8. КУРСОВЫЕ ГИРОСКОПИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Курсовые гироскопические системы предназначены для определения и задания углов курса корабля, самолета и других подвижных объектов.

К курсовым системам относятся гирополукомпасы, гиромагнитные компасы и гирокомпасы.

В гирополукомпасах используется способность гироскопа эффективно сопротивляться внешним возмущениям и в течение некоторого времени сохранять почти неизменное направление в азимуте.

В гиромагнитных системах гироскоп не является чувствительным элементом, а применяется в сочетании с магнитным или индукционным компасом и служит стабилизатором, предохраняющим магнитный компас от вредного влияния внешних возмущений.

В гирокомпасах для создания направляющего момента, устанавливающего ось ротора гироскопа по направлению меридиана, используется эффект суточного вращения Земли.

Гирополукомпасы [7]. Гирополукомпас представляет собой астатический гироскоп с тремя степенями свободы, ось ротора которого удерживается в плоскости горизонта с помощью разгрузочного электродвигателя (рис. VI 11.27). Электродвигатель управляется выключателем и устанавливает ось ротора гироскопа по направлению перпендикуляра к плоскости наружной рамки. Ось наружной рамки кардана гирополукомпаса устанавливается параллельно нормальной оси самолета.

Рис. VIII.27. Гирополукомпас

В результате суточного вращения Земли и движения самолета ось ротора астатического гироскопа, удерживаемая примерно в плоскости горизонта, поворачивается относительно меридиана с угловой скоростью

где — восточная составляющая скорости самолета;

— угловая скорость поворота плоскости меридиана относительно истинной вертикали.

Если курс самолета отсчитывается от направления выбранной ортодромии, а не относительно географического меридиана, то в полете скорость отклонения оси ротора свободного гироскопа от заданной ортодромии

где — боковое отклонение самолета от выбранной ортодромии;

— горизонтальная проекция скорости полета на направление бокового отклонения.

Считая, что в полете отклонение от выбранной ортодромии не велико, угловой скоростью практически пренебрегают. Для того чтобы внести поправку на вращение Земли, достаточно знать широту местонахождения самолета.

Если вокруг оси внутренней рамки кардана наложить момент, величина которого зависит от синуса угла широты места, то скорость прецессии оси ротора гироскопа в азимуте будет соответствовать уравнению (VIII. 124). Гирополукомпас с коррекцией на вращение Земли служит указателем направления ортодромии.

При отклонении оси наружной рамки гирополукомпаса от истинной вертикали возникает так называемая геометрическая погрешность кардана (карданная погрешность), присущая любому карданову подвесу, которая исчезает при выравнивании самолета.

Для устранения геометрической погрешности кардана ось его наружной рамки следует стабилизировать на направлении истинной вертикали.

На вираже и при гармонических колебаниях самолета относительно продольной и поперечной осей или вообще в случае движения оси наружной рамки кардана по образующей круглого конуса возникает так называемая виражная погрешность гирополукомпаса. Она появляется в результате воздействия разгрузочного электродвигателя или трения в опорах оси наружной рамки карданова подвеса. При вираже эти моменты вызывают прецессию гироскопа в наклонной плоскости, что приводит к неизменно возрастающему отклонению оси ротора гироскопа в азимуте (см. § 3 настоящей главы).

Для уменьшения виражной погрешности гирополукомпаса скорость прецессии оси ротора гироскопа, возникающая под действием разгрузочного электродвигателя, должна быть по возможности минимальной.

Гиромагнитные компасы [1], [7]. Примером гиромагнитного компаса может служить гироиндукционный компас ГИК, схема которого приведена на рис. VIII.28. Гироиндукционный компас состоит из следующих основных элементов: гирополукомпаса, индукционного магнитного элемента, коррекционного магнитного элемента, указателя с лекальным устройством, устраняющим погрешности дистанционных передач, и выключателя коррекции, разрывающего, цепь азимутальной и горизонтальной коррекции гирополукомпаса на вираже. При рассогласовании направления результирующего магнитного потока в индукционном чувствительном элементе с потоком в соединенном с ним сельсине коррекционного механизма электродвигатель отрабатывает сельсин в согласованное положение. При рассогласовании щеток потенциометра корректирующего механизма и азимутального положения гироскопа сигнал, снимаемый с диаметральных отводов коррекционного механизма после усиления, приводит во вращение электродвигатель 1, поворачивающий через редуктор щетки 3 кольцевого потенциометра 2 в сторону отклонения гироскопа. Гироиндукционному компасу также присущи карданная и виражная погрешности. Кроме того, гиромагнитные компасы обладают погрешностями, к которым относятся остаточная девиация, неточное введение поправки на магнитное отклонение и др.

Азимутальная коррекция гирополукомпаса также порождает погрешности гироиндукционного компаса на вираже.

(кликните для просмотра скана)

Поворотная погрешность магнитного компаса меняет свой знак

2 раза за время одного полного витка виража, и время прецессии гироскопа под действием момента азимутальной коррекции равно примерно половине периода виража.

Для уменьшения погрешности гиромагнитных и гироиндукционных компасов азимутальную коррекцию на время виража и при полетах с ускорением выключают.

Гирокомпасы [2], [7]. Гироскопический компас является усовершенствованным гироскопом с двумя степенями свободы и в нем использована способность гироскопа устанавливаться по направлению проекции вектора угловой скорости вращения платформы на плоскость, перпендикулярную оси его прецессии.

Рис. VIII.29. Принципиальная схема гирокомпаса: 1 — изображающая плоскость; 2 — след плоскости меридиана; 3 — след плоскости горизонта

Современные корабли оборудованы более сложными гироскопическими компасами.

Гирокомпас (рис. VIII.29) представляет собой трехстепенной гироскоп, ось ротора которого удерживается примерно в плоскости горизонта, а центр тяжести смещен вниз по отношению к оси внутренней рамки кардана. Если ось ротора гирокомпаса расположена на пересечении меридиана и плоскости горизонта (точка ), а вектор кинетического момента направлен к северу, то вследствие суточного вращения Земли ось ротора гирокомпаса отклоняется к востоку и поднимается над плоскостью горизонта (от ). С подъемом оси ротора гироскопа над плоскостью горизонта возникает маятниковый момент где — вес гиромотора, I — смещение центра тяжести тиромотора относительно оси внутренней рамки кардана, — угол подъема оси ротора гироскопа над плоскостью горизонта.

Маятниковый момент вектор которого направлен по оси внутренней рамки кардана на запад, вызовет прецессию к западу когда ось ротора гироскопа вновь пересекает меридиан

(положение ), вращение Земли вызывает движение оси ротора гироскопа к плоскости горизонта, при этом маятниковый момент уменьшается и ось ротора гироскопа вследствие преобладающего влияния суточного вращения Земли снова движется к востоку . В результате ось ротора гирокомпаса совершает незатухающие гармонические колебания около направления меридиана, описывая на изображающей плоскости эллипс, вытянутый в направлении горизонта. Для погашения этих колебаний применяется специальное устройство, представляющее собой, например, сопло, через которое под давлением, создаваемым быстро вращающимся ротором, выбрасывается струя воздуха.

При отклонении оси ротора гироскопа от направления перпендикуляра к плоскости наружной рамки кардана сила реакции воздушной струи, выбрасываемой ротором, создает момент — соответствующий постоянный коэффициент, — плечо), вектор которого направлен по оси наружной рамки кардана, а величина пропорциональна углу Такую же пару с вертикальной осью, как и пару, создаваемую реакцией струи, выбрасываемой ротором, можно получить с помощью моментного датчика, установленного на оси наружной рамки кардана гироскопа, управляемого датчиком угла поворота гироскопа вокруг оси внутренней рамки его кардана.

Направляющий момент Ни обычно весьма мал, поэтому для уменьшения моментов сил сопротивления трения в опорах гироскопа взвешивают гироскопический узел в жидкости, применяют торсионные подвесы со специальной следящей системой и др.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)