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前言
——惯性技术简介
20世纪初,第一台以陀螺原理为基础的航海陀螺罗经问世,标志着惯性原理从力学研究阶段跨入工程实用阶段。此后,陀螺从纺轮和儿童玩具发展成为具有高精度定向功能的陀螺仪,从在地球表面通过感知重力进行计时的钟摆发展成为测量运动载体比力的加速度计。在过去的20世纪中,惯性技术作为一门新兴应用技术,凭借其原理上的优势和新需求的推动,得以迅速发展,在国民经济许多领域得到广泛应用,各式各样新型的惯性敏感器相继出现,精度不断提高。20世纪的冷战时期,各国竞相发展军事装备。作为战争武器,精确打击敌方和不受敌方人为干扰是其基本要求,而这两者,正是惯性技术的优点所在。因此,在导弹、潜艇、大型轰炸机等武器装备中,惯性导航、惯性制导成为不可或缺的、至今无可替代的关键技术。武器性能的不断提升,在极大程度上引领并推动了惯性技术向高、精、尖的方向发展。20世纪末和21世纪初,浮球平台(惯性参考球)和极高精度的静电陀螺仪相继研制成功,更是把惯性技术推到了发展历程的鼎盛时期。
陀螺仪和加速度计作为独立的仪表,在国民经济、科学研究和陆海空天各个领域发挥其特有的功能和无与伦比的精度,以它们为核心的惯性导航系统和惯性制导系统,广泛应用于各种运载体上,以实现定位定向功能。控制反馈技术、高速小型计算机和信息处理技术的应用,在很大程度上拓展了惯性系统的功能和环境适应能力。然而,就提高定位定向精度而言,主要的、根本的途径还是靠提高陀螺仪和加速度计的精度,而支撑方式的不断改进和创新,正是提高其精度的推动力。滚珠轴承、气浮支撑、液浮支撑、静电支撑、挠性支撑、磁悬浮支撑……都是几代惯性技术科研人员为达到此目的而孜孜不倦地予以研究的课题。这些研究工作不是简单地把它们移植到惯性技术中,而是深入到各相关专业内部,解决许多前沿问题之后才能满足惯性仪表的特殊要求。因此,惯性技术已不再是诞生初期那种单纯的机械技术,而是一种集机、电、自动控制、材料和工艺于一身的综合技术。虽然从实体经济规模来看并不算大,但是,从对相关学科的辐射情况来看,却涉及到力学、电子学、磁学乃至光学等多种学科。
虽然与传统陀螺基于力学的惯性原理不同,激光陀螺和光纤陀螺的理论基础是光速不变原理,但是它们提供的功能仍然是定向。用它们组成的系统,在应用层面上,在性能的测试技术和评价体系层面上,仍属于惯性技术范畴。
微机电陀螺仪和微机电加速度计,虽然其制造过程几乎完全脱离了机械加工工艺,而是采用微电子工艺,因而更适合大批量生产,然而,这种器件的内部工作原理,仍然基于力学的惯性原理,对它们的设计、分析、测试、评价和应用等,都离不开传统惯性技术。
陀螺仪和加速度计的精度越来越高,惯性系统的使用环境越来越严酷而复杂,精度与环境两者之间又存在着紧密的关联。因此,在环境模拟、测试设备、标定方法、评价体系等方面,面临许多新的科学技术问题。伴随着惯性技术的发展,相应的测试技术已成为它的一个重要分支。
制造工艺和材料性能始终关系到惯性技术产品的发展与进步。近半个世纪以来,军事技术的迅速发展,对惯性技术产品性能指标的要求,往往高于常规工艺技术发展的水平,从而出现了一些特种工艺和特种材料。惯性技术产品的设计指标不断向工艺技术的极限挑战,从而促进了制造工艺的进步。
另一方面,惯性系统误差随工作时间积累这一弱点逐渐暴露出来,于是产生了各种组合式导航系统,如惯性/星光组合,惯性/GPS组合等,它们优势互补、相辅相成,代表了今后的发展趋势。
惯性系统作为惯性技术的载体,是一种工业产品,当然就有可靠性和质量问题与之相依相存。可靠性和质量管理工作,同样创造出许多专门的经验与成果。
本词典根据惯性技术的专业结构,分为导航制导、惯性系统、惯性仪表、光学陀螺、电机电器、电子线路、测试技术、工艺技术和质量管理,共9个部分,收录词条近1 400条。
本词典可供国防科技工业、军队相关单位和其他相关行业的科技人员、管理人员及高等院校师生使用。
《惯性技术词典》编辑委员会
2009年9月
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