3.3 Выключение гку

1. Установить переключатель «Режим работы» в положение «Откл.». Должны погаснуть все сигнальные лампы и лампы подсветки шкал.

2. Переключатели «Фидер 5» и «ПСС» установить в положение «Откл.». На пульте ПСС 1657 перевести автомат «Сеть А» и тумблер «Сеть А» в положение «Откл.».

4. Контрольные вопросы

• Какого назначение ГКУ «Днепр», его характеристики, способ индикации показаний, точность измерения курса?

• Какие основные режимы работы?

• Каким образом ГКУ работает в режиме «Грубое приведение»?

• Каким образом ГКУ работает в режиме «Автономное приведение»?

• Каким образом ГКУ работает в режиме «Гироазимут»?

• С какой целью обеспечивается компенсация угловой скорости Usinφ?

• Какую роль играет интегратор в режиме «ГА»?

5. Литература

1. Гирокурсоуказатель 1Г14М2 техническое описание и инструкция по эксплуатации – 140с.

2. Гироскопические системы. Гироскопические приборы и системы: под редакцией Д.С. Пельпора – М.: Высшая школа, 1988г. – 424с.

Приложение 1

Технические характеристики ГКУ «Днепр»

Изделие обеспечивает заданную точность при работе в диапазоне температур окружающей среды от минус 50°С до 57°С; в диапазоне широт от 0° до 70° северной широты.

В диапазоне температур от минус 10°С до 57°С изделие имеет следующие данные:

• время приведения в готовность при курсе, известном с точностью ±2000 ду, - не более 30 мин;

• время приведения в готовность при курсе, известном с точностью ±250 ду, - не более 25 мин;

• время приведения в готовность при курсе, известном с точностью ±10 ду, - не более 15 мин;

• время готовности изделия после марша, продолжительностью не более 3-х часов, при ручном приведении – не более 5 мин; при автоматическом приведении – не более 8 мин;

• точность определения и удержания направления меридиана при работе изделия в режиме АВТОМАТ-ГК в диапазоне температур от минус 10°С до 50°С - ±10 ду, в диапазоне температур от 50°С до 57°С - ±15 ду.

• допустимая скорость ухода оси гиромотора при работе изделия в режиме ГА - ±12 ду/час.

В диапазоне температур от минус 40°С до минус 10°С изделие имеет следующие данные:

• время приведения в готовность при курсе, известном с точностью ±2000 ду, - не более 55 мин;

• время приведения в готовность при курсе, известном с точностью ±250 ду, - не более 45 мин;

• время приведения в готовность при курсе, известном с точностью ±10 ду, - не более 18 мин;

• время готовности изделия после марша, продолжительностью не более 3-х часов, при ручном приведении – не более 5 мин; при автоматическом приведении – не более 8 мин;

• точность определения и удержания направления меридиана при работе изделия в режиме АВТОМАТ-ГК - ±15 ду;

• допустимая скорость ухода оси гиромотора при работе изделия в режиме ГА - ±15 ду/час.

Приложение 2

В основу ГКУ «Днепр» положен трехстепенный астатический гироскоп. На его основе построены такие приборы как гироазимут и гирокомпас.

Земля в своем суточном движении вращается с запада на восток вокруг оси мира (рис.5) с угловой скоростью U.

Рис.5 Суточное вращение земли и его составляющие.

Перенесем вектор угловой скорости U в точку М, лежащую на земной поверхности и находящуюся под широтой φ, и разложим его по правилу параллелограмма на две составляющие: горизонтальную U_г – по полуденной линии, вертикальную U_в - по вертикали данного места.

где U – угловая скорость вращения Земли,

φ – широта места.

Установим гироскоп в северном полушарии таким образом, чтобы его ось была горизонтальна, а полюс гироскопа был направлен на север. С течением времени ось гироскопа будет непрерывно уходить своим северным концом к востоку с угловой скоростью

и одновременно подниматься над плоскостью горизонта. Угловая скорость подъема оси гироскопа над плоскостью горизонта U_п, так называемая полезная составляющая земного вращения, является проекцией U_г на ось внутреннего карданового кольца. На рис. 6 следует, что

где α – угол в плоскости горизонта между плоскостью меридиана и главной осью гироскопа.

Рис. 6 Проекция U_Г на ось вращения внутреннего карданового кольца.

Следовательно, свободный гироскоп может быть указателем направления (гироазимутом) только в том случае, если будут скомпенсированы уходы его главной оси, вызванные земным вращением. Для этого используется свойство гироскопа прецессировать под действием внешних сил.

Для компенсации ухода U_п главной оси гироскопа из горизонтальной плоскости прикладывают момент вокруг вертикальной оси подвеса гироскопа. Под влиянием этого момента главная ось гироскопа, прецессируя вокруг горизонтальной оси, будет возвращаться в плоскость горизонта. Момент вокруг вертикальной оси создается горизонтальным датчиком момента (ГДМ), на который при подъеме главной оси гироскопа над плоскостью горизонта поступает электрический сигнал с маятника, укрепленного на гироскопе.

Для компенсации ухода гироскопа в горизонтальной плоскости (ухода в азимуте) азимутальным датчиком момента (АДМ) прикладывается соответствующий момент вокруг горизонтальной оси подвеса гироскопа. Под влиянием этого момента главная ось гироскопа будет прецессировать в горизонтальной плоскости с угловой скоростью U_в оставаясь в плоскости меридиана или в каком-либо другом направлении, первоначально заданной главной осью гироскопа.

Для использования гироазимута в качестве прибора курсоуказания его ось обычно ориентируют в плоскости меридиана. Момент вокруг горизонтальной оси создается датчиком АДМ, на который поступает сигнал, выработанный системой коррекции.

При установке гироскопа на подвижный объект к вертикальной составляющей земного вращения добавляется угловая скорость, обусловленная движением объекта по поверхности земли.

На рис.7 показано движение объекта по параллели по широте φ в направлении с запада на восток со скоростью V_е.

Рис. 7 Составляющие угловой скорости объекта при движении по параллели.

Будем рассматривать это движение, как циркуляцию объекта вокруг оси вращения земли с радиусом

Угловая скорость этого движения будет совпадать по направлению с угловой скоростью вращения земли и равна

Перенесем вектор ω' в место нахождения объекта и разложим его на горизонтальную и вертикальную составляющие.

Вертикальная составляющая ω'_в угловой скорости ω' будет определять дополнительную скорость вращения в пространстве вокруг вертикали места основания, на котором установлен гироазимут.

Величина вертикальной составляющей ω'_в, обусловленной движением объекта вдоль параллели, будет определяться следующим отношением:

При движении объекта вдоль линии меридиана вектор угловой скорости этого движения, рассматриваемого как циркуляция по окружности радиуса R, будет лежать в плоскости горизонта. Поэтому, вертикальная составляющая будет равна нулю, и, следовательно, движение объекта вдоль линии меридиана не будет вызывать дополнительной скорости вращения в пространстве вокруг вертикали места основания, на котором установлен гироазимут.

В общем случае движения объекта со скоростью курсом значение будет определяться из соотношения:

,

а будет иметь следующий вид:

Для обеспечения высокой точности работы гироазимута трение в осях подвеса гироскопа, создающие вредные моменты и вызывающие уход гироскопа, должно быть сведено к минимуму.

Гироскоп-измеритель угла

Как было сказано ранее, гироскоп, главная ось которого отклонена на угол α к востоку от плоскости меридиана, будет подниматься над плоскостью горизонта с угловой скоростью

С помощью ГДМ, на который приходит сигнал с маятника, приложим вокруг вертикальной оси подвеса гироскопа момент, пропорциональный углу подъема главной оси гироскопа над плоскостью горизонта. Под действием этого момента гироскоп будет прецессировать в вертикальной плоскости с угловой скоростью:

где - момент вокруг вертикальной оси подвеса гироскопа, а - коэффициент пропорциональности.

Пока угол мал, скорость прецессии гироскопа будет меньше скорости опускания плоскости горизонта . Поэтому, с течением времени угол будет расти, и следовательно, величина момента и скорость прецессии гироскопа будут увеличиваться.

Скорость прецессии гироскопа вокруг горизонтальной оси будет возрастать до тех пор, пока не сравняется со скоростью опускания плоскости горизонта. Начиная с этого момента, угол останется неизменным, и ввиду равенства скоростей будет иметь место следующее соотношение:

Откуда:

Следовательно, измеряя в установившемся режиме угол , можно определить угол .

Прикладывая затем момент вокруг горизонтальной оси, можно развернуть гироскоп на угол и привести его ось в плоскость меридиана. В момент прихода в меридиан угол будет равен нулю.

При работе гироскопа в качестве измерителя угла, так же, как и в режиме «ГА», компенсируется уход гироскопа в горизонтальной плоскости с угловой скоростью .

Превращение свободного гироскопа в гирокомпас.

Гирокомпас – это прибор, в котором обеспечивается автоматический приход оси гироскопа в плоскость меридиана.

Характер движения главной оси гироскопа (вектор ) относительно плоскости горизонта меняется в зависимости от ориентации главной оси (вектор ) по отношению к плоскости меридиана. Это обстоятельство используется для создания гироскопического компаса. Если укрепить на гироскопе маятник (рис. 8), то при подъеме оси гироскопа маятник будет давать сигнал одного знака, а при опускании оси гироскопа – сигнал другого знака.

После усиления сигнала маятника подадим его на АДМ таким образом, чтобы при подъеме оси гироскопа датчик момента вызывал прецессию гироскопа в сторону уменьшения угла подъема, а при опускании оси – в сторону увеличения угла подъема.

В этом случае, как только ось гироскопа окажется отклоненной от плоскости меридиана и начнет вследствие суточного вращения земли уходить из плоскости горизонта, сразу же возникнут моменты, заставляющие идти ось гироскопа к плоскости меридиана. Таким образом у прибора появляется основное качество, определяющее гирокомпас – «направляющий момент»

Рис. 8 Принцип работы маятника.

1 – неподвижная часть маятника

2 – подвижная часть маятника

- угол подъема главной ось гироскопа над плоскостью горизонта

Если усиленный сигнал маятника подавать только на АДМ, то ось гироскопа будет подходить к меридиану, оставаясь наклоненной относительно плоскости горизонта. Под действием момента, вырабатываемого АДМ, ось гироскопа перейдет плоскость меридиана, и возникнут незатухающие колебания оси гироскопа относительно плоскостей меридиана и горизонта.

Для того, чтобы этого не происходило, необходимо добиться, чтобы по мере прихода оси гироскопа к плоскости меридиана, она приходила бы и в плоскость горизонта. С этой целью усиленный сигнал маятника подают не только на АДМ, но и на ГДМ. Теперь при отклонении оси гироскопа от плоскости меридиана будут появляться моменты, стремящиеся привести ось гироскопа и в меридиан, и в горизонт. Моменты будут действовать до тех пор, пока ось гироскопа не придет в плоскости меридиана и горизонта.

Приложение 3