中文摘要：

陀螺作为敏感载体角运动的惯性器件，是惯性导航、制导与控制系统的核心部件。本申请针对高动态环境下中低精度角速率测量的迫切需求，受中国传统大钟启发，创造性地提出了一种能够有效抑制纵向驻波、提高基波/谐波比、结构简单的"钟形"振子；以钟形振子作为敏感元件，研究钟形振子式角速率陀螺。主要研究内容包括建立具有变厚度轴对称多曲面融合特征的钟形振子的数学模型，研究钟形振子在哥氏力作用下的力学特性；研究分析钟形振子的振动模态，优化钟形振子结构，设计出具有抗高过载、高动态特性和高品质因子的钟形振子；研究有效控制钟形振子振型的方法，以提高钟形振子的灵敏度和稳定性；基于微弱信号测量原理，提出一种采用电容拾取钟形振子微小形变位移的方法。在此基础上，研制钟形振子式角速率陀螺原理验证样机。本申请的研究成果对解决当前中低精度角速率测量对陀螺的高过载、高动态性能和大批量生产的迫切需求具有重要的意义。

结论摘要：

陀螺是实现角速率测量的核心关键部件。在隧道挖掘、矿山开采、地下管线铺设及常规炮弹制导等领域，载体（钻头或弹丸）运动过程中存在高过载、高速、高旋等恶劣环境条件，现有各类陀螺无法满足10000g以上高过载角速率直接测量需求，迫切需要抗高过载、大量程、结构简单的新一代陀螺。本项目发明了钟形振子式角速率陀螺，突破了轴对称多曲面融合结构钟形振子数学建模、高过载振动特性、频率裂解抑制、微弱信号检测等关键技术，研制成功了钟形振子式角速率陀螺样机。本项目自获得资助以来，共获授权发明专利15项，受理发明专利6项（1项美国专利），软件著作权10项；发表论文21篇，培养硕士和博士研究生15名。本项目完成教育部成果鉴定、国防成果鉴定各1项，成功申报了2014年北京市科学技术奖1项。以本项目成果为基础，相关研究项目已获国防项目资助，继续开展深入研究。