطاب كهربائية يتم ترسيبها مباشرة على هياكل كوارتز مندمجة منفصلة تحيط بالغلاف. يتم الحصول على التأثير الجيروسكوبي من الخاصية بالقصور الذاتي للموجات الدائمة الانثناءية. على الرغم من أن جيروسكوب الرنان النصف كروي عبارة عن نظام ميكانيكي، إلا أنه لا يحتوي على أجزاء متحركة، ويمكن أن يكون مضغوطًا للغاية.

عملية

يستخدم مولد الحث الكهرومغناطيسي غلافًا نصف كرويًا صغيرًا ورقيقًا من الحالة الصلبة، مثبتًا بساق سميكة. يتم دفع هذا الغلاف إلى رنين الانحناء بواسطة قوى كهروستاتيكية مخصصة يتم توليدها بواسطة أقطاب كهربائية يتم ترسيبها مباشرة على هياكل كوارتز مندمجة منفصلة تحيط بالغلاف.

بالنسبة لتصميم مكون من قطعة واحدة (أي أن الغلاف والساق نصف الكرويين يشكلان جزءًا مترابطًا [1] ) مصنوعًا من الكوارتز المنصهر عالي النقاء ، فمن الممكن الوصول إلى عامل Q يزيد عن 30-50 مليون في الفراغ، وبالتالي فإن المشي العشوائي المقابل منخفض للغاية. يقتصر عامل Q على الطلاء (طبقة رقيقة للغاية من الذهب أو البلاتين) وخسائر التثبيت. [2] يجب ضبط مثل هذه الرنانات بدقة عن طريق التآكل المجهري للزجاج بواسطة حزمة الأيونات أو عن طريق الاستئصال بالليزر لتحقيق التوازن الديناميكي المثالي. عند الطلاء والضبط والتجميع داخل الغلاف، يظل عامل Q أعلى من 10 ملايين.

عند تطبيقها على غلاف HRG، تتسبب قوى كوريوليس في حدوث تقدم في أنماط الاهتزاز حول محور الدوران . ويتسبب ذلك في حدوث تقدم بطيء للموجة الواقفة حول هذا المحور، بمعدل زاوي يختلف عن المعدل الزاوي المدخل. هذا هو تأثير جمود الموجة ، الذي اكتشفه العالم البريطاني جورج هارتلي برايان (1864-1928) في عام 1890. [3] لذلك، عند الخضوع للدوران حول محور تناسق الغلاف، لا تدور الموجة الواقفة تمامًا مع الغلاف، ولكن الفرق بين الدورتين يتناسب تمامًا مع الدوران المدخل. ومن ثم يصبح الجهاز قادرًا على استشعار الدوران.

إن الأجهزة الإلكترونية التي تستشعر الموجات المستقرة قادرة أيضًا على تحريكها. وبالتالي، يمكن أن تعمل الجيروسكوبات إما في "وضع الزاوية الكاملة" الذي يستشعر موضع الموجات المستقرة أو في "وضع إعادة توازن القوة" الذي يحافظ على الموجة المستقرة في اتجاه ثابت بالنسبة للجيروسكوب.

تم استخدام HRG في الأصل في تطبيقات الفضاء (أنظمة التحكم في الاتجاه والمدار للمركبات الفضائية)، [4] ويستخدم الآن في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي المتقدمة ، وفي أنظمة مرجع الاتجاه والاتجاه ، وبوصلات الجيروسكوب HRG . [5]

المزايا

إن مولدات الطاقة الحرارية عالية التردد موثوقة للغاية [6] [7] بسبب أجهزتها البسيطة للغاية (قطعتان أو ثلاث قطع من الكوارتز المصهور). ليس لها أجزاء متحركة؛ يتكون قلبها من جزء مترابط يتضمن الغلاف نصف الكروي وساقه. [8] لقد أثبتت موثوقيتها المتميزة منذ استخدامها لأول مرة في عام 1996 على متن مركبة الفضاء NEAR Shoemaker . [9] [10]

إن جهاز HRG دقيق للغاية [8] [11] ولا يتأثر بالاضطرابات البيئية الخارجية. يزن الغلاف الرنان بضعة جرامات فقط وهو متوازن تمامًا، مما يجعله غير حساس للاهتزازات والتسارع والصدمات.

يتمتع HRG بخصائص SWAP (الحجم والوزن والقوة) المتفوقة مقارنة بتقنيات الجيروسكوب الأخرى.

لا يولد جهاز HRG أي ضوضاء صوتية أو إشعاعية لأن الغلاف الرنان متوازن تمامًا ويعمل في الفراغ.

مادة الرنان، الكوارتز المنصهر ، مقاومة للإشعاع بشكل طبيعي في أي بيئة فضائية. [12] وهذا يمنح مناعة جوهرية لتأثيرات الإشعاع الفضائي الضارة لمرنان HRG. وبفضل عامل Q المرتفع للغاية للغلاف الرنان، يتمتع مرنان HRG بسير عشوائي زاوي منخفض للغاية [9] وتبديد طاقة منخفض للغاية.

على عكس الجيروسكوبات الضوئية ( جيروسكوب الألياف الضوئية وجيروسكوب الليزر الحلقي )، فإن HRG لديه ذاكرة بالقصور الذاتي: إذا فقدت الطاقة لفترة قصيرة من الزمن (عادة بضع ثوان)، يستمر العنصر الحساس في دمج حركة الإدخال (المعدل الزاوي) بحيث عندما تعود الطاقة، تشير HRG إلى الزاوية التي تحولت أثناء انقطاع الطاقة.

العيوب

إن مولدات الطاقة العالية هي أجهزة عالية التقنية للغاية تتطلب أدوات وعمليات تصنيع متطورة. إن الإلكترونيات التحكمية المطلوبة لاستشعار الموجات الدائمة ودفعها متطورة. هذا المستوى العالي من التطور يحد من توفر هذه التكنولوجيا؛ حيث تمكنت عدد قليل من الشركات من إنتاجها. حاليًا، تقوم ثلاث شركات بتصنيع مولدات الطاقة العالية: نورثروب جرومان ، [9] وسافران للإلكترونيات والدفاع [13] ورايثيون أنشوتز . [14]

إن مولدات الحث الحراري الكلاسيكية باهظة الثمن نسبيًا نظرًا لتكلفة طحنها بدقة وصقل نصفي الكرة المجوفين المصنوعين من الكوارتز. وتقتصر تكلفة التصنيع هذه على استخداماتها ذات القيمة المضافة العالية مثل الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية. [9] ومع ذلك، يمكن تقليل تكاليف التصنيع بشكل كبير من خلال تغييرات التصميم وضوابط الهندسة. فبدلاً من ترسيب الأقطاب الكهربائية على نصف كرة داخلي يجب أن يتطابق تمامًا مع شكل نصف الكرة الرنان الخارجي، يتم ترسيب الأقطاب الكهربائية على لوحة مسطحة تتوافق مع المستوى الاستوائي لنصف الكرة الرنان. وفي مثل هذا التكوين، تصبح مولدات الحث الحراري فعالة للغاية من حيث التكلفة ومناسبة للتطبيقات عالية الجودة ولكنها حساسة للتكلفة. [15]

التطبيقات

  • الفضاء – داخل حافلة المركبة الفضائية في تلسكوب جيمس ويب الفضائي [16] والأقمار الصناعية والمركبات الفضائية الأخرى [8] [17] [18]
  • البحر - البوصلات الدوارة البحرية التي لا تحتاج إلى صيانة [19] [20] بالإضافة إلى أنظمة مرجعية للموقف والاتجاه . [21] أنظمة الملاحة البحرية لكل من السفن السطحية والغواصات. [22]
  • الأرض - أجهزة تحديد الأهداف، [23] وأنظمة الملاحة الأرضية، [20] [24] [25] وتوجيه المدفعية [26] [27]
  • من المقرر استخدام أجهزة HRG الجوية في أنظمة الملاحة الجوية التجارية [28] [29]

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ "المرنان، الرنان نصف الكروي الجيروسكوبي". مؤرشف من الأصل في 2017-12-08 . تم استرجاعه في 2017-12-08 .
  2. ^ Sarapuloff SA، Rhee H.-N.، وPark S.-J. تجنب الرنينات الداخلية في مجموعة الرنانات النصف كروية من الكوارتز المندمج المتصل بلحام الإنديوم // وقائع المؤتمر السنوي الربيعي الثالث والعشرين للجمعية الكورية لهندسة الضوضاء والاهتزاز. مدينة يوسو، 24-26 أبريل 2013. - ص 835-841.
  3. ^ برايان جي إتش حول النبضات في اهتزازات الأسطوانة الدوارة أو الجرس // وقائع جمعية كامبريدج للفلسفة 1890، 24 نوفمبر. المجلد السابع. الجزء الثالث. - ص 101-111.
  4. ^ "Housing, Hemispherical Resonator Gyroscope (HRG)". مؤرشف من الأصل في 2017-07-31 . تم الاسترجاع في 2017-07-31 .
  5. ^ "سجلت شركة سافران للإلكترونيات والدفاع طلبات لشراء 3000 نظام ملاحة بالقصور الذاتي يعتمد على HRG في عام 2016، وهو رقم قياسي جديد". مجموعة سافران . 2 مايو 2017. مؤرشف من الأصل في 2021-11-27 . تم الاسترجاع 2021-11-27 .
  6. ^ "جهاز الرنان الجيرو عالي الموثوقية من نورثروب جرومان يحقق 25 مليون ساعة تشغيل في الفضاء". غرفة أخبار نورثروب جرومان . تم استرجاعه في 2018-12-06 .
  7. ^ "جهاز الرنان نصف الكروي من نورثروب جرومان يحقق 50 مليون ساعة تشغيل في الفضاء". غرفة أخبار نورثروب جرومان . تم استرجاعه في 2019-08-14 .
  8. ^ abc Rozelle, David M. "The Hemispherical Resonator Gyro: From Wineglass to the Planets" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 2013-09-21 . تم الاسترجاع في 2014-02-26 .
  9. ^ abcd "Scalable SIRU™ Family" (PDF) . Northrop Grumman > What We Do > Air > Navigation Systems . مؤرشف (PDF) من الأصل في 2023-05-13 . تم الاسترجاع في 2023-05-13 .
  10. ^ "جهاز الرنان النصف كروي من شركة نورثروب جرومان يحقق رقمًا قياسيًا قدره 30 مليون ساعة من التشغيل المستمر". 19 فبراير 2015.
  11. ^ ديلهاي، فابريس (2018). "HRG by SAFRAN: The game-changing technology". ندوة معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات الدولية لعام 2018 حول أجهزة الاستشعار والأنظمة بالقصور الذاتي (INERTIAL) . ص. 1-4. doi :10.1109/ISISS.2018.8358163. ISBN 978-1-5386-0895-1. S2CID  21660204.
  12. ^ جيربيتس، سيرجي أ. "تقييم الجيروسكوب للمهمة إلى كوكب المشتري".
  13. ^ "HRG Crystal". 22 مارس 2018.
  14. ^ "Standard 30 MF - Maintenance-Free Gyro Compass". مؤرشف من الأصل في 2019-08-21 . تم الاسترجاع 2019-08-21 .
  15. ^ "HRG من Sagem من المختبر إلى الإنتاج الضخم". ResearchGate . تم الاسترجاع في 2019-06-13 .
  16. ^ "الأسئلة الشائعة لعلماء تلسكوب ويب/ناسا".
  17. ^ "REGYS 20 | برامج ARTES التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية".
  18. ^ "اختيار نظام الملاحة SpaceNaute من Safran لمركبة الإطلاق Ariane 6 الجديدة". 30 نوفمبر 2016.
  19. ^ "Horizon MF Gyro Compass (HRG)". مؤرشف من الأصل في 2014-02-27 . تم الاسترجاع في 2014-02-26 .
  20. ^ "ساجيم تسلط الضوء على مجموعة واسعة من منتجات الحرب في معرض ديفكسبو 2014".
  21. ^ "في معرض يورونافال، قدمت شركة ساجيم BlueNaute، وهو نظام ملاحة بالقصور الذاتي على متن السفن من الجيل الجديد". 30 أكتوبر 2012.
  22. ^ "EURONAVAL 2018: عائلة جديدة من أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي البحرية من Safran". 24 أكتوبر 2018.
  23. ^ "Safran Vectronix AG | معدات Optronic وتكنولوجيا قياس المسافات بالليزر". Safran Vectronix . تم الاسترجاع في 2020-02-26 .
  24. ^ فازت شركة ساجيم بطلب جديد لشراء أنظمة الملاحة SIGMA 20 من أنظمة الأسلحة أرض-جو من إنتاج شركة MBDA
  25. ^ "Sagem to Supply Seeker and Firing-Posts Optronics for MBDA's New MMP Medium-Range Missile". مؤرشف من الأصل في 2015-10-07 . تم الاسترجاع في 2015-10-05 .
  26. ^ تران، بيير (2018-06-08). "يوروساتوري: نظام الملاحة هذا من سافران لا يحتاج إلى نظام تحديد المواقع العالمي". أخبار الدفاع . تم الاسترجاع في 2018-06-12 .
  27. ^ "كشفت شركة Safran عن نظام الملاحة بالقصور الذاتي Geonyx لضمان PNT | Jane's 360". www.janes.com . تم الاسترجاع في 2018-10-29 .
  28. ^ ساجيم تكشف عن نظام الملاحة بالقصور الذاتي SkyNaute
  29. ^ "ساجيم تنفذ أول اختبار طيران لنظام الملاحة المعتمد على HRG للطائرات التجارية". 21 نوفمبر 2014.

فهرس

  • تطوير Lynch DD HRG في Delco وLitton وNorthrop Grumman. وقائع ورشة العمل السنوية حول الجيروسكوب في الحالة الصلبة (19-21 مايو 2008. يالطا، أوكرانيا). - كييف-خاركوف. ATS في أوكرانيا. 2009.
  • L.Rosellini, JM Caron - REGYS 20: وحدة قياس بالقصور الذاتي قائمة على HRG واعدة للتطبيقات الفضائية - المؤتمر الدولي السابع لوكالة الفضاء الأوروبية حول أنظمة التوجيه والملاحة والتحكم. 2-5 يونيو 2008، تريلي، مقاطعة كيري، أيرلندا
  • D. Roberfroid, Y. Folope, G. Remillieux (Sagem Défense Sécurité، باريس، فرنسا) - HRG والملاحة بالقصور الذاتي - أجهزة الاستشعار والأنظمة بالقصور الذاتي - ندوة تكنولوجيا الجيروسكوب 2012
  • A Carre, L Rosellini, O Prat (Sagem Défense Sécurité، باريس، فرنسا) HRG وNorth Finding - مؤتمر سانت بطرسبرغ الدولي السابع عشر لأنظمة الملاحة المتكاملة 31 مايو - 2 يونيو 2010، روسيا
  • ألان جينروي؛ جيل جروسيت؛ جان كلود جودون؛ فابريس ديلهاي - HRG من شركة ساجيم من المختبر إلى الإنتاج الضخم - ندوة معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات الدولية لعام 2016 حول أجهزة الاستشعار والأنظمة بالقصور الذاتي
  • ألكسندر لينوبل، توماس رويلوت - وحدات قياس القصور الذاتي الموجهة لـ SWAP لتطبيقات متعددة - أجهزة الاستشعار والأنظمة بالقصور الذاتي (ISS)، 2016 DGON - كارلسروه، ألمانيا
  • فابريس ديلهاي - HRG by Safran - التكنولوجيا التي ستغير قواعد اللعبة - ندوة معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات الدولية لعام 2018 حول أجهزة الاستشعار والأنظمة بالقصور الذاتي - بحيرة كومو، إيطاليا
  • فابريس ديلهاي؛ جان فيليب جيرولت - SpaceNaute®، الاختراق التكنولوجي HRG لنظام مرجعي بالقصور الذاتي لإطلاق المركبات الفضائية المتقدمة - المؤتمر الدولي الخامس والعشرون لأنظمة الملاحة المتكاملة في سانت بطرسبرغ 31-29 مايو 2018، روسيا
  • ب. ديلاوكس، ي. لينوار - أصغر جهاز ملاحة بالقصور الذاتي وأكثرها دقة وموثوقية في العالم: ONYX™ - أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي والأنظمة 2018، براونشفايغ - 12 سبتمبر 2018، ألمانيا
  • Y. Foloppe, Y. Lenoir - HRG CrystalTM DUAL CORE: إعادة تشغيل ثورة INS - أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي والأنظمة 2019، براونشفايغ - 10 سبتمبر 2019، ألمانيا
  • F. Delhaye, Ch. De Leprevier - SkyNaute by Safran - كيف يستفيد الاختراق التكنولوجي HRG من نظام IRS (نظام مرجعي بالقصور الذاتي) المبتكر للطائرات التجارية - أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي والأنظمة 2019، براونشفايغ - 11 سبتمبر 2019، ألمانيا
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=جيروسكوب_رنان_نصف_كروي&oldid=1244924901"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate