原標題：穩(wěn)定勝“磐石” 精準超“發(fā)絲”
——我國最高水平精密離心機研制成功
本報記者 盛 利
我們常說穩(wěn)若磐石，可它比磐石還穩(wěn)10倍；我們常說精細如發(fā)絲，可它轉動時的半徑偏差僅是發(fā)絲的1/80。而即便條件如此苛刻，它還是一位超級“鏈球手”：能夠讓10公斤的物體，通過每圈時間差僅為1納秒的穩(wěn)定旋轉，達到100倍的重力加速度。
這就是國家重大科學儀器設備開發(fā)專項——高精度慣性儀表校準檢測裝置——達到最高載荷10kg、相對標準不確定度10—6、穩(wěn)態(tài)線加速度100g等領先指標的我國最高水平精密離心機。近日，科技日報記者走進中國工程物理研究院總體工程研究所，探訪這套“大G值”“高精度”重大科學儀器。
精密離心機是高精度慣性導航儀表的關鍵檢測校準設備。高精度慣性導航作為以陀螺和加速度計為敏感器件的導航參數解算系統(tǒng)，能根據慣性器件輸出解算其在導航坐標系中的速度和位置，在航空航天、國防科技、測繪導航等領域應用廣泛。
2011年，作為首批國家重大科學儀器設備開發(fā)專項之一，中國工程物理研究院總體工程所啟動了“高精度慣性儀表校準檢測裝置研制及應用”項目。這是一次真正意義上“從零起步”的自主創(chuàng)新——此前，擁有同級別該設備的世界發(fā)達國家，就連它的測量模型、技術路線數值模擬方法、基本算法都“秘而不宣”，更別說設計制造、安裝工藝。
高精度慣性儀表校準、檢測用精密離心機研制集系統(tǒng)設計技術、控制技術、驅動技術、制造技術、測量技術、分析技術、試驗技術于一體，是綜合性要求較高的系統(tǒng)工程，完成的每項工作都承載了中物院總體所科研團隊無數日夜的辛勤付出。研發(fā)中，單就相對標準不確定度評定這一個技術點，該團隊都是先從基礎理論分析著手，對影響該指標的20多個影響因素進行了系統(tǒng)的研究分析，完成了包括設備自身的制造、安裝、測量誤差補償計算，地球引力、地脈動，空氣溫度、濕度，甚至月球引力、天體運行等影響參數相互關系，開展了繁雜的定量分析計算，并利用一臺正在研制的精密離心機系統(tǒng)開展了大量的測試與驗證，最終才建立了科學合理的指標評定數學模型。
“無人行走地面的穩(wěn)定性大約在10—5左右，而高精度離心機則要求穩(wěn)定性是地面的10倍即10-6，如此精密的要求，其背后的研制難度可想而知?！表椖控撠熑?、中物院總體所黨委書記黎啟勝研究員告訴記者，在設備的設計、研制、安裝、測試中，中物院總體所攻關團隊先后在設計、工藝、材料、裝配等領域填補多項空白，其中雙向大承載力高精度空氣軸承、精密電機、精密測量系統(tǒng)、微震動隔震系統(tǒng)等核心部件均由科研人員自主設計完成，先后申請專利達25項，推動國內加工制造、新材料等領域多項技術進步。
目前，該離心機已達到最高載荷10公斤、相對標準不確定度10-6、穩(wěn)態(tài)線加速度100g等領先指標。它的研制成功也填補了我國1g—100g量程范圍內，加速度相對不確定度達到10-6量級的精密離心機空白。
記者在設備現(xiàn)場看到，這套總重2.4噸、轉盤直徑約2.2米的重大儀器，被安裝在一個重達2000噸的水泥平臺上，通過彈簧從橫向和縱向兩個方向進行支撐。工作中，它能夠以300轉/分鐘的轉速，將最大載荷10公斤的物體，通過旋轉達到100倍的重力加速度。在轉速精準控制方面，它每圈旋轉的時間差僅為1納秒；在動態(tài)半徑變化控制方面，由離心力等產生的轉軸偏差，僅控制在頭發(fā)絲的1/80。
該所所長邱勇研究員表示，作為典型的軍民融合項目，精密離心機的研制成功將填補我國大量程高精度慣性導航儀表設備檢測校準的科學儀器領域空白，推動我國大地測量、石油鉆探，及航空、航天、精確制導等國防重大領域的科技進步，并使總體所在土木工程、軍工環(huán)境模擬、快加速、多自由度過載模擬、載人、精密檢測等離心機領域躋身國際先進水平。
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