Учебное пособие по теме авиационные гироскопические приборы категория Брошюра Язык Русский Автор Булатов Виталий Александрович
 Скачать 1.03 Mb.
|
|
Основные технические данные. 1. Максимальная сила тока в цепях - не более 200мА. 2. Порог чувствительности ВК-53, при которой происходит выключение коррекции - 0,1-0,3°\сек. 3. Время задержки выключения коррекции - 5-15 секунд. 4. Время включения коррекции при отсутствии угловой скорости 2-3 секунды. 5. Питание: а) переменный техфазныый ток: - напряжение -36В±10%, - частота - 400Гц±10%, - ток в 1 и 2 фазах не более 0,4А, - ток в 3 фазе не более 0,43А. б) постоянный ток: - напряжение 27В±10%, - потребляемая мощность - не более 3Вт. 6. Вес - не более 2,6кг. Техническая эксплуатация. При технической эксплуатации ВК проверяются перед установкой на ЛА и при регламентных работах в лаборатории и на борту ЛА. Проверяют: время готовности; не отключение коррекции при угловой скорости, меньшей пороговой; время задержки отключения коррекции при действии угловой скорости, большей пороговой; время задержки включения коррекции после прекращения действия пороговой угловой скорости. §4. НОВЫЕ ТИПЫ ДАТЧИКОВ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ. Наряду с гироскопическими ДУС, основным элементом которых является быстровращающиеся механический ротор, известны устройства, выполняющие функции измерения угловых скорости, но не имеющие ротора. К таким устройствам относятся вибрационный и лазерный гироскопы. Вибрационный гироскоп. Рис.23. Схема вибрационного гироскопа. Основу прибора (рис.23) составляет камертон 2, две ножки которого приводятся в колебания в противофазе с помощью электромагнитного вибропривода 3. Вибропривод питается от усилителя 4, вырабатывающего напряжение переменного тока. Ручка камертона представляет собой торсионный стержень 5, свободный конец которого жестко заделан в корпус прибора. Если вибрирующий камертон вращается вокруг оси z, то при ударении ножек друг о друга возникают силы, камертон вращается вокруг оси z, то при ударении ножек друг о друга возникают силы, стремящиеся замедлить скорость поворота груза на концах ножек, что приводит к закручиванию торсионного стержня 5 в направлении, обратном вращению основания прибора. При сближении ножек закручивающие силы направлены в противоположную сторону. Так как при вибрации ножки камертона периодически расходятся и сходятся, торсионный стержень с такой же периодичностью испытывает действие закручивающих сил. Возникающие при этом крутильные колебания вилки камертона по отношению к его основанию измеряются электромагнитным датчиком 1. Сигналы с датчика усиливаются усилителем 6. Амплитуда измеряемых гармонических сигналов пропорциональна угловой скорости вращения основания прибора. Лазерный гироскоп. Луч лазера 5 (рис.24) расщепляется на два луча 4 и 6, каждый из которых подходит к фотодетектору 2. Луч 6 идет непосредственно на фотодетектор, а луч 4 приходит на фотодетектор, отразившись от зеркала 3. Фотодетектор выдает сигнал, пропорциональный разности длин волн обоих лучей, на измерительное устройство 1. Пока основание, на котором располагается прибор, неподвижно, разность длин волн лучей равна нулю. При вращении основания с некоторой угловой скоростью относительно точки. О длины волн лучей изменяются и фотодетектор фиксирует их разность. Если разность тем больше, чем быстрее вращается основание прибора и чем более отличаются длины путей прямого 6 и огибающего 4 лучей. Лазерный гироскоп конструируется таким образом, чтобы огибающий луч многократно обегал замкнутый контур устройства. Это позволяет уменьшить размеры и увеличить чувствительность прибора. Рис.24. Схема лазерного гироскопа. Измерители углового ускорения и интегрирующие гироскопы. Измерение угловых ускорений возможно при помощи трехстепенного гироскопа, если свобода вращения относительно карданного подвеса ограничена пружинами. Получение электрического сигнала, пропорционального угловому ускорению, возможно с помощью ДУС и дифференцированием сигнала, которое может быть осуществлено с помощью контура типа RС, операционного усилителя или тахогенератора. Такие приборы используются в автопилотах (АП-15). На оси прецессии 4 (рис.25) жестко закреплен якорь 6 индукционного датчика, со статора 7 которого снимается напряжение, пропорциональное измеряемой угловой скорости относительно оси у. С другой стороны рамы установлен тахогенератор, ротор 2 которого закреплен на оси рамы. Он представляет собой электромагнит, который создает магнитный поток. При угловой скорости ЛА относительно оси у гироскоп прецессирует, и угол поворота В ротора электромагнита равен В = Н*w \ с где с - удельная жесткость пружин 1 и 5, w - угловая скорость ЛА. В статорной обмотке 3 при вращении ротора наводится ЭДС, пропорциональная угловой скорости движения рамы. Сигнал, снимаемый со статорной обмотки можно выразить: Е = к*Н*w \ с Так как тахогенератор нагружен обмоткой магнитного усилителя, то при вращении ротора в обмотке статора проходит ток, который создает магнитный поток, взаимодействующий с магнитным потоком ротора, и обеспечивает демпфирование рамы гироскопа. Диапазон измерения магнитным потоком ротора, и обеспечивает демпфирование рамы гироскопа. Диапазон измерения углового ускорения ограничивается примерно 15 градусов\ сек2. Рис.25. Электрокинематическая схема прибора, измеряющего угловую скорость и угловое ускорение: 1,5 - пружины; 2 - ротор тахогенератора; 3 - статор тахогенератора; 4 - ось прецессии; 6 - якорь индукционного датчика; 7 - статор индукционного датчика. Рис.26. Интегрирующий гироскоп. Интегрирующим называется такой гироскоп, у которого угол поворота одной из рам карданного подвеса пропорционален интегралу линейного ускорения основания прибора. Таким гироскопом можно измерить линейную скорость ЛА. Предположим, что на ЛА установлен трехстепенной гироскоп (рис.26), причем ось внешней рамы карданного подвеса совпадает с продольной осью ЛА, а ось внутренней рамы - с его вертикальной осью. Кинетический момент Н гироскопа находится в горизонтальной плоскости. Центр тяжести не совпадает с центром пересечения осей, а смещен на величину l по оси z. Если ЛА имеет некоторое ускорение ау, направленное по оси у, то на гироскоп действует сила инерции, равная Fj = - м*ау которая создает момент Му = - м*ау*l, действующий вокруг оси х. Под действием этого момента гироскоп прецессирует со скоростью = Мj \ Н = - м*ау*l \ Н Рама поворачивается на некоторый угол. = Мj \ Н*Vу + 0, где Vу - скорость полета ЛА; 0 - начальный угол наружной рамы. Таким образом, гироскоп, интегрируя ускорение, измеряет скорость полета ЛА. Поплавковые гироскопы. Поплавковые гироскопы применяются в инерциальных навигационных системах, где требуется высокая чувствительность, которая обеспечивается за счет снятия момента трения в подшипниках с оси рамки гироскопа как основного источника погрешности. Для этой цели рамка гироскопа запаяна в цилиндр, который плавает в специальной жидкости во взвешенном состоянии (рис.27). запаяна в цилиндр, который плавает в специальной жидкости во взвешенном состоянии (рис.27). Бывают двух типов: дифференцирующие и интегрирующие. Отличие их состоит в том, что угол поворота дифференцирующего гироскопа пропорционален скорости поворота объекта, а угол поворота интегрирующего пропорционален углу поворота объекта. Рис.27. Поплавковый гироскоп. Конструктивно гироскопы отличаются наличием у дифференцирующего пружины. Он измеряет угловую скорость поворота объекта. Принцип действия аналогичен принципу действия указателя поворота. На оси рамки имеется пружина, создающая поворотный момент. Демпфирующий момент создается жидкостью, в которой плавает запаянная рамка. Моментом трения в осях рамки можно пренебречь, так как основная особенность поплавковых гироскопов и состоит в снятии момента трения. Управление поплавковым гироскопом, а следовательно и инерциальной системой осуществляется моментом от программного устройства. Этот момент создается микросином (момент - генератор), который встроен в поплавковый гироскоп. Для снятия сигнала используется датчик микросин (сигнал - генератор). Корпускулярный гироскоп. Разрабатываются для получения еще более высокой чувствительности, чем у поплавковых гироскопов. Поскольку используются сами вращающиеся частицы вещества, в них отсутствуют погрешности трения. Гироскопом является объем вещества. Различают скоростные и позиционные гироскопы. Скоростной основан на том, что угловая скорость объекта складывается со скоростью ларморовой прецессии электронов. В результате резонансная частота вещества меняется. Сложность состоит в измерении разности частот f, которая очень мала ( f=1Гц при f=40МГц даст измеряемое напряжение 10-12В). В позиционных используется устойчивость молекулярных состояний в жидких газах. В жидком гелии молекулы ориентируются по внешнему полю, затем поле снимается, а молекулы сохраняют неизменную ориентацию в инерциальном пространстве да 2 часов. Гироскопы с вращающимися обоймами. Для уменьшения погрешности от трения в опорах разработан целый ряд оригинальных способов подвеса. К числу таких подвесов относится гироскоп, показанный на рис.28. В таком гироскопе происходит осреднение вредного момента трения вследствие того, что в шариковых подшипниках имеется промежуточная обойма. Она вращается попеременно в разных направлениях специальным двигателем, который автоматически регулируется. Для исключения влияния момента от обоймы на гироскоп два подшипника имеют взаимно противоположные направления вращения обойм. По сравнению с серийными гироскопами погрешности в гироскопах повышенной точности меньше на 1 - 2 порядка. Рис.28. Гироскоп с вращающимися обоймами. §5. ПРИБОРЫ И ДАТЧИКИ УГЛОВ КРЕНА И ТАНГАЖА. Применение измерителей углов крена и тангажа. Углы крена и тангажа с целью выдачи информации для обеспечения стабилизации и управления по этим углам измеряются на ЛА с помощью авиагоризонтов и гировертикалей. Основным назначением является создание на ЛА опорной системы координат, относительно которой можно измерить углы крена и тангажа. Получение такой системы координат возможно, если одна из ее осей удерживается по вертикали места. Авиагоризонты на основе трехстепенного гироскопа. Принцип действия основан на использовании свойства трехстепенного гироскопа сохранять заданное направление кинетического момента неизменным в пространстве. Направление кинетического момента гироскопа совпадает с вертикалью места (ось ОУ) (рис. 29), внешняя ось карданного подвеса совпадает с продольной осью ЛА, а внутренняя - направлена по оси ОZ, расположенной в горизонтальной плоскости. При появлении угла тангажа внешняя ось подвеса поворачивается вместе с ЛА, а гироузел не изменяет своего положения в пространстве. Вследствие этого угол поворота наружной рамы относительно внутренней карданного подвеса равен углу тангажа ЛА. При накренении ЛА вместе с ЛА поворачивается основание, на котором закреплен гироскоп. Наружная рама в этом случае остается неподвижной. Угол поворота основания относительно наружной рамы равен углу крена ЛА. Рис.29. Измерение углов крена и тангажа с помощью трехстепенного гироскопа. Особенностью трехстепенного гироскопа является то, что направление его кинетического момента сохраняется неизменным в мировом пространстве, а не относительно Земли. В связи с этим из-за сохраняется неизменным в мировом пространстве, а не относительно Земли. В связи с этим из-за собственного вращения Земли и перемещения ЛА относительно Земли вертикаль места будет отклоняться от направления кинетического момента гироскопа. Поэтому для обеспечения длительной работы гироскопа как указателя вертикали с необходимой точностью его необходимо снабдить корректирующим устройством, в качестве чувствительных элементов которых используют однокоординатные и двухкоординатные электролитические маятники, которые, располагаясь на гироузле управляют двумя коррекционными двигателями. На ЛА в гражданской авиации устанавливаются следующие авиагоризонты: АГБ-3, АГК-47, АГД-1, АГБ-2, АГИ-1, АГР-144. Рис.30. К определению положения летательного аппарата относительно Земли. Основные технические данные авиагоризонтов. Характеристики авиагоризонтов АГБ-2 АГИ- 1С АГД-1 АГБ-3 АГК- 47Б АГР-144 Напряжение питания, В переменного тока частотой 400Гц 36±3,6 36±3,6 36±3,6 36±3,6 36±3,6 36±3,6 Напряжение питания, В постоянного тока - - ±27 ±27 - - Рабочие углы, град: крена ±80 360 360 360 ±95 360 Рабочие углы, град:тангажа ±60 360 360 ±80 ±85 360 Погрешность в определении углов, град: крена ±1 ±1 ±0,25 ±1(0- 30°) ±1 ±1,5(0- 30°) Погрешность в определении углов, град:тангажа ±1 ±1 ±0,2 ±2(30- 80°) ±1 ±2,5(30- 80°) Погрешность после 15 мин разворота, град не более ±5 - не более ±5 не более ±3 не более ±2 не более ±6 Время готовности к работе, мин 3 3 2 1,5 3 2 Масса, кг 2 2,6 9,6 4,2 2,2 4,5 Чувствительность УП 10-13мм 7,5±2° Зона застоя шарика УС ±1,5 ±1,5 ±1,5 ±1,5 ±1,5 ±1,5 Авиагоризонт АГБ-3К. Назначение. Авиагоризонт АГБ-3К предназначен для обеспечения экипажа легко воспринимаемой крупномасштабной индикацией положения летательного аппарата по углам крена и тангажа относительно плоскости истинного горизонта. Кроме того, авиагоризонт позволяет выдавать электрические сигналы, пропорциональные углам крена и тангажа, внешним потребителям (АП- 34Б, САРПП-12, БСПК-1) в пределах по крену ±360° и по тангажу ±80°. При углах тангажа 85-87 градусов авиагоризонт может выбиваться, при этом его рамы совмещаются в одной плоскости и гироскоп теряет одну степень свободы. Устройство. Авиагоризонт АГБ-3К состоит из следующих основных элементов: - трехстепенной гироскоп, - система маятниковой коррекции для удержания оси ротора гироскопа в вертикальном положении, - следящая система передачи угла тангажа на указатель, - система передачи углов крена на указатель, - устройства съема результатов измерений, - упоров, предотвращающих совмещения оси внешней рамки с осью ротора гироскопа при выполнении летательным аппаратом фигур высшего пилотажа, - арретирующего устройства. Трехстепенной гироскоп (рис.31) состоит из гироузла 9 и наружной рамы 11. Гироскоп представляет собой ротор асинхронного трехфазного двигателя, питающемся переменным током напряжением 36В 400Гц. Ось подвеса наружной рамы направлена по продольной оси ЛА. Направление кинетического момента гироскопа в вертикальном положении удерживается системой маятниковой коррекции 10. Чувствительными элементами системы коррекции является однокоординатные жидкостные переключатели ЖМПП 10, а исполнительными элементами - коррекционные двигатели переменного тока КД1 7 и КД2 13. ЖМПП содержит две пары боковых контактов. Одна располагается по направлению продольной оси, другая поперечной оси воздушного судна. Все контакты расположены в герметичном корпусе, заполненным токопроводящей жидкостью. В верхней части имеется воздушный пузырек. ЖМПП крепится к кожуху ротора снизу. Коррекционные двигатели 7 и 13 представляют собой двухфазные индукционные двигатели, работающие в заторможенном режиме. Их роторы жестко связаны с внутренней и внешней рам гироскопа. Управляющие обмотки двигателей одним концом присоединяются к контактам соответствующим в ЖМПП, другим концом соединены между собой и выведены на одну из фаз питания. Если ось гироскопа расположена вертикально, то воздушный пузырек в ЖМПП занимает среднее положение между четырьмя контактами и поровну перекрывает их. По управляющим обмоткам двигателей протекают одинаковые токи. Допустим, что ось гироскопа отклонилась от вертикали на некоторый угол относительно оси уу. В этом случае ЖМПП выйдет из горизонтального положения и пузырек воздуха в нем сместиться. Один из контактов полностью покроется жидкостью, а другой воздушным пузырьком. По управляющим обмоткам двигателя потекут различные токи. Возникнет коррекционный момент, вызывающий прецессию гироскопа к правильному положению. По мере возвратного движения гироскопа, величина коррекционного момента уменьшается и, когда гироскоп займет правильное положение, окажется равным нулю. Для устранения погрешностей в показаниях авиагоризонта, обусловленных действием ускорений при виражах, предусмотрено отключение продольной и поперечной коррекции с помощью соответствующих выключателей коррекции (ВК-53РБ). Рис.31. Электрокинематическая схема авиагоризонта АГБ-3К. Визуальный съем показаний авиагоризонта производится с указателя углов крена и тангажа. Указатель состоит из шкалы тангажа 2, шкалы крена 1 и стрелки-силуэта самолетика 3. Показания авиагоризонта, определяющие положение воздушного судна относительно горизонта по крену осуществляется следующим образом: крены воздушного судна имитируются поворотом силуэта самолетика 3 относительно линии искусственного горизонта. Отсчет углов крена производится по шкале кренов 1, стрелкой является конец крыла силуэта самолетика 3. Для того, чтобы показания соответствовали действительности, силуэт самолетика связан с осью карданной рамы через зубчатую передачу отношением 1:1. Шкала кренов 1 располагается слева и справа на лицевой части прибора. Оцифрована от 0° до 45°, оцифровка через 15°, цена деления 5°. Следящая система узла тангажа состоит из сельсин датчика 8, расположенного на оси подвеса гироузла, дифференциального сельсин приемника 4, усилителя канала тангажа 6 и двигателя отработки 5 типа ДИД-0,5. При тангаже воздушного судна сельсин датчик 8 выдает сигнал на сельсин приемник 4, который отрабатываясь следящей системой, подается на шкалу тангажа 2, выполненной в виде лентопротяжного механизма. Для выполнения полета с заданным углом тангажа, предусмотрена кремальера с указательным индексом. При ее повороте разворачивается статор сельсин приемника 4, что приводит к рассогласованию курсовой системы угла тангажа. Отрабатывая это рассогласование следящая система подает значение тангажа на шкалу тангажа 2. Таким образом, выдерживая совмещенным силуэт самолетика с линией искусственного горизонта на шкале тангажа, воздушное судно будет лететь не в линии горизонта, а с заданным углом тангажа (пикирование или кабрирование). В левом верхнем углу на фоне шкалы тангажа при отключенном питании виден флажок сигнализатора отказа питания. В левом нижнем углу расположена кремальера. С левой стороны лицевой части прибора выведен индекс механизма кремальеры. В нижней части переднего фланца расположен указатель скольжения, обеспечивающий контроль за правильностью выполнения разворотов. При координированном развороте шарик указателя скольжения должен оставаться между рисками. Отклонение шарика свидетельствует о наличии скольжения. Арретирующее устройство. При запуске прибора, установление главной оси гироскопа в рабочее положение, перпендикулярное плоскости истинного горизонта будет происходить под действием силы коррекции весьма долго. Для уменьшения времени установления оси гироскопа в вертикальное положение в приборы вводятся специальные устройства, называемые арретирующими. С помощью них гироскоп на время лишают свободы вращения относительно осей его подвеса и устанавливают в положение, близкое к рабочему. В дальнейшем более точная установка главной оси гироскопа в рабочее положение производится с помощью системы коррекции. В авиагоризонте АГБ-3 предусмотрено механическое арретирующее устройство, состоящие из кнопки арретира, системы рычагов, толкателей и двух кулачков. Один кулачек выполнен в виде торцового среза на карданной раме, другой в виде двух симметричных спиралей. Второй кулачек укреплен на оси внутренней рамы гироузла. При нажатии на кнопку арретирования усилия передаются на кулачки и устанавливают гироузел в положение, перпендикулярное, горизонтальному основанию прибора. Для предотвращения совмещения осей карданного подвеса с осью гироскопа в авиагоризонте применены упоры. Узел контроля работоспособности. В авиагоризонте предусмотрена сигнализация отказа питания, реагирующая на отсутствие постоянного и переменного тока в приборе. Сигнализация так же срабатывает в случае обрыва любой фазы переменного тока на участке от штепсельного разъема до коллектора гироузла и в случае не менее двух выходных концов обмотки статора гиромотора. Основным элементом сигнализатора является трехфазный индукционный двигатель, обмотки статора которого включены в фазы прибора на участке между штепсельным разъемом и токоподводами коллектора гироузла. На выходном валу двигателя укреплены втулка с фланцем и один конец спиральной пружины. Параллельно двум фазовым обмоткам двигателя включены нормально замкнутые контакты реле, обмотки которых подключены к источнику постоянного тока напряжением 27В. При подаче питания реле срабатывают, их контакты разрывают цепи, шунтирующие обмотки двигателя. При подаче переменного тока по обмоткам двигателя начинают протекать токи, двигатель развивает вращающий момент, который преодолевает противодействующий момент пружины и убирает вращающий момент, который преодолевает противодействующий момент пружины и убирает флажок из видимой зоны с лицевой части прибора. В случае отсутствия питания прибора переменным током или обрыва фазовых цепей момент двигателя становиться равным нулю и под действием пружины флажок возвращается в видимую зону лицевой части прибора. При отключении питания 27В обмотке реле обесточиваются, их контакты замкнутся шунтируя фазовые обмотки двигателя сигнализатора. Вращающий момент двигателя исчезает и флажок выбрасывается в видимую зону. |