9.Гирокомпасы с корректируемым ч.Э (с косвенным управлением).

Классификация и принцип действия (широтная и скоростная девиации)

Г ироком­пасом с косвенным управлением называется такой компас, ЧЭ кот. представляет собой астатический гироскоп, управление движением которого осуществляется с помощью датчиков моментов по командам индикатора горизонта, вырабатывающего сиг­нал, пропорциональный углу отклонения главной оси гироскопа от плоскости горизонта. В гирокомпасах с непосредственным управлением один и тот же элемент устройства — физиче­ский маятник — воспринимает отклонение главной оси чувствитель­ного элемента относительно плоскости горизонта и непосредственно налагает момент, пропорциональный этому отклонению. В гирокомпа­сах с косвенным управлением указанные функции распределены меж­ду пространственно разделенными устройствами: индикатором гори­зонта и датчиками момента. В случае если применено электромагнит­ное косвенное управление (в настоящее время другие виды управления пока не используются), индикатор горизонта вырабатывает электриче­ский сигнал, который после усиления поступает на датчики момента, являющиеся электромагнитными устройствами. Чувствительный эле­мент, включающий ротор 1 и гирокамеру 2, выполнен как астатиче­ский гироскоп. Две степени свободы (по углам α и β) ему обеспечивает система карданового подвеса, образованного вертикальными кольцами 3 и 4. На цапфе 5 гирокамеры, центрирующей ось У — Y подвеса гироскопа, установлен индикатор горизонта 8.

П ри появлении угла подъема β главной оси ОХ гироскопа над плоскостью горизонта индикатор горизонта вырабатывает сигнал в ви­де напряжения электрического тока, пропорционального этому углу. Пройдя усилитель 6, сигнал поступает на датчик момента электромаг­нитного типа 15, создающий момент вокруг горизонтальной оси У— У гироскопа. В результате к гироскопу будет приложен момент, опреде­ляемый зависимостью L_y = А_y β, где А_y — модуль горизонтального мо­мента. Указанный момент с принципиальных позиций является пол­ным аналогом маятникового момента в гирокомпасе с непосредствен­ным управлением L = В β. Известно, что такой момент придает гиро­скопу компасные свойства, обеспечивая движение его главной оси в режиме незатухающих колебаний относительно положения динамиче­ского равновесия, расположенного в плоскости истинного меридиана (α_r = 0) и отклоненного на угол β_r от плоскости истинного горизонта.

Существует еще один канал распространения сигнала индикатора горизонта по линии: индикатор горизонта 8, усилитель 9, датчик вер­тикального момента 13. Этот момент предназначен для демпфирова­ния колебаний чувствительного элемента. Затухание колебаний может быть достиг­нуто путем введения момента, действующего по той же оси, что и маятниковый момент L = В β, но с отставанием от него по фазе на л/2. Покажем, что введение дополнительно к горизонтальному момен­ту L_y = А_y β еще вертикального момента, пропорционального углу β, т.е. определяемого зависимостью L_z = А_z β , где А_z — модуль верти­кального момента, также обеспечивает демпфирование колебаний. Иначе говоря, требуется доказать, что действие момента, ортогональ­ного по направлению и изменяющегося синфазно по времени, (по от­ношению к моменту L_y), эквивалентно действию момента, коллинеарного по направлению, но изменяющегося во времени квадратурно, т. е. со сдвигом по фазе на л /2 β Итак, предположим, что в результате вращения плоскости гори­зонта появился угол β и, следовательно, возник горизонтальный мо­мент L_уосн = А_y β, являющийся основным. Этот момент вызовет пре­цессию по углу α с угловой скоростью w_z = А_y β / Н. Одновременно поя­вится вертикальный момент Lz = А_z β, который вызовет прецессию по углу β с угловой скоростью w_y = А_z β / Н. В результате существования угловой скорости прецессии со появится дополнительная составляю­щая угла β, не являющаяся результатом вращения плоскости истинно­го горизонта. Значение этого дополнительного угла β _доп может быть получено как интегральное значение от угловой скорости прецессии

соответствует дополнительный момент L_удоп = А_y β_доп=

Т аким образом, в рассматриваемом случае вокруг оси О У чувстви­тельного элемента одновременно действуют: основной момент L_уосн = А_y β и дополнительный момент L_удоп . Считая, что угол β изменяется по известному закону незатухающих колебаний β = β₀sinw₀t, получим следующие функциональные зависимости:

L_уосн = А_y β₀sinw₀t и .

Сравнение выражений для моментов L_уосн и L_удоп указывает на то, что второй из них по отношению к первому имеет сдвиг по фазе на л/2 в сторону отстава­ния, что и требовалось доказать Необходимо обратить внимание на еще одно важное обстоятельство.

В условиях, когда действуют два момента L_y и L_z. и, следовательно,

непрерывно существуют два прецессионных движения со скоростями w_y и w_z, положение статического равновесия главной оси гирокомпаса принципиально не может находиться точно в плоскости истинного меридиана, так как в этом случае значение угла β превышало бы его единственно возможное значение.

По этой причине главная ось гироскопа будет вынуждена отойти к востоку на такой угол, при котором угловая скорость опускания главной оси, являющаяся угло­вой скоростью прецессии под действием момента Lz = А_z β_r, в точности уравнивалась бы угловой скоростью w_♂cosφα_r видимого подъема глав­ной оси над плоскостью горизонта. Образуя равенство w_y= w_♂cosφα_r где или

Отсюда найдем значение угла, который определяет девиацию за­тухания, или широтную девиацию гирокомпаса:

При движении объекта с постоянной скоростью и постоянным кур­сом в гирокомпасе с косвенным управлением, как и в любом гироком­пасе, неизбежно возникнет и скоростная девиация, характеризующа­яся следующей зависимостью Обратимся вновь к модели компаса, изображенной на рис.. Выделим группу элементов: гироскоп, включающий ротор 1 и камеру 2, кольца подвеса 3,4 и датчики момента 13 и 75. Все вместе взятые они образуют гироблок, который жестко связан с разбалансированной мас­сой 11 и подвешен с помощью второй системы кардановых колец 12 и 16 таким образом, что он приобретает положительный маятниковый эффект, т. е. становится физическим маятником. Смещение центра массы в данном случае будем обозначать символом h (не следует путать с маятниковым эффектом гироскопа, который в данной схеме отсутст­вует) . В результате при статическом (или сравнительно медленно из­меняющемся) угле крена основания датчики моментов 13 и 15 будут налагать моменты вокруг осей, достаточно близких соответственно к горизонтальной и вертикальной осям.Следовательно, в рассматриваемой схеме гирокомпаса с косвенным управлением, так же как и в схеме компаса с непосредственным управле­нием (см. рис. 3.1), стабилизированным элементом служит гирокамера и ее стабилизация вокруг двух осей является силовой гироскопической (по углам α и β и вокруг третьей оси — маятниковой (по углу ψ).

И ндикатором горизонта (ИГ) называется чувствительный эле­мент, выполненный в виде плоского физического маятника и предназ­наченный для выработки электрического сигнала, пропорционального углу отклонения от плоскости горизонта того тела (основания), на котором он установлен. Обычно ИГ вырабатывает электрический сиг­нал, пропорциональный отклонению относительно какой-либо одной оси того основания, на котором он установлен.У современных ИГ выходным сигналом является электрическое напряжение, пропорциональное углу β. Рассмотрим модель ИГ,. В герметич­ной камере, заполненной вязкой жидкостью 2, размещен маятник, выполненный в виде стержня 3 длиной r, имеющего на одном конце массу m. Второй конец стержня закреплен в цапфе 4, которая может поворачиваться в опорах вращения вокруг оси, перпендикулярной пло­скости рисунка. Стержень принимаем невесомым, массу — сосредото­ченной, движение маятника плоским, а также считаем, что сухого трения в подвесе нет. На основании принятых допущений подобный маятник можно рассматривать как математ. Информация об углах отклонения маятника по отношению к корпусу камеры получа­ется в виде электрического напряжения, снимаемого с ротора 5 датчика угла, статор 6 которого закреплен в камере, установленной на основа­нии 7. Упоры 8 ограничивают углы отклонения маятника.