Датчики первичной информации, используемые в ис

Эти датчики разделяют на 2 типа:

• акселерометрические (датчики ускорения);

• гироскопические (датчики угловой ориентации).

Гироскопы

П

y

z

x

оложение ЛА относительно плоскости горизонта определяется углами крена и тангажа. Для измерения углов крена и тангажа на самолетах используются устройства, называемые гировертикалями, основным элементом которых является гироскоп.

Классическим гироскопом принято называть симметричное относительно оси вращения быстровращающееся тело, ось которого имеет возможность изменять свое положение в пространстве.

У гироскопов, применяемых в технике, свободный поворот оси гироскопа можно обеспечить, закрепив её в рамках (кольцах) 1, 2 так называемого карданового подвеса (рис. 1), позволяющего оси занять любое положение в пространстве.

Такой гироскоп имеет 3 степени свободы: он может совершать 3 независимых поворота вокруг осей , и , пересекающихся в центре подвеса , который остаётся по отношению к основанию 3 неподвижным. Если центр тяжести гироскопа совпадает с центром , то он называется астатическим (уравновешенным), в противном случае – тяжёлым.

Рис. 1. Гироскоп в кардановом подвесе: ротор С, кроме вращения вокруг своей оси АВ, может вместе с рамкой 1 поворачиваться вокруг оси DE и вместе с рамкой 2 – вокруг оси GK; следовательно, ось ротора может занять любое положение в пространстве. О – центр подвеса, совпадающий с центром тяжести гироскопа.

Первое свойство уравновешенного гироскопа с тремя степенями свободы состоит в том, что его ось стремится устойчиво сохранять в мировом пространстве приданное ей первоначальное направление.

Второе свойство гироскопа обнаруживается, когда на его ось (или рамку) начинают действовать сила или пара сил, стремящиеся привести ось в движение (т.е. создающие вращающий момент относительно центра подвеса). Под действием силы (рис. 2) конец оси гироскопа будет отклонять не в сторону действия силы, как это было бы при невращающемся роторе, а в направлении, перпендикулярном к этой силе; в результате гироскоп вместе с рамкой 1 начнёт вращаться вокруг оси , притом не ускоренно, а с постоянной угловой скоростью. Это вращение называется прецессией; оно происходит тем медленнее, чем быстрее вращается вокруг своей оси сам гироскоп. Если в какой-то момент времени действие силы прекратится, то одновременно прекратится прецессия и ось мгновенно остановится, т.е. прецессионное движение гироскопа безынерционно.

Рис. 2 Действие силы Р на гироскоп с вращающимся ротором; ось АВ движется перпендикулярно направлению Р.

Величина угловой скорости прецессии определяется по формуле:

, , (5.1)

где – момент силы центра ,

,

– угловая скорость собственного вращения гироскопа вокруг оси ,

– момент инерции гироскопа относительно той же оси,

– расстояние от точки приложения силы до центра подвеса гироскопа; второе равенство имеет место, когда сила параллельна оси .

Из формулы (5.1) непосредственно видно, что прецессия происходит тем медленнее, чем больше , точнее, чем больше величина , называемая собственным кинетическим моментом гироскопа.

Существует также множество других типов датчиков угловой ориентации (помимо классических гироскопов):

• электростатические;

• гироскопы на электроподвесах;

• поплавковые интегрированные гироскопы;

• гироскопы на воздушном подвесе;

• волновые твердотельные гироскопы;

• кольцевые лазерные гироскопы;

• волоконно-оптические гироскопы;

• динамически настраевымые гироскопы;

• микромеханические гироскопы.

Рассмотрим некоторые из них подробнее.