Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 8. ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИЕ И ИНТЕГРИРУЮЩИЕ ГИРОСКОПЫДля стабилизации движущихся объектов на выбранном направлении (например, для стабилизации и автоматического управления полетом) часто приходится измерять не только отклонение объекта от заданного направления, но также угловую скорость или угловое ускорение отклонения. В этом случае применяют дифференцирующие гироскопы, выполняющие функции измерителей первой производной от угла отклонения, возникающего при вращении объекта вокруг какой-либо главной оси. Эти устройства часто называются также датчиками первой производной. Для задания и стабилизации скорости движения используются интегрирующие гироскопы, которые, например, интегрируют линейное ускорение ЛA и выдают сигнал, пропорциональный скорости полета.
Рис. VIII.16. Схема измерителя угловой скорости отклонения самолета: 1 — демпфер; 2 — рычаг; 3 — ротор; 4 — подшипники; 4 — рамка; 6 — потенциометр; 7 — щетка; 8 — пружина; 9 — шатун Дифференцирующий гироскоп. Для измерения угловой скорости применяется дифференцирующий гироскоп с двумя степенями свободы (рис. VIII. 16). Ротор 3 гироскопа с большой угловой скоростью вращается вокруг оси Принудительное вращение рамки 5 вместе с самолетом, а следовательно, и оси ротора гироскопа вокруг оси и стремится совместить вектор кинетического момента Н гироскопа с вектором угловой скорости Гироскопически момент равен векторному произведению кинетического момента Н и угловой скорости
Гироскопический момент уравновешивается пружиной Движение рамки измерителя угловой скорости определяется уравнением моментов, действующих на рамку гироскопа,
где Р — угол поворота рамки 5 относительно корпуса прибора;
Демпфер 1 эффективно гасит собственные колебания рамки датчика угловой скорости, частота незатухающих колебаний которой определяется соотношением
и обычно выбирается в пределах от 2 до 50 гц. При этом угол Инерционная погрешность Считая угол
Передаточная функция для датчика угловой скорости будет иметь вид
где
Обычно относительный коэффициент демпфирования За счет инерционного момента и угла (30 дифференцирующий гироскоп измеряет угловые скорости объекта вокруг осей
Возмущающий момент, действующий вокруг оси прецессии х, вызывает инструментальную погрешность в измерении угловой скорости, равную
Как и для астатического гироскопа, различают отдельные инструментальные погрешности, не зависящие от перегрузки, пропорциональные перегрузке и пропорциональные квадрату перегрузки. Для уменьшения возмущающих моментов и для получения стабильного коэффициента передачи прибора используют датчики угловой скорости с электрической пружиной. В этих приборах противодействующий мрмент, пропорциональный углу В установившемся режиме гироскопический момент уравновешивается магнитоэлектрическим моментом, создаваемым током в моментном датчике. Измерив ток, получают величину и направление угловой скорости Демпфирование собственных колебаний осуществляется за счет специального формирования тока в моментном датчике. Интегрирующий гироскоп. Если от рамки гироскопа, приведенного на рис. VIII. 16, отсоединить пружину Допустим, что момент, вызываемый демпфером, достаточно велик по сравнению с инерционным моментом, тогда приближенно получим
В результате интегрирования последнее выражение примет вид
Полагая, что
Таким образом, угол поворота рамки 5 гироскопа, а следовательно, и щетки 7 оказывается пропорциональным углу поворота самолета от выбранного направления, т. е. интегралу от измеряемого параметра угловой скорости. В связи с этим такой прибор получил название интегрирующего гироскопа. С учетом инерционного члена передаточную функцию интегрирующего гироскопа можно записать
где — передаточное число интегрирующего гироскопа;
Примером гироскопа, интегрирующего угловую скорость вращения ЛА относительно какой-либо связанной оси, может служить поплавковый гироскоп (рис. VIII. 15) [11]. Гиромотор вмонтирован в поплавковую камеру 17, плавающую в тяжелой жидкости. Ось поплавка опирается на камни 21. На оси поплавка установлены чувствительный индуктивный датчик 19 для измерения углов и моментный датчик 16. Зазор между поплавковой камерой и корпусом прибора составляет примерно 0,25 мм, а коэффициент вязкости жидкости — около Вязкое сопротивление жидкости вращению поплавка в данном случае пропорционально скорости его вращения, и, следовательно, жидкостное трение заменяет действие воздушного демпфера. Такой прибор может быть использован как измеритель угла или угловой скорости поворота самолета, а также для стабилизации какой-либо платформы в абсолютном пространстве. Если между рамкой 5 (рис. VIII. 16) и демпфером 1 предусмотреть пружину, например заменить шатун 9 цилиндрической пружиной, то прибор превращается в измеритель угла и угловой скорости. Обозначим перемещение демпфера относительно корпуса прибора через
В первом приближении момент, создаваемый пружиной, уравновешивается гироскопическим моментом
Исключая
Интегрируя уравнение (VIII.70) при условии, что при
Отклонение Гироинтегратор. При управлении дальностью полета
Рис. VIII. 17. Устройство гироинтегратора: 1 — внешняя скоба; 2 — кожух ротора; 3 — ротор гироскопа; 4 — обмотка статора; 5 — ось кардана; 6 — контакты-коррекции; 7 — коллектор; 8 — двигатель коррекции; 9 — арретир; 10, 11 — контакты установки нуля; 12 — кулачки выключения двигателя; 13, 14 — диски; 15 — установка дистанции Прибор (рис. VIII. 17) представляет собой гироскоп с тремя степенями свободы. При этом центр тяжести гиромотора (элементов 3, 4) смещен на величину а относительно оси 5 внутренней рамки кардана гироскопа. Для удержания оси ротора гироскопа на направлении перпендикуляра к плоскости наружной рамки кардана служит разгрузочное устройство, состоящее из электродвигателя 8 и контактного устройства 6. При отклонении оси ротора гироскопа от перпендикуляра к плоскости наружной рамки кардана замыкается нижний или верхний контакт устройства 6 и включается разгрузочный электродвигатель 5, который развивает момент внешних сил, действующий вокруг оси наружной рамки кардана в таком направлении, что ось ротора гироскопа возвращается в начальное положение. Если ось наружной рамки кардана гироскопа установить вертикально, как это показано на рис. VIII. 17, то вследствие несовпадения центра тяжести гиромотора с осью внутренней рамки кардана вокруг этой оси будет действовать момент
где а — расстояние от центра тяжести гиромотора до оси внутренней рамки кардана гироскопа. Под действием этого момента наружная рамка кардана гироскопа приобретает угловую скорость
где Если прибор вместе с ракетой, на которой он установлен, движется вертикально с ускорением то к силе веса следует добавить силу инерции, равную
где
Интегрируя уравнение (VIII.74) в пределах от 0 до
Из этого уравнения видно, что угол Если с помощью какого-либо устройства исключить влияние веса [первый член в уравнении (VI 11.75)] на показания прибора, то величина угла
Рис. VIII. 18. Дифференцирующий гироскоп с тремя степенями свободы: 1 — гироскоп; 2 — моментный датчик; 3 — магнит; 4 — магнитопровод; 5 — катушка; 6 — амперметр Дифференцирующий гироскоп с тремя степенями свободы. Во время стрельбы с самолета по подвижной цели [7] необходимо знать угловую скорость поворота линии визирования, соединяющей, например, орудие с целью. При этом допустим, что прицельное устройство (рис. VIII. 18) или радиолокационная антенна установлены непосредственно на гироскопе, а в процессе наведения прицельное устройство и, следовательно, ось ротора гироскопа неизменно следят за целью Прибор представляет собой астатический гироскоп 1 с тремя степенями свободы, на оси внутренней рамки кардана которого установлен моментный датчик 2. Моментный датчик состоит из постоянного магнита 3, магнитопровода 4 и катушки 5, помещенной в зазоре магнита. Момент
где Под действием момента
откуда
Если с помощью магнитного датчика принуждать гироскоп следить за целью так, чтобы ось Измерив ток В некоторых случаях процесс слежения за целью автоматизируют, измеряя угол
где Угол
и, следовательно,
Согласно формулам (VIII.77) и (VIII.78), имеем
или
где
Решение неоднородного дифференциального уравнения при начальных условиях
Параметры прибора подбирают так, чтобы переходный процесс, характеризуемый уравнением (VIII.82), быстро затухал. Тогда угол
Используя уравнение (VII 1.78), получим
Таким образом, измеряя величину тока
|
1 |
Оглавление
|