Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2016, № 10

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение  
высшего образования  
 
«Тульский государственный университет» 
 

 
 
ISSN 2071-6168 
 
 
 
ИЗВЕСТИЯ  
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 
 
 
 
 
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 
 
 
Выпуск 10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Тула 
Издательство ТулГУ 
2016 

ISSN 2071-6168 
 
УДК [60–83:621.646.98]:621.5:[338.45:620.9] 
 
Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 
Вып. 10 / под научной ред. В.Я. Распопова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 359 с. 
 
Настоящий выпуск сборника «Известия ТулГУ. Технические науки» составлен 
по материалам докладов Всероссийской научно-технической конференции «Системы 
управления движением и навигация. Современное состояние и перспективы» (Россия, Тула, 
ТулГУ, 13-14 октября 2016 г.), приуроченной к 55-летию кафедры «Приборы управления» 
(ПУ) ТулГУ. Рассмотрены научно-технические проблемы и результаты их решения в области инерциальных датчиков и информационно-измерительных систем контроля и управления 
подвижными объектами. Рассмотрены актуальные вопросы создания авионики. Приведены 
материалы о научно-технических разработках и их внедрении в авиационно-космической 
и других отраслях производственной сферы. 
Материалы сборника предназначены для научно-технических работников предприятий-разработчиков и серйных заводов, преподавателей вузов, студентов и аспирантов, деятельность которых связана с проблематикой систем управления движением и навигацией. 
 
Редакционный совет 
 
М.В. ГРЯЗЕВ – председатель, В.Д. КУХАРЬ – зам. председателя, 
В.В. ПРЕЙС – главный редактор, А.А. МАЛИКОВ – отв. секретарь, 
И.А. БАТАНИНА, О.И. БОРИСКИН, М.А. БЕРЕСТНЕВ, В.Н. ЕГОРОВ, 
О.Н. ПОНАМОРЕВА, Н.М. КАЧУРИН, В.М. ПЕТРОВИЧЕВ 
 
Редакционная коллегия 
 
О.И. Борискин (отв. редактор), С.Н. Ларин (зам. отв. редактора), 
Б.С. Яковлев ( отв. секретарь), И.Л. Волчкевич, Р.А. Ковалев,                 
М.Г. Кристаль, А.Д. Маляренко (Республика Беларусь), А.А. Сычугов,             
Б.С. Баласанян (Республика Армения), А.Н. Чуков 
 
Подписной индекс 27851 
по Объединённому каталогу «Пресса России» 
 
Сборник 
зарегистрирован 
в 
Федеральной    
службе по надзору в сфере связи, информационных 
технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). 
ПИ № ФС77-61104 от 19 марта 2015 г. 
«Известия ТулГУ» входят в Перечень ведущих 
научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации, в которых должны быть опубликованы научные результаты диссертаций на соискание учёной степени доктора наук 
 
© Авторы научных статей, 2016 
© Издательство ТулГУ, 2016 

Данный выпуск журнала приурочен к Всероссийской научнотехнической конференции в связи с 55-летием кафедры «Приборы управления» Тульского государственного университета. Первоначальное название кафедры «Гироскопические приборы и устройства»  (ГПиУ) было 
близко или совпадало с названиями родственных кафедр в гг. Москва, Ленинград, Саратов, Челябинск, Пермь, Томск. 
В начале 90-х годов прошлого века в связи с резким падением спроса на специалистов в области гироскопии и навигации начался известный 
процесс перепрофилирования многих кафедр, прежде всего, в областных 
центрах. Наиболее близким по направлению подготовки оказалось приборостроение, а привлекающим наибольший интерес, не столько у будущих 
студентов, сколько у их родителей, – биотехнические приборы и системы. 
Не избежала этой ситуации и кафедра ГПиУ. В 1992 г. была открыта подготовка по специальности «Приборостроение», а в 1993 г. – по специальности «Биотехнические приборы и системы». При этом был прекращен 
прием на специальности «Гироскопические приборы и устройства» и 
«Электрооборудование летательных аппаратов». В 1998 г. по инициативе 
ФГУП «КБП» (г. Тула) на кафедре началась подготовка по специальности 
«Оптико-электронные приборы и системы». В дальнейшем в связи с организацией новой кафедры на ней начата подготовка специалистов по приборостроению и биотехническим приборам и системам, а в ТулГУ с течением времени возобновился прием по специальности «Гироскопические 
приборы и устройства» и «Электрооборудование летательных аппаратов». 
В настоящее время на кафедре ПУ ТулГУ ведется подготовка бакалавров и 
магистров по следующим направлениям и профилям: направление «Системы управления движением и навигация», профиль «Приборы и системы 
ориентации, стабилизации и навигация»; направление «Оптотехника», 
профиль «Оптико-электронные приборы и системы»; направление «Электроэнергетика и электротехника», профиль «Электрооборудование летательных аппаратов».   

Статьи, помещенные в данном выпуске журнала, тематически связанные с проблематикой работы конференции, объединены в разделы: 
«Инерциальные датчики», «Информационно-измерительные системы», 
«Авионика», «Научно-технические разработки и их внедрение». Материал 
статей в значительной мере оригинальный, авторы – сотрудники высших 
учебных заведений и предприятий, разрабатывающих и выпускающих 
спецтехнику. В разделе «Научно-технические разработки и их внедрение» 
помещены материалы ПО «Корпус» (г. Саратов) известного своими разработками в интересах авиакосмической отрасли, Мичуринского завода 
«Прогресс» (МЗП) и, на правах организатора конференции – кафедры ПУ 
ТулГУ. 
Здесь уместно обратить внимание на то, как в условиях быстро меняющейся конъюнктуры спроса отечественные «серийные» заводы 
на примере 
МЗП 
не 
только 
выпускают 
серийную 
продукцию 
по переданной конструкторской документации, но и сами становятся разработчиками новой техники. 
Завершают выпуск две статьи, представляющие несомненный интерес. Известный ученый, лауреат Государственных премий, профессор 
В.А. Матвеев 
делится 
своими 
воспоминаниями 
о 
годах 
учебы 
и становления в профессии. Актуальные соображения о создании конкурентоспособной продукции в условиях импортозамещения изложил профессор, руководитель предприятия, генерал-лейтенант запаса (выпускник 
кафедры ГПиУ) В.И. Самойлов. 
Нужно заметить, что на совещании по гособоронзаказу в г. Туле 
(8.09.2016) и г. Ижевске (20.09.2016) В.В. Путин подчеркнул, что основное 
техническое перевооружение армии будет завершено к 2020 г. В связи 
с этим особую актуальность приобретают научно-технические разработки 
двойного применения, о некоторых из них рассказано в данном выпуске 
журнала. 
 
 
 
 
 
 
Научный редактор выпуска 
д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой ПУ ТулГУ 
Владимир Яковлевич Распопов 

ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ ДАТЧИКИ 
 
 
 
УДК 681.2 
 
МАЯТНИКОВАЯ ВЕРТИКАЛЬ 
 
В.А. Петрухин, В.Е. Мельников 
 
Рассмотрены условия, при которых физический или математический маятник 
может обладать повышенной устойчивостью к возмущающим горизонтальным ускорениям основания. В этом случае на его основе на подвижном основании может быть 
реализована квазиневозмущаемая модель вертикали места. 
Ключевые слова: маятник, акселерометр, корректирующие элементы, вертикаль. 
 
Цель исследования – рассмотрение принципиальной возможности 
создания маятника повышенной устойчивостью к возмущающим горизонтальным ускорениям основания для случая, когда функционально необходимые корректирующие элементы расположены на корпусе маятника. 
В общем случае такой маятник должен иметь двухкоординатный 
подвес, источники корректирующих воздействий на маятник, датчики углов отклонения маятника относительно строительных осей ЛА, определяемый алгебраической суммой углов крена и тангажа и отклонений маятника относительно вертикали. 
На рис. 1 представлена кинематическая схема такого двухкомпонентного маятника, на осях которого расположены датчики угла и датчики 
корректирующих моментов (не показаны). 
На рис. 1 отмечено: 
xг, yг, zг – горизонтальная система координат (СК); 
xс, yс, zс – СК, связанная с ЛА; xс – продольная ось; yс,– поперечная ось; 
γк, αк – углы тангажа и крена ЛА соответственно; 

Инерциальные датчики 
 

 
9

В соответствии с условиями работы ПВ отклонения маятника αм   
от вертикали малы настолько, что справедливы соотношения: sin αм ≈ αм, 
 cos αм ≈ 1.  Тогда угол αм определится из обобщенного выражения: 

tg αм =  
− δА− αкδА+
+αкδДУС/− αкδДУУм1 +  δмДУУ.    1В соответствии с (1) разработана имитационная модель обобщенной 
структурной схемы по рис. 3, представленная на рис. 4.  
 

 
 
Рис. 4. Структурная схема имитационной модели 
 
На рис. 4 Pendulum TF – передаточная функция маятника; Acc TF – 
передаточная функция акселерометра; DUS TF – передаточная функция акселерометра delta – δ (уровень корректирующего сигнала); g – ускорение 
силы тяжести; ax – горизонтальное ускорение основания; αм – угол отклонения маятника от вертикали места; αк’ – угол отклонения корпуса маятника от вертикали места. 
Из выражения (1) могут быть получены соотношения для частных 
случаев ПВ при различных сочетаниях корректирующих элементов.  
 
Коррекция маятника от акселерометра. 
Выражения для угла отклонения оси маятника от вертикали из (1) 
для случая, когда в качестве корректирующего датчика служит только акселерометр: 
tg αм =  − δА−  αкм.                 2Установившее значение угла αм отклонения оси маятника от вертикали при отсутствии отклонения αк корпуса из (2): 

tg αм уст =  1 − δ/. 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып.10 
 

 
10

Видно, что статическое отклонение по сравнению с некорректированным маятником уменьшилось в 1 − δраз. Но при наличии угла αк≠ 0  
отклонения корпуса маятник начинает увлекаться вслед за корпусом. В этом случае скорректированный маятник перестает выполнять свою 
функцию индикатора вертикали. Требуются дополнительные меры, исключающие такой режим. 
 
Коррекция маятника от акселерометра при наличии обратной 
связи по выходному углу αвых. 
Выражения для αм из (1) в этом случае: 

tg αм =  
− δА− αкδА+
+αкδДУУм1 −  δмДУУ.       3Установившее значение угла αм отклонения оси маятника от вертикали из (3): 
tg м уст = /. 
Эквивалентную постоянную времени маятника с коррекцией от акселерометра в первом приближении можно определить как [1] 
экв ≈ м/1 − δ. 
Данный вариант не уменьшает статическое отклонение от вертикали, но значительно увеличивает постоянную времени, в зависимости от 
глубины компенсации, и значительно снижает скорость нарастания отклонения, что может быть использовано для ряда технических приложений. 
 
Коррекция маятника от акселерометра и ДУС-а, установленных на корпусе. 
Выражения для αм из (1) в этом случае представим: 

tg αм =  − δА− αкδА+
+αкδДУС/м.       4Установившее значение угла αм отклонения оси маятника от вертикали из (4): 
tg αм уст =  1 − δ/. 
В данной конфигурации корректирующих устройств маятник приобретает свойства квазиневозмущаемости и может быть использован в качестве построителя вертикали. Динамические характеристики скорректированного маятника можно в первом приближении считать близкими 
к динамическим характеристикам исходного маятника без коррекции. 
Коррекция маятника от акселерометра и ДУС-а, установленных на корпусе и обратной связью по выходному углу (обобщенная 
структурная схема). 
Выражения для αм из (1) в этом случае примет вид: