Конструкция и принцип действия гировертикали (стр. 2 из 5)

Типичная схема гировертикали с радиальной коррекцией представляет собой трехстепенной астатический гироскоп в кардановом подвесе. Оси карданова подвеса – горизонтальны, главная ось гироскопа – вертикальна. Наружную ось карданова подвеса ориентируют параллельно продольной оси объекта. На кожухе гироскопа устанавливают два маятниковых

Чувствительных элемента М1 и М2 с электрическим выходом. Их сигналы используют для коррекции гироскопа.

Рисунок 1. Гировертикаль с радиальной коррекцией.

Маятниковый элемент М1 выдает сигнал, зависящий от наклона главной оси гироскопа относительно вертикали, вызванного поворотом гироскопа вокруг оси наружной рамки подвеса. Маятниковый элемент М2 дает сигнал, зависящий от наклона гироскопа, вызванного поворотом вокруг оси внутренней рамки. Сигнал маятникового элемента М1 подается на датчик момента ДМ1, установленный на оси внутренней рамки, а сигнал маятникового элемента М2 –на датчик момента ДМ2, установленный на оси наружной рамки. Моменты прикладываемые к гироскопу датчиками моментов ДМ1 и ДМ2, отличаются от маятниковых моментов в гиромаятнике перекрестной связью. Это следует понимать так. Если главная ось гироскопа отклонена от вертикали вследствие поворота гироскопа, например вокруг наружной оси подвеса, то в гиромаятнике к гироскопу прикладывается маятниковый момент вокруг той же оси наружной рамки. Этот момент вызывает прецессионное движение гироскопа вокруг оси внутренней рамки. В ГВ с радиальной коррекцией при повороте гироскопа вокруг наружной оси подвеса с помощью датчика момента ДМ1 создается момент вокруг внутренней оси подвеса. Этот момент вызывает прецессионное движение гироскопа вокруг наружной оси подвеса, которое прекращается, когда сигнал маятникового элемента обратится в ноль, т. е. когда главная ось гироскопа совместится с вертикалью.ГВ с РК имеет общий с гиромагнитным компасом принцип построения прибора.

Как в ГВ, т. к. и в ГМК используют астатический гироскоп, корректируемый внешним чувствительным элементом, имеющим позиционный момент взаимодействия с полем Земли. В результате этого взаимодействия чувствительный элемент системы коррекции занимает определенное положение равновесия в земной системе координат и через систему коррекции приводит в это положение главную ось гироскопа.

Если главная ось Oz гироскопа отклонена от направления истинной вертикали на угол α, то с маятникового элемента 6 снимается управляющий сигнал, являющийся функцией угла α, который поступает на коррекционный двигатель 2, создавая момент М, действующий вокруг оси кожуха гироскопа. При этом ось Oz гироскопа прецессирует к истинной вертикали. Аналогично работает система коррекции, состоящая из маятника 5 и коррекционного двигателя 3, при отклонении оси Oz гироскопа относительно истинной вертикали на угол β. По характеру зависимости момента коррекции от угла отклонения оси Oz гироскопа относительно направления Истинной вертикали, фиксируемого маятниковым чувствительным элементом, различают следующие основные типы коррекции гировертикалей:

- пропорциональная (линейная), когда корректирующий момент пропорционален углу отклонения гироскопа;

- постоянная (релейная), когда величина момента коррекции постоянна, а его знак изменяется при изменении знака угла отклонения гироскопа;

- смешанная (линейная с ограничением), когда в диапазоне углов ±Ф коррекция пропорциональная, а за пределами этой области — постоянная.

гироскопический тангаж вертикаль индукция

Рисунок 2. Характеристики коррекции гировертикали

1.3 Уравнения движения гировертикали

При составлении уравнений движения гировертикали ограничимся простейшей математической моделью – прецессионными уравнениями, которые не описывают высокочастотные собственные движения гироскопа (нутационные колебания). Учет членов, определяющих нутационные колебания необходим лишь при наличии внешних возмущений, изменяющихся с частотой, близкой к частоте нутационных колебаний гироскопа или при анализе устойчивости системы.

Будем предполагать, что гировертикаль установлена на самолете, совершающем горизонтальный полет с ускорением a , проекции которого на оси

обозначим

. Ось наружной рамки гироскопа ориентирована по продольной оси самолета.

В качестве базовой системы координат удобно использовать траекторную систему координат

. В этом случае углы отклонения главной оси гироскопа от истинной вертикали определяют погрешности прибора, следовательно, они будут малыми. При составлении уравнений воспользуемся методом кинетостатики.

С гидроузлом свяжем систему координат Оxyz , а с наружной рамкой О

. Положение главной оси гироскопа по отношению к системе координат

определяется углами α и β . Угол α – поворот гироскопа относительно оси наружной рамки со скоростью

. Угол β – поворот гироскопа относительно оси внутренней рамки со скоростью

(рисунок2).

ш (1)

Проекции абсолютной угловой скорости системы координат Оxyzна оси ОxиОy(рисунок 2) имеют вид[2]:

(2)

Учитывая малость углов

будем полагать cos

=1, cos

=1, sin

,sin

. Тогда [2]:

(3)

Рисунок 2. К выводу уравнений движения гировертикали

На рисунке 2 показаны гироскопические моменты, моменты коррекции и возмущающие моменты, воздействующие на гироскоп по осям карданова подвеса. Направление гироскопических моментов определяем по правилу Жуковского. Моменты коррекции направлены так, чтобы под действием прецессии, вызванной ими, главная ось гироскопа стремилась совместиться с направлением кажущейся вертикали (КВ). По кажущейся вертикали, при ускоренном движении самолета, устанавливаются маятниковые чувствительные элементы (рисунок 3).

Рисунок 3. К определению углов рассогласования гироскопа и маятников

В случае, когда ускорение самолета равно нулю, моменты коррекции направлены так, чтобы главная ось прецессировала к положению истинной вертикали (ИВ) места.

Приравнивая к нулю сумму проекций моментов на оси внутренней и наружнойрамок с учетом малости углов

и β , получим [2]:

(4)

Где

– моменты коррекции, создаваемые коррекционными двигателями по осям внутренней и наружной рамок;

– возмущающие моменты (моменты трения в осяхподвеса, моменты небаланса, моменты тяжения токоподводов и т.п.).