4. ДВУХОСНЫЕ ГИРОСКОПИЧЕСКИЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ

Платформа двухосного гиростабилизатора (рис. VIII.II) имеет две степени свободы относительно летательного аппарата, вращение же платформы вокруг оси перпендикулярной плоскости, заключающей оси стабилизации, происходит вместе с летательным аппаратом.

Двухосный гиростабилизатор предназначен для стабилизации платформы в заданной плоскости.

Платформа гиростабилизатора допускает большую нагрузку и применяется для стабилизации и управления радиолокационными антеннами, прицелами, аэрофотоаппаратами и др.

Гироскопы, установленные на платформе, поворачиваются вокруг осей прецессии на относительно малые углы.

При этом облегчается балансировка гироскопов вокруг осей прецессии, расширяются возможности принятия конструктивных мер для снижения моментов трения в опорах и упругих моментов от токоподводов, действующих вокруг осей прецессии и порождающих собственную скорость прецессии платформы гиростабилизатора.

На рис. VIII.11 приведена схема двухосного двухгироскопного стабилизатора.

Рис. VIII.11. Схема двухосного двухроторного гиростабилизатора, оси роторов гироскопов которого параллельны стабилизируемой оси

Карданов подвес гиростабилизатора состоит из платформы являющейся внутренней рамкой карданова подвеса, и наружной рамки Р, подвешенной в корпусе в подшипниках 1 и 8. На платформе установлено два гироскопа каждый из которых имеет две степени свободы относительно платформы

Углы поворота кожухов гироскопов относительно платформы измеряются датчиками 5 и 9, сигналы с которых через усилительные устройства

4 и 6 поступают на электродвигатели 7 и 2 разгрузочного устройства. Для управления положением платформы служат моментные датчики 3 и 10.

Для получения дифференциальных уравнений движения гиростабилизатора составляют уравнения моментов, действующих вокруг осей прецессии и стабилизации гиростабилизатора.

Для осей стабилизации в первом приближении имеем

и для осей прецессии

где — углы поворота платформы вокруг осей

— относительные угловые скорости поворота гироскопов (относительно платформы вокруг осей прецессии

— момент инерции гиростабилизатора относительно оси — момент инерции наружной рамки карданова подвеса относительно оси — моменты инерции платформы относительно осей их вместе с гироскопами

— моменты инерции гироскопов относительно асей их рецессии;

- моменты инерции кожухов гироскопов относительно осей вращения роторов и относительно экваториальных осей, перпендикулярных осям прецессии гироскопов;

— коэффициенты моментов, пропорциональных угловым скоростям ;

- управляющие моменты;

— моменты, развиваемые электродвигателями разгрузочных устройств.

Свободное движение гиростабилизатора с выключенным разгрузочным устройством определяется уравнениями

Каждый канал гиростабилизатора представляет собой колебательное звено с собственными (нутационными) частотами незатухающих колебаний

и относительным коэффициентом демпфирования

Реакция двухосного гиростабилизатора на возмущающие моменты, действующие вокруг осей его прецессии и стабилизации, определяется подобно тому, как это показано в разделе одноосных гиростабилизаторов.

Основными возмущающими моментами, действующими вокруг осей стабилизации, являются:

а) моменты трения, возникающие в опорах осей карданова подвеса гиростабилизатора;

б) моменты «тяжения» токоподводов;

в) инерционные моменты, возникающие при движении «обкатки» и при карданном повороте рамок карданова подвеса, порождаемые вращением с ускорением роторов электродвигателей разгрузки;

г) инерционные моменты платформы и рамок карданова подвеса, возникающие при поворотах корпуса гиростабилизатора вследствие геометрической погрешности кардана;

инерционные моменты, возникающие при статической несбалансированности элементов гиростабилизаторов в неустановившемся режиме полета.

Моменты внешних сил, действующие вокруг осей его стабилизации, порождают вынужденное движение гиростабилйзатора.

Моменты внешних сил, действующие вокруг осей карданова подвеса гиростабилизатора, представляют собой сумму моментов двух видов: моментов развиваемых разгрузочными устройствами, и моментов внешних сил, величина которых зависит от условий эксплуатации гиростабилизатора.

При этом

где

— перегрузка, возникающая в полете.

Вид функции, определяющей разгрузочные моменты выбирается, как показано в § 3 настоящей главы, а вид функции и зависит от конструкции гиростабилизатора и условий его эксплуатации.

Если возмущающие моменты и определены, то реакция отдельных каналов гиростабилизатора определяется так же, как в случае одноосного гиростабилизатора.

Составляющие собственной скорости прецессии вызванные действием вредных моментов вокруг осей прецессии, определяются для каждого канала стабилизации раздельно таким же образом, как и в случае одноосного стабилизатора. Для их уменьшения применяются различные конструктивные меры (гидростатическая разгрузка опор, применение трехколечных шарикоподшипников, создание равножестких гиромоторов со стабильным положением центра тяжести и т. д.).

Динамическую составляющую собственной скорости прецессии для каждого канала можно определить с помощью кинематической теоремы, зная абсолютный угол прецессии и угловую скорость поворота вокруг оси ротора. Для рассматриваемой схемы двухосного стабилизатора при малых значение абсолютного угла прецессии определяется возмущающими моментами относительно оси стабилизации и структурой контура разгрузки, а скорость поворота вдоль оси ротора равна переносной угловой скорости вдоль оси платформы. Наличие значительной переносной угловой скорости вокруг осей роторов вызывает большие динамические погрешности. В каждом канале их величину определяют по формулам (VIII.45), (VIII.46).

Для уменьшения динамической составляющей собственной скорости прецессии следует уменьшить переносную угловую скорость вдоль осей роторов гиромоторов. С этой целью можно использовать схему двухосного гиростабилизатора, в которой векторы кинетических моментов гироскопов лежат в стабилизированной плоскости платформы. В этом случае оси прецессии гироскопов параллельны стабилизированной оси платформы.

Недостатком такой схемы является наличие возмущений в контуре разгрузки при переносном движении вокруг оси платформы.

Снижение погрешностей гиростабилизатора, представленного на рис. VIII.11, может быть получено в случае применения четырехгироскопного гиростабилизатора.

Рабочий угол наружной оси кардана двухосного гиростабилизатора принципиально не ограничен. Угол поворота по внутренней оси кардана обычно не превышает так как с увеличением угла снижается нутационная частота и возрастает пропорционально инерционный момент от платформы и рамы кардана, возникающий при угловых ускорениях вокруг оси, перпендикулярной плоскости наружной рамы [8].