Учебное пособие по теме авиационные гироскопические приборы категория Брошюра Язык Русский Автор Булатов Виталий Александрович
 Скачать 1.03 Mb.
|
|
Назначение. Электрический указатель поворота предназначен для правильного выполнения разворота ЛА вокруг вертикальной оси с поперечным креном до 45° при скорости полета 500 км\ч. Принцип действия. Электрический указатель поворота (рис.16) - это гироскопический указатель поворота, у которого ротор 1 гироскопа приводится во вращение при помощи электрической энергии. Электрическое питание обеспечивает постоянную скорость вращения ротора независимо от высоты полета. (В указателе поворота УП-2 ротор приводится во вращение при помощи струи воздуха, ударяющего в его лунки и основным недостатком пневматического указателя является уменьшение плотности воздуха, а следовательно, и уменьшение и подача воздуха на разгон ротора при подъеме на высоту. Вследствие этого уменьшается скорость вращения ротора, что приводит к уменьшению чувствительности УП-2). Электрический привод дает возможность получить большую скорость вращения ротора гироскопа, чем достигается хорошая устойчивость гироскопа при работе. ЭУП-53 является комбинированным прибором, в состав которого входит электрический указатель поворота и указатель скольжения 7. Указатель поворота. Принцип действия ЭУП-53 основан на использовании свойства гироскопа с двумя степенями свободы совмещать ось собственного вращения с осью вынужденного вращения. Указатель поворота состоит из корпуса. Для уменьшения магнитного влияния прибора на магнитные компаса под кожухом корпуса имеется экран из пермоллоя. Чувствительный элемент указателя поворота - гироскоп с двумя степенями свободы, у которого главная ось расположена горизонтально. В качестве гироскопа используется гиромотор, который представляет собой электродвигатель постоянного тока, с возбуждением от постоянных магнитов. Ротор 1 гироскопа заключен в рамку карданного подвеса 2, которая связана с корпусом пружинами 3. Стрелка 4 перемещается по шкале прибора 5 рамкой посредством кривошипного механизма. С рамкой при помощи рычага соединен также демпфер 6. Рис. 16. Кинематическая схема и лицевая сторона ЭУП-53. Ротор гироскопа вращается с постоянной скоростью 6000 об\мин, которая поддерживается центробежным регулятором. Ротор 1 заключен в кожух, который с ним поворачивается под действием гироскопического момента. Отклонение гиромотора передается на стрелку 4 с помощью передающего механизма. Для устранения колебаний стрелки при рыскании вертолета по курсу указатель поворота снабжен воздушным демпфером 6. Демпфирующее устройство состоит из цилиндра, внутри которого перемещается поршень. При быстрых перемещениях поршня внутри цилиндра создается сжатие воздуха, который в силу своей упругости противодействует движению поршня и гасит колебания стрелки. Угол отклонения стрелки от крена и величины угловой скорости разворота ЛА. Во время поворота вокруг вертикальной оси к гироскопу прикладывается внешняя сила, под действием которой возникает гироскопический момент, стремящийся совместить ось вращения ротора с ось поворота вертолета, что вызывает прецессионное движение. Ротор 1 с рамкой 2 поворачивается вокруг оси хх, а стрелка указателя 4 смещается от нулевой отметки шкалы 5 и показывает направление поворота вертолета. Гироскоп будет прецессировать до тех пор, пока гироскопический момент не уравновесится силой натяжения пружин 3, создающих вокруг оси хх момент, направленный в сторону, обратную гироскопическому моменту. После прекращения поворота ЛА и, соответственно вращения рамки 2 относительно вертикальной оси, гироскопический момент исчезает. Под действием пружин 3 ось ротора 1 устанавливается параллельно поперечной оси вертолета, а стрелка 4 - в нулевое положение. Двухстепенной гироскоп указателя поворота чувствителен только к повороту вокруг вертикальной оси. При повороте ЛА вокруг поперечной оси, параллельной оси zz, гироскопический момент не возникает. При повороте ЛА вокруг продольной оси, параллельной оси хх, возникающий гироскопический момент стремится совместить ось вращения гироскопа с осью вращения хх. Однако прецессионное движение не возникает, так как этому мешают подшипники, в которых вращается рамка гироскопа. Указатель скольжения. Внизу на шкале указателя поворота расположен указатель скольжения, который служит для указания наличия и направления скольжения ЛА. Принцип действия основан на использовании свойств физического маятника. Это стеклянный шарик черного цвета, помещенный в изогнутую стеклянную трубку, которая заполнена жидкостью - толуолом. Жидкость затормаживает перемещение шарика при резких движениях воздушного судна. В верхней части трубки имеется небольшой отросток - уводящая камера, в которую уходят пузырьки воздуха и избыточный обьем толуола при нагреве. Центральное положение шарика в трубке фиксируется двумя вертикальными линиями. В прямолинейном горизонтальном полете на шарик действует только сила тяжести, равная его массе (рис.17.а). Значит, при правильных виражах и разворотах шарик находиться в центре, что показывает отсутствие скольжения и правильность выполнения виражей (рис.17. в). Шарик при различных положениях ЛА перемещается внутри трубки. Это отклонение пропорционально величине скольжения ЛА. Иными словами, в случае поперечного крена со скольжением под действием силы тяжести и центробежной силы шарик перемещается по трубке в ту или иную сторону (рис.17.б), а при правильном вираже остается в центре, так как он располагается по направлению равнодействующих сил. В зависимости от того, в какую сторону отклоняется шарик от центра трубки, можно судить о том, имеет ли ЛА внешнее или внутреннее скольжение. Рис. 17. К пояснению принципа работы указателя скольжения: а - горизонтальный полет, б - вираж, в - вираж со скольжением. Основные технические данные. Напряжение питания по постоянному току - 27±2,7в. Диапазон работы по высоте - до 20км. Температурный диапазон работы от -60 до +50°С. Отклонение стрелки прибора при плоском развороте с угловой скоростью 0,6°\сек - 4±2°, со скоростью 1,5°\сек - 12±2°. Погрешность в нормальных условиях при кренах 15-45° и угловых скоростях разворота 1,1-4°\сек - +1,5°. Масса не более 1,1кг. Предполетный осмотр и пользование в полете. Перед полетом необходимо убедиться в целости корпуса, стекла прибора, в отсутствии отслоении белой краски на отметках шкалы и стрелке, а также в креплении прибора к приборной доске. Убедиться в том, что жидкость в трубке указателя скольжения прозрачна и не имеет пузырьков воздуха. При осмотре стрелка должна совпадать с нулевой отметкой шкалы с погрешностью не более ±1°. Шарик указателя скольжения должен находиться в горизонтальном положении ЛА между визирными нитями. Включить питание и по истечении 2-3 минут проверить его на работоспособность. Для этого следует нажать на панель приборной доски, создав ей некоторое движение вокруг вертикальной оси. Если стрелка отклоняется, - прибор исправен. Для получения полного представления о характере полета, необходимо пользоваться одновременно показаниями указателя поворота в комбинации с указателем скольжения (рис.18). Рис. 18. Совместные показания указателя скольжения и указателя поворота. 1. Прямолинейный полет со скольжением на левую сторону. 2. Прямолинейный полет без скольжения. 3. Прямолинейный полет со скольжением на правую сторону. 4. Левый вираж с внутренним скольжением. 5. Левый вираж без скольжения. 6. Левый вираж с внешним скольжением. 7. Правый вираж с внешним скольжением. 8. Правый вираж без скольжения. 9. Правый вираж с внутренним скольжением. Демпфирующие гироскопы. Датчики угловых скоростей (ДУС) применяют на летательных аппаратах (ЛА) для определения направлений и величин угловых скоростей вращения относительно связанных осей. Непосредственно демпфирующие гироскопы (ДГ) предназначены для измерения угловых скоростей относительно осей вращения ЛА и выдачи электрических сигналов, пропорциональным этим скоростям, в управляющую систему. Основным элементом демпфирующего гироскопа является двухстепенной гироскоп (рис.19). При рассмотрении свойств двухстепенного гироскопа было показано, что наличие угловой скорости рассмотрении свойств двухстепенного гироскопа было показано, что наличие угловой скорости вращения основания, направленной перпендикулярно осям подвеса рамы и ротора, вызывает появление гироскопического момента и ускоренное вращение гироскопа относительно сои Охв. Значит, двухстепенного гироскоп является индикатором угловой скорости, но измерить величину угловой скорости с его помощью не возможно. Превращение двухстепенного гироскопа 2 в гироприбор осуществляется путем установки на оси Охв пружины 3, создающей момент, уравновешивающий гироскопический момент. Кроме этого, в целях демпфирования колебаний рамы в переходных режимах по оси устанавливается демпфер 4, создающий демпфирующий момент. Для съема сигнала на оси Охв установлен потенциометр. Рис.19. Демпфирующий гироскоп. Датчик угловых скоростей ДУС. Назначение. Датчик угловой скорости используется в различных системах ЛА, в частности в автопилоте и предназначен для измерения угловой скорости ЛА и выдачи электрического сигнала, пропорционального выдачи угловой скорости Принцип действия. ДУС представляет собой гироскоп с двумя степенями свободы. Если такой гироскоп поворачивать относительно его измерительной оси, то по закону прецессии, ротор гироскопа будет поворачиваться вокруг оси перпендикулярной измерительной, до тех пор пока возникший гироскопический момент не уравновесится моментом противодействующих пружин. Так как пружины имеют линейную характеристику, то угол поворота ротора вокруг оси прецессии будет пропорционален угловой скорости поворота гироскопа вокруг измерительной оси. Съем сигналов, пропорциональных угловой скорости, осуществляется индукционным потенциометром, ротор которого закреплен на оси прецессии гироскопа. ДУС различаются только расположением оси гироузла в кожухе прибора (вертикально или горизонтально). Устройство (рис.20). ДУС состоит из следующих элементов: - гироузла 2; - индукционного потенциометра 5; - пневматического демпфера; - противодействующих пружин 4. Основным элементом ДУС является гиромотор 1, расположенный в гироузле 2. Гиромотор представляет собой асинхронный трех фазный двигатель, статор и ротор которого помещены в специальный корпус. Гиромотор установлен на подшипниках и фиксируется относительно исходного положения с помощью двух спиральных пружин 4. Для исключения влияния высоты полета на работу прибора корпус заполнен азотом. Гироузел при помощи рычага соединяется с поршнем пневматического демпфера, необходимого для гашения собственных колебаний системы. Демпфер состоит из латунного цилиндра и поршня. Для уплотнения на поверхности поршня выполнены проточки. В конце цилиндра у дна имеется капиллярное отверстие для выхода воздуха. Это отверстие выполнено регулируемым. Поворот гироузла ограничивается упором, укрепленным на крышке прибора. Технические характеристики. 1. Источник питания - переменным трех фазным током U=36В±2В 400Гц±8Гц. 2. Чувствительность к угловой скорости при температурах+20 и +50°С не более 0,05°\сек, при -60° 2. Чувствительность к угловой скорости при температурах+20 и +50°С не более 0,05°\сек, при -60° - 0,1°\сек. 3. Предел измерения угловой скорости - до 15°\сек. 4. Остаточный сигнал - не более 300 мв. 5. Вес - не более 1,0кг. 6. Выходное напряжение в трех взаимно перпендикулярных положениях при отсутствии угловой скорости не более ±0,15 Рис.20. Кинематическая схема датчика угловых скоростей. Электрическая схема. В трех фазную статорную обмотку двигателя Гм подается трех фазный переменный ток, частотой 400Гц. Якорь представляет собой короткозамкнутую обмотку. Трех фазный переменный ток, протекающий в статорных обмотках, будет индуктировать ЭДС, создающую ток в короткозамкнутой обмотке якоря. Взаимодействие магнитных полей токов, протекающих в обмотках ротора и статора, и обуславливает появление вращающего момента. Электрическая часть ротора представляет собой пакет пластин, изготовленный из электротехнической стали. В пазы пластин залит материал с повышенной электропроводностью, который и образует короткозамкнутые витки роторной обмотки. В гиромоторе ротор расположен снаружи статора для увеличения момента инерции ротора. На оси гироузла (со стороны противоположной крышки прибора) закреплен ротор индукционного потенциометра ИД, статор, которого установлен в корпусе прибора. Токоподводы к гиромотору выполнены в виде бронзовых пружин. Контроль за работой датчика осуществляется с помощью трансформатора Тр, первичная обмотка которого выполнена последовательно с одной из обмоток статора гиромотора. С вторичной обмотки трансформатора производиться съем сигнала, по уровню которого можно судить о работоспособности ДУС. Цепи питания, съема сигнала и контроля выведены на ШР. Техническая эксплуатация. При технической эксплуатации демпфирующие гироскопы проверяют перед установкой на летательный аппарат и при регламентных работах. Основными проверяемыми параметрами являются: время готовности. Определяется как разность времени от момента включения питания гиромотора до момента, когда установится значение тока, потребляемого фазами гиромотора; потребляемые гиромотором токи. Определяют измерением с помощью амперметра; нулевой сигнал. Определяют с помощью милливольтметра; порог чувствительности; зависимости выходного сигнала от угловой скорости (статическая характеристика). Для этого прибор размещают на платформе поворотной установки типа УПГ или МПУ. Статическая характеристика определяется путем измерения выходного сигнала при различных значениях угловой скорости поворотной установки Рис.21. Электрическая схема ДУС. Выключатели коррекции. Назначение. Выключатели коррекции предназначены для обеспечения размыкания электрических цепей систем коррекции различных гироприборов при достижении ЛА заданной скорости разворота или виража. Такая необходимость возникает при действии на коррекционные устройства линейных ускорений от центробежных сил, возникающих при разворотах. Принцип действия. Чувствительные элементы коррекционных устройств отклоняются от заданного направления, что вызывает уход главной оси гироскопа от заданного направления. В связи с этим для устранения ложной коррекции и уменьшения ошибок гироприборов при разворотах следует отключать коррекцию на время эволюции ЛА. Однако при малых угловых скоростях разворотов на длительное время может вызвать большие уходы оси гироскопа. Следовательно, необходимо ограничить нижний предел угловой скорости, при которой целесообразно отключать коррекцию. При прямолинейном полете возможны колебания по углу рыскания, в условиях возмущенной атмосферы, вызывающие колебания ЧЭ системы коррекции. Они приводят к меньшим погрешностям, чем уход гироскопа. Отмеченное обстоятельство делает необходимым предусмотреть в выключателе коррекции систему задержки времени. Устройство. Выключатель коррекции состоит из четырех основных частей: - гироскопическая система; - пороговое устройство; - система задержки времени; - исполнительная (релейная) система. Принцип действия выключателя коррекции основан на свойстве гироскопа с двумя степенями свободы: совмещать вектор собственного вращения гироскопа с вектором угловой скорости основания, на котором данный гироскоп установлен. Гиродатчик при появлении угловой скорости разворота или виража выдает сигнал на пороговое устройство, которое предназначено для выдачи сигнала на отключение коррекции при достижении угловой скорости вращения летательного аппарата, равной расчетной. Устройство задержки времени обеспечивает задержку отключения коррекции при появлении кратковременных угловых скоростей превышающих заданный порог. Роль исполнительного устройства выполнят электромагнитное реле, через нормально замкнутые контакты которого коммутируются электрические цепи систем коррекции. При поступлении на реле сигнала с устройства задержки времени оно срабатывает, контакты размыкаются, и происходит дистанционное отключение коррекции гироприборов. Выключатель коррекции ВК-53РБ. При прямолинейном полете щетки потенциометра П (рис.22) расположены так, что по ним текут равные токи. Потенциалы точек, с которыми контактирует контактная группа К, равны между собой, следовательно, по управляющей обмотке W1 двигателя Дв ток не протекает. Цепь питания другой управляющей обмотки W2 двигателя Дв тоже разорвана, так как щетка контактной ламели К, контактирует со средним, обесточенным сектором. Следовательно, двигатель Дв не работает. Щетки диска В находятся на секторах, которые между собой не соединены. Сигнал выключения на Щетки диска В находятся на секторах, которые между собой не соединены. Сигнал выключения на исполнительную систему Р не подаются, и поэтому цепи коррекции не включаются. Рис.22. Схема выключателя коррекции ВК-53РБ. Пороговым устройством в данном ВК является контактная группа К, центральный контакт которой связан с осью вращения гироузла ДУС. Зазоры контактной группы К отрегулированы так, что контакты замыкаются при пороговой угловой скорости, равной 0,1-0,3°\секунд. При развороте воздушного судна с угловой скоростью 0,1-0,3°\секунд появляется гироскопический момент, под действием которого гироузел поворачивается вокруг оси уу. Предположим, вседствии разворота воздушного судна гироузел повернется таким образом, что щетки контактной группы повернулись влево и замкнули цепь питания обмотки двигателя. При замыкании контактов К по управляющей обмотке W1 двух фазного индукционного двигателя Дв типа ДИД-0,5, включенной в мостовую схему, протекает ток. Двигатель через редуктор поворачивает щетки потенциометра П и центральный контакт выключателя В. Зазоры контактной группы выключателя В и скорость вращения центрального контакта выбраны такими, что контакты замыкаются через 5-15 секунд после начала вращения ротора двигателя. При замыкании контактов выключателя В сработает реле Р, которое своими контактами выключает коррекцию в соответствующих гироприборах. Поворот щеток потенциометра П приводит к подаче напряжения на управляющую обмотку W2 двигателя Дв. Обмотки W1 W2 включены навстречу друг другу, таким образом, что напряжение, подаваемое на обмотку W1, будет в противофазе напряжения на обмотке W2. При вращении вала будет расти создаваемый его тормозящий момент. Когда напряжение на двух обмотках станет равным, момент на валу двигателя станет равным нулю, и через некоторое время под действием момента трения двигатель остановится. Останов двигателя происходит при повороте вала на 40-60 градусов от нулевого положения. Выключение коррекции происходит несколько раньше - при повороте вала, а вместе с ним и потенциометра П выключателя коррекции на 30 градусов. В этот момент щетки переходят с незамкнутых ламелей на короткозамкнутые и замыкают цепь исполнительной системы. В этом состоянии система будет находиться до тех пор, пока имеется угловая скорость вращения. Время задержки выключения коррекции зависит от среднего значения оборотов двигателя, в период его выключения до поворота диска на угол выключения коррекции 30 градусов, передаточного отношения редуктора. В данной схеме роль устройства задержки времени играют двигатель Дв и потенциометр П. После окончания разворота, когда угловая скорость становится равной нулю, гироскопический момент исчезает, ось вращения гироузла ДУС под действием пружин возвращается в исходное положение, и контакты К размыкаются. Обмотка W1 обесточивается, и под действием магнитного потока обмотки W2 электродвигатель вращается в обратном направлении до тех пор, пока щетки потенциометра П вновь не окажутся в нейтральном положении. При этом размыкаются контакты выключателя В, реле Р обесточивается и включаются системы коррекции гироприборов. Когда щетки потенциометра установятся в такое положение, при котором их потенциалы будут равны, напряжение, подаваемое на управляющую обмотку, будет равно нулю и двигатель остановится. При этом размыкаются контакты выключателя В, реле Р обесточивается и включаются системы коррекции гироприборов. Время задержки включения коррекции после прекращения разворота составляет 2-10 секунд. Исполнительная система по сигналу задержки производит размыкание трех цепей и замыкает одну Исполнительная система по сигналу задержки производит размыкание трех цепей и замыкает одну цепь коррекции гироскопических приборов. Исполнительная система состоит из двух электромагнитных реле (РСМ-2 и РСМ-3). Реле РСМ-3 имеет две пары параллельно замкнутых контактов, а реле РСМ-2 одну нормально замкнутую и одну разомкнутых контактов. Обмотки обеих реле соединены параллельно и включены последовательно с сопротивлением R4 через диск выключателя коррекции в цепь постоянного тока напряжением 27В. В более совершенных схемах выключателя коррекции пороговое устройство и устройство задержки времени выполняются на электронных схемах (ВК-90). |