Оборудование літальних аппаратов

Тема № 14. Системи виміру курсу і курсовертикали.

Заняття № 2 (2 часа).

1. Курсової гіроскоп (гирополукомпас).

Курсовим називається трехстепенной астатический гіроскоп з вертикально розташованої віссю зовнішньої рами. Головна вісь курсового гироскопа перебуває горизонтальної площини і займає довільне стосовно осях ЛА становище, наприклад, в вихідному стані перпендикулярна до осі ОХ1 ЛА і до заданому напрямку ОХ0 польоту (рис. 1).

Курсової гіроскоп призначений для виміру кута відхилення ЛА від заданого курсу (кута рысканья (). При повороті ЛА на кут (разом із щодо шкали III, закріпленої на осі зовнішньої рами гироскопа, переміщається індекс І, завданий на корпусі приладу, жорстко що з ЛА. Оскільки головна вісь гироскопа зберігає незмінним своє становище у просторі, то становище індексу І щодо позначки Про, нанесеною на шкалою, і є мірою кутового відхилення ЛА від заданого напрями полета.

Трехстепенной астатический гіроскоп не володіє відмінність, наприклад, від магнітного компаса, здатністю встановлюватися в напрямі меридіана, оскільки її головна вісь зберігає (з точністю до власних доглядів) то становище у инерциальном просторі, яке вона мала до закінчення часу розгону ротора. Тому аналізований гіроскоп називається гирополукомпасом (ЦПК). Основними похибками ЦПК, як і будь-якого гироскопа, є який те що, власний те що і карданна погрешность.

2. Основні похибки ЦПК і їх устранения.

2.1 Гаданий те що ЦПК через обертання Земли.

Складові вектора (із кутовий швидкості обертання Землі (рис. 14.13. а точки Про, яка перебуває на широті (, рівні: горизонтальна складова (зг=(зґcos (; вертикальна складова (зв=(зґsin (.

Нехай ЦПК зорієнтований у точці Про так (рис. 2б): головна вісь у площині горизонту, причому вектор М спрямовано схід Є; вісь внутрішньої рами Х (вісь підвісу гиромотора) горизонтальна і північ N; вісь зовнішньої рами спрямована в місцевій вертикалі Z.

За такої розташуванні горизонтальна складова (зг повністю проектується на вісь внутрішньої рами, а вертикальна складова (зв — на вісь зовнішньої рами ЦПК. Наглядач з космосу (відповідно до рис. 2б) бачитиме, что:

1. Головна вісь ЦПК зберігає незмінним своє становище у инерциальном пространстве;

2. Верхній лівий кінець площині горизонту піднімається, а правий нижній — опускається. Це пов’язано з горизонтальній складової (зг кутовий швидкості обертання Землі та відбувається з швидкістю, рівної (зг;

3. Площину горизонту обертається навколо місцевої вертикалі Z. Це зумовлено вертикальної складової (зв кутовий швидкості обертання Землі та відбувається проти годинниковий стрілки, коли дивитися з кінця вектора (зв, зі швидкістю, рівної (зв.

Наглядач, які перебувають Землі, її обертання не відчуває. І він бачитиме, что:

1. Вектор М піднімається над площиною горизонту з кутовий швидкістю (x, рівної за величиною і протилежної за сигналом горизонтальній складової (зг кутовий швидкості обертання Землі, тобто (x= -(зг;

2. Вектор М обертається у площині горизонту з кутовий швидкістю ((, рівної за величиною і протилежної за сигналом вертикальної складової (зв кутовий швидкості обертання Землі, тобто ((= -(зв.

Кутові швидкості (x і ((у разі є швидкості уявного догляду ЦПК через обертання Землі навколо осей внутрішньої і зовнішньої рам соответственно.

Величина догляду (=((ґt у площині горизонту, обумовлена вертикальної складової (зв кутовий швидкості обертання Землі, є похибкою ЦПК у вимірі курсу. Вона усувається системою азимутальной широтной корекції - моментною чи кинематической (див. тему N13, заняття N2).

Величина догляду (=(хґt із площини горизонту, обумовлена горизонтальній складової (зг кутовий швидкості обертання Землі, компенсується системами межрамочной чи маятниковою коррекции.

2.2 Гаданий те що ЦПК через руху ЛА.

Припустимо, що земля не обертається. Нехай ЦПК, які перебувають на північному полюсі N, виставлено отже вісь його зовнішньої рами вертикальна, а головна вісь — горизонтальна (рис. 3а).

При переміщенні ЛА до екватору вісь зовнішньої рами ЦПК буде разом із ЛА повертатися в инерциальном просторі, але з відношення до Землі завжди залишатиметься вертикально (якщо ЛА летить горизонтально). У цьому головна вісь ЦПК, зберігаючи незмінним свій напрям в инерциальном просторі, щодо Землі буде повертатися і екваторі займе вертикальне становище, унаслідок чого гіроскоп «складеться » .

Для утримання головною осі ЦПК у площині горизонту застосовується, як вже було сказано, межрамочная чи маятникові системи корекції. Відхід ж ЦПК у площині горизонту («в азимуте ») через руху ЛА залежить від виду траектории.

Нехай ЛА переміщається з точки На точку У, причому у точці А головну вісь ЦПК (вектор М) сумісний із вектором W шляховий скорости.

Якщо ЛА рухатиметься по локсодромии, що його проекція на горизонтальну площину, побудовану у точці А крива лінія (рис. 3б).

Причому у точці У вектор М не буде збігатися з вектором W, то є має місце який те що ЦПК у площині горизонту, обумовлений рухом ЛА по криволінійної траектории.

Проекція ортодромии на горизонтальну площину є прямий лінія (рис. 3в). Причому у точці У, як і у точці а, вектор М збігаються з вектором W, тобто у цьому випадку уявного догляду ЦПК в азимуте не будет.

Одержимо висловлювання для сумарного уявного догляду через обертання Землі та переміщення ЛА. Нехай ЛА рухається по локсодромии з їх постійним істинним курсом (і, з шляховий швидкістю W й у кожен час перебуває у точці Про із поточною широтою (. Зв’яжемо з цим точкою яке супроводжувало географічну праву систему координат ONZE, осі якої спрямовані так: ON — у площині обріїв та спрямовано північ; OZ — лінією місцевої вертикалі; OE — у площині обріїв та спрямовано восток.

Проекції вектора шляховий швидкості на осі ON і OE позначимо: WN і WE — північна і східна складові шляховий скорости.

за рахунок північної складової ЛА переміщається по меридіану і обертається в инерциальном просторі з кутовий скоростью.

(n=(WN/R), де R — радіус Землі (висоту польоту не враховуємо через її малої величини проти R Землі), вектор якої у площині обріїв та направлений у негативний бік осі ОЕ, у вираженні значення (N стоїть знак «мінус » .

за рахунок східної складової ЛА переміщається по паралелі і обертається в инерциальном просторі з кутовий скоростью.

(е=(WE/(Rґcos ()), вектор якої збігається в напрямі з вектором кутовий швидкості обертання Землі. Побудуємо у точці Про сумарний вектор (із + (е і розкладемо його за горизонтальну (проекція на вісь ON) і вертикальну (проекція на вісь OZ) составляющие.

(г=((з + (Є)ґcos (=(зг +WЕ/R;

(в=((з + (Є)ґsin (= (зв+(WЕ/R)ґtg (, де (зг=(зґcos (, (зв=(вґsin (- горизонтальна і вертикальна складові кутовий швидкості обертання Землі. Якщо компенсувати який те що ЦПК в азимуте, він можна використовувати як покажчика істинного курсу. Проте за високих широтах (у районі полюсів) компенсація складової (WЕ/R)ґtg (неможлива, позаяк у цьому випадку tg ((Ґ. Отже, в полярних районах навігація на своєму шляху по локсодромии з допомогою ЦПК здійснити не можна. Це лише при русі по ортодромии. Треба мати у вигляді, що азимутальний те що ЦПК через руху ЛА по ортодромии відсутня. Отже, на своєму шляху по ортодромии азимутальний те що ЦПК обумовлений лише вертикальної складової (зв кутовий швидкості обертання Землі. Цей те що компенсується системами азимутальной широтной корекції - моментною чи кинематической.

Слід зазначити, що напрям й розмір уявного догляду ЦПК не залежить від напряму, і величини кінетичного моменту, а залежать лише з його орієнтації, виду траєкторії, географічної широти місця, і навіть від напряму, і величини швидкість руху ЛА.

Площину ортодромии обертається навколо місцевої вертикалі з кутовий швидкістю, рівної (зв.

Якщо компенсувати те що гироскопа в азимуте через (зв, він буде будувати цю площину. У цьому ЦПК є покажчиком ортодромии.

І тут ЦПК (поруч із астрономічними засобами, які не розглядаються) забезпечує можливість навігації в полярних районах.

Площину ортодромии в вихідному пункті маршруту ІПМ задається початковим дорожнім кутом ортодромии НПУО, отсчитываемым від північного напрями географічного меридіана, причому у ІПМ цей кут дорівнює істинному курсу (рис. 4), тобто НПУО = (іпм (рис. 14.20).

З допомогою ЦПК це, наприклад, виставкою його головною осі Z (у площині географічного меридіана ІПМ і наступного компенсацією азимутального догляду через (зв з допомогою системи моментною широтной корекції. Причому у проміжному пункті маршруту ППМ головна вісь Z (не збігатиметься із географічним меридіаном ППМ (рис. 4), буде зберігати напрям географічного меридіана ИПМ.

Від цього напряму і вимірюється ортодромический курс. Якщо ЦПК застосовується кінематична азимутальная широтная корекція, то довільне становище його головною осі у просторі (площині горизонту) попередньо цілком узгоджується з напрямом північ, та був компенсується його відставку в азимуте через (зв.

Отже, якщо компенсувати азимутальний те що ЦПК через (зв, його орієнтація щодо ортодромии буде незмінною. Отже, якщо з допомогою такого гирополукомпаса витримувати постійний ортодромический курс, рівний початковому путевому розі ортодромии, то ЛА переміщатиметься по заданої ортодромии.

2.3. Власний те що ГПК.

Власний те що ЦПК, як і жодного гироскопа, обумовлений дією шкідливих моментів. Для авіаційних гироприборов такими моментами є моменти сил сухого тертя Мтр в підшипниках (опорах) й у контактних токоподводах, і навіть моменти небаланса Мнб і моменти, створювані пружними токоподводами (останні застосовують у разі обмеженого кута повороту елементів гироскопа).

Дія зазначених моментів щодо осі зовнішньої рами призводить до догляду гироскопа навколо осі внутрішньої рами і похибки у вимірі курсу бракує. Цей те що компенсується системами межрамочной і маятниковою корекції. Дія ж шкідливих моментів Мхтр, Мхнб (рис. 5) щодо осі внутрішньої рами призводить до відтоку ЦПК навколо осі зовнішньої рами з кутовий скоростью.

((=(Мхтр+Мхнб)/(Нґcos (), що викликає похибка у вимірі курса.

Действие моменту Мхтр очевидно з мал. 5.а. Момент небаланса Мхнб (рис. 14.16.б) виникає під час усунення центру мас (ЦМ) гиромотора щодо центру підвісу Про на величину l внаслідок залишкової незбалансованості гироскопа у процесі виробництва, і навіть з допомогою люфтів і деформацій, що з’явилися внаслідок эксплуатации.

Якщо ЛА, у якому встановлено ЦПК, нерухомий чи летить горизонтально, чи до ЦМ буде прикладена сила.

F=mґg (m — маса гиромотора, g — прискорення сили тяжести).

Якщо ЛА летить з прискоренням V (, вектор якого спрямований по осі зовнішньої рами, то цьому випадку сила F=mґV (.

Сила F і це створює момент Мхнб = Fґl. Як вказувалося, для зменшення шкідливих моментів застосовуються прецизійні підшипники і виробляється ретельна балансування гироскопа.

Проте заходи виявляються недостатніми. Тож зменшення моментів сил сухого тертя застосовується система «прокачування «підшипників і токоподводов, а зменшення впливу моментів небаланса використовується електрична «балансування ». У чому сутність роботи системи «прокачування «і електричної балансування ми розглянемо у таких заняттях даної темы.

2.4. Карданна похибка ГПК.

Карданна похибка ЦПК у вимірі курсу виникає при наклонах ЛА по тангажу і крену. Вона з поворотом зовнішньої рами (разом із шкалою) навколо її осі з допомогою кінематики карданова підвісу. Цей поворот відбувається за відхиленнях зовнішньої рами від вертикального становища щодо осі, не яка відповідає головною віссю чи з віссю внутрішньої рами ГПК.

Справді, якщо поздовжня вісь ЛА (рис. 6-а) збігаються з головною віссю ЦПК (приймемо це положення за нульової курс), то: при наклонах ЛА по тангажу разом із повернеться зовнішня рама навколо осі Х внутрішньої рами, повороту ж НР навколо її осі нічого очікувати; при наклонах ЛА за креном разом із повернуться зовнішня рама й внутрішня соціальність рама (кожух гиромотора) навколо головною осі Z гироскопа, у своїй повороту НР навколо осі (теж будет.

Отже, в аналізованому разі карданна похибка ЦПК не виникає. Вона немає і тоді, коли поздовжня вісь ЛА збігаються з віссю Х внутрішньої рами, у яких переконаємося, провівши аналогічні вищенаведеним рассуждения.

Нехай тепер ЛА летить із якоюсь курсом (, у якому його поздовжня вісь не збігається ні з головної віссю, ні з віссю внутрішньої рами ЦПК, і нехай у своїй ЛА повертається по тангажу. Вочевидь, що це поворот буде відбуватися навколо осі АА, перпендикулярної до подовжньої осі ЛА і яка відповідає осями Х і Z ГПК.

Конструктивно кути між головною віссю Z і віссю Х внутрішньої рами, а також між віссю Х і віссю (зовнішньої рами прямі. Тобто в ЦПК може змінюватися лише кут між осями Z і (, причому напрям осі Z в инерциальном просторі залишається незмінною. Тому ЦПК можна у вигляді моделі, зображеною на рис. 6б, де вісь Z хіба що «прив'язана «до якоїсь зірці, яка уособлювала собою инерциальное пространство.

При повороті ЛА навколо осі АА вісь (відхилиться від вертикалі. У цьому вісь Х повернеться як навколо нерухомій осі Z, і разом із віссю (і закріпленої у ньому шкалою, навколо осі (в напрямі стрілки на величину ((. Через війну індекс, завданий на корпусі приладу, виявиться навколо оцінки шкали («=(-((.

Розмір ((=(-(«це і є карданна похибка у вимірі курсу при наявності кута тангажа чи крена.

Знайдемо вираз для ((у разі повороту ЛА по тангажу. нехай у вихідному становищі (рис. 7а, б) поздовжня вісь ЛА лежить у площині горизонту, збігаються з лінією ВВ і паралельна головною осі гироскопа. Нехай, далі, ЛА повернувся горизонтальної площині на кут (, рівний розі ВОА, а вертикальної площині - на кут (, рівний розі АОС, отже у кінцевому становищі його поздовжня вісь лежить у похилій площини і збігаються з лінією ОС. З трикутника АОВ, у якому кут ОАВ прямий, слід, що АВ=АОґtg (.

З трикутника АОС, у якому кут ОАС прямий, слід, що АО=ОСґcos (. З трикутника OCD, у якому кут OCD прямий й у який CD=AB (з побудови), слід, що tg («=CD/OC=AB/OC=AOґtg (/OC=tg (ґcos (. Отже, карданна похибка равна.

((=(-arctg (tg ((ґcos (). Графік карданной похибки наведено на рис. 14.18.в, з яких видно, що вона є періодичної функцією кута (з періодом, рівним 180°.

Якщо за курсі 0°, 90°, 180° і 270° поперечна вісь ЛА збігаються з віссю внутрішньої рами чи з головної віссю гироскопа, то карданна помилка в таких випадках дорівнює нулю.

Під час повернення ЛА до горизонтальному польоту карданна похибка, яка може мати значну величину, исчезает.

Як було вказано вище, карданна похибка виникає при наклонах ЛА як по тангажу, а й у крену.

Для усунення карданной похибки ЦПК встановлюється до однієї (на важких ЛА) чи дві (на винищувачах) додаткові рамы.

3. Гальмівний пристрій ГПК.

Гирополукомпас має гальмівне пристрій, необхідність якого криється у следующем.

Якщо цю систему горизонтальній маятниковою корекції відключена (при віражі літака) чи разі зняття харчування з приладу, наявність моменту М (щодо осі зовнішньої рами (це то, можливо момент тертя, небаланса і т.п.) призводить до прецесії гироскопа навколо осі внутрішньої рами, в результаті чого гиромотор ляже на упор (рис. 8а). У цьому гіроскоп втратить одну свободу й під дією моменту М (стане, як звичайне тверде тіло, прискорено обертатися навколо осі зовнішньої рами з дедалі більшого кутовий швидкістю (((при постійному значенні моменту М (). Наявність цієї кутовий швидкості призводить до появи гироскопического моменту Мг=Нґ((ґcos (, котрий за збільшення ((дедалі більше притискає гиромотор до зовнішньої рамі (упору), надаючи що руйнує дію на підшипники, в яких вона установлена.

Щоб уникнути, обабіч до гиромотору (рис.8б) кріпляться куточки, одна з яких в описаної ситуації впирається у корпус приладу (через штовхач з поворотній пружиною) і тим самим, гальмує з допомогою сил тертя обертання гироскопа навколо осі зовнішньої рамы.

Перевагою ЦПК є його спроможність зберігати незмінним становище своїм головним осі при еволюціях ЛА. Це дозволяє вживати ЦПК як хранителя опорного напрями, від якої вимірюється курс самолета.

Недоліками ЦПК є: відсутність вибірковості до заданому опорному напрямку — ЦПК спочатку потрібно виставити у напрямі чи «прив'язати «щодо нього; який й викохує власний те що, і навіть карданна погрешность.

Начальник циклу № 4 ВК № 1.

|полковник | |А. Зайцев |.