[发明专利]使用网壳的开放式架构万向导航系统

说明书

本发明涉及使用网壳的开放式架构万向导航系统。一种惯性测量单元包括第一球形万向节，所述第一球形万向节包括第一网格结构，所述第一网格结构包括第一多个桁架，所述第一多个桁架限定在第一多个桁架之间的第一多个间隙空位。惯性测量单元还包括第二球形万向节，所述第二球形万向节包括第二网格结构，所述第二网格结构包括第二多个桁架，所述第二多个桁架限定在第二多个桁架之间的第二多个间隙空位。所述第一球形万向节定位在所述第二球形万向节内并可枢转地联接到所述第二球形万向节以在所述第一球形万向节和所述第二球形万向节之间形成间隙。惯性测量单元还包括定位在所述第一球形万向节内并可枢转地联接到所述第一球形万向节的仪器支架。

技术领域

本公开大体涉及万向(gimbaled)系统，并且更具体地，涉及具有网格结构以改善气流的万向惯性测量单元。

背景技术

惯性测量单元(“IMU”)是一种电子设备，其使用加速度计、陀螺仪和磁力计的组合来测量和报告飞行器的速度、定向和重力。一种类型的IMU包括球形万向节系统。球形万向节系统包括两个或更多个尺寸逐渐减小的彼此嵌套的万向壳以及包括位于球形万向节系统中心的电子器件的仪器支架。在操作中，万向节系统的仪器支架的电子器件产生能够改变万向节系统的操作的热量。特别地，在IMU的仪器支架中使用的加速度计和陀螺仪对温度和热梯度的变化非常敏感。一致的气流能够帮助减轻这些系统内温度波动(以及因此的导航误差)的主要原因。

现有的对流冷却解决方案使用风扇及被附接到万向节和仪器支架或高流量外部风扇的护罩，以试图提供一致的冷却。根据系统的定向，附接到仪器支架的风扇(通常是小型的且具有非常高的转速15,000-20,000RPM)可能被万向壳及其他部件阻挡或遮蔽，因而降低冷却的效率。此外，这种风扇会引起敏感的惯性仪器的振动，并且这种风扇是结构传递噪声的来源，这降低了仪器支架中的电子器件的精度。气体传导冷却系统以高万向节质量和惯性为代价消除了仪器支架风扇。虽然采用一致的旋转速率时热有效，但这种气体传导冷却系统需要更大的轴承来支撑负载以及非常精确的机加工来将万向节间隙变化保持到千分之几英寸，从而导致制造成本增加。

因此，需要一种在不影响IMU操作的情况下有效冷却IMU的系统。

发明内容

在一个方面，描述了一种惯性测量单元。该惯性测量单元包括第一球形万向节，所述第一球形万向节包括第一网格结构，所述第一网格结构包括第一多个桁架，所述第一多个桁架限定在所述第一多个桁架之间的第一多个间隙空位(interstitial voids)。该惯性测量单元还包括第二球形万向节，所述第二球形万向节包括第二网格结构，所述第二网格结构包括第二多个桁架，所述第二多个桁架限定在所述第二多个桁架之间的第二多个间隙空位。所述第一球形万向节定位在所述第二球形万向节内并可枢转地联接到所述第二球形万向节，以在所述第一球形万向节和所述第二球形万向节之间形成间隙。该惯性测量单元还包括定位在所述第一球形万向节内并可枢转地联接到所述第一球形万向节的仪器支架。

在另一方面，描述了一种增材制造惯性测量单元的方法。该方法包括形成包括第一网格结构的第一球形万向节，所述第一网格结构包括第一多个桁架，所述第一多个桁架限定在所述第一多个桁架之间的第一多个间隙空位。该方法还包括形成包括第二网格结构的第二球形万向节，所述第二网格结构包括第二多个桁架，所述第二多个桁架限定在所述第二多个桁架之间的第二多个间隙空位，其中所述第一球形万向节定位在所述第二球形万向节内并可枢转地联接到所述第二球形万向节，以在所述第一球形万向节和所述第二球形万向节之间形成间隙。该方法还提供定位在所述第一球形万向节内并可枢转地联接到所述第一球形万向节的仪器支架。

已经讨论的特征、功能和优点可以在各种实施例中独立地实现，或者可以在其他实施例中组合，其进一步的细节可以参考以下描述和附图看出。

附图说明