ANSYS在液浮摆式加速度计复合环境动态特性分析中的应用

　　加速度计是惯性导航和惯性制导系统的基本测量元件之一,它安装在飞行器内部,测量飞行器的运动加速度,送至制导计算机,控制飞行器质心沿预定轨迹飞行.因此,加速度计的性能和精度直接影响导航和制导系统的精度.飞行器制导系统采用的液浮摆式加速度计,由于其结构较复杂,对它进行动力学分析时,采用传统的手段不能满足分析的要求.同时,加速度计在工作中处于一种包含线加速度过载、振动、冲击等复杂的动力学环境,这种复杂的环境对加速度计的测量精度将造成影响,形成附加误差.由于缺乏复合环境试验设备,这种误差在地面测试中往往表现不出来,因此本文采用有限单元法,借助于仿真软件ANSYS对液浮摆式加速度计进行分析.分析其在过载振动复合环境浮子件中检测质量m的形变和位移情况,从而为建立加速度计的动态误差模型提供依据.

　　1　加速度计的工作原理

　　加速度计的结构框图如图1所示.其在测量回路中工作时的传递函数为

　　式(1)和图1中,

　　ml——加速度计的摆性;

　　Jj——加速度计浮子转动惯量;

　　Cj——阻尼系数;

　　KA——加速度计传感器的传感系数;

　　KBw(s)——模拟放大器的传递系数;

　　Km——加速度计力矩器的力矩系数.

　　稳态时,S=0,故有

　　即在理想稳态状态下,加速度计测量回路输出的电流与输入视加速度W。I呈线性关系,其输出误差由ml和Km决定.在具备精密温控条件下,Km的影响可以忽略.而ml中l为等效摆臂,与加速度计结构有关.工作时由于力学环境的变化,会引起加速度计结构变形,从而使l发生变化,影响测量精度.

　　2　有限元分析软件ANSYS

　　ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型CAE通用有限元分析软件,可广泛用于许多领域.该软件可在大多数计算机及操作系统中运行,具有建模能力强、求解能力强、功能全、开放性好等优点.

　　ANSYS软件主要包括三部分:前处理模块、分析计算模块和后处理模块.

　　前处理模块为用户提供了一个强大的实体建模及网络划分工具,用户可以方便地构造有限元模型.

　　分析计算模块包括结构分析、流体力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力.

　　后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、切片、透明及半透明等图形方式显示出来,也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出.