книги из ГПНТБ / Соловьев А.И. Проектирование механизмов приборов и аппаратов

пространстве, то гироскоп Фуко получил название свободного гиро­ скопа.

Скорость прецессии со,, гироскопа получается из рассмотрения моментов количества движения [38; 50]:

а) вращения гироскопа относительно собственной оси

т. е. угловая скорость прецессии гироскопа равна отношению мо­

ции которого на корабле выполняет система азимутальной кор­ рекции.

Свойства «волчка», прецессирующего с угловой скоростью со (см. рис. 78, б), в полной мере воспроизводятся в трехстепенном гироскопе Л. Фуко (см. рис. 79) лишь при отсутствии неуравнове­ шенных относительно осей вращения колец 2 и 3 силовых момен­ тов. Практически неуравновешенные моменты возникают от несо­ вершенства балансировки системы и от трения в опорах колец карданова подвеса. В связи с этим шарикоподшипники опор долж­ ны быть изготовлены особо тщательно. Снижение трения дости­ гается и дополнительными конструктивными мерами.

Максимально уравновешенный трехстепенной гироскоп полу­ чил название астатического.

Свойства трехстепенного астатического гироскопа прецессировать со скоростью, пропорциональной величине действующего мо­ мента, используются не только в гирокомпасах, но и в гироскопи­ ческих интеграторах, где интегрируемая величина моделируется пропорциональным ей моментом относительно внутреннего кольца карданова подвеса; скорость прецессии пропорциональна интегри­ руемой величине; угол поворота внешнего кольца пропорционален интегралу за время интегрирования.

Дифференцирующие гироскопы используются в качестве дат­ чиков угловой скорости [12].

Внедрение гироскопа Фуко как механического ориентирующе­ го прибора характеризуется следующими этапами. Вначале он за­ менил магнитную стрелку как более точный указатель азимута; гироскоп применили в качестве гирогоризонта — указателя поло­ жения самолета относительно пространственной координатной си­ стемы; затем появился более сложный прибор — гиромагнитный компас, чувствительным элементом которого является магнит, свободно вращающийся вокруг вертикальной оси в корпусе дат­ чика в кардановом подвесе; под действием земного магнитного поля магнит самоориентируется относительно магнитного мери­ диана, при изменении курса полета поворачивается в корпусе дат­ чика, подавая сигнал в систему автоматического слежения. Нако­ нец, создали гироскопический автопилот, автоматически управля­ ющий взлетом и посадкой, полетом в заданном направлении, раз­ воротом и заданными эволюцнями самолета.

Неуклоненное усложнение задач, выполняемых гироскопом, породило его конструктивное усложнение. Скорость вращения ро­ тора все возрастала и в настоящее время она достигает десятков тысяч оборотов в минуту. В связи с этим существенно усложни­ лись подшипники гироскопа. Время разгона ротора гироскопа до рабочей скорости удлинилось до 10—15 мин, что для систем управ­ ления ракетами с мгновенно срабатывающими двигателями недо­ пустимо.

Наличие даже самого минимального трения в опорах гироско­ па, неизбежно вызываемого действием земного притяжения, соз-

дает силы, обусловливающие вредную прецессию (уход) гироско­ па. Уход самых лучших современных роторных гироскопов состав­ ляет примерно одну угловую минуту за минуту времени. Следова­ тельно, за 1 ч полета погрешность курса самолета или ракеты составит один градус. Введение же соответствующей поправки затрудняется сложной функциональной зависимостью земного при­ тяжения от различных земных широт.

Ошибка ориентации с помощью компаса Фуко в космосе обус­ ловливается сложностью картины распределения поля тяготения

всолнечной системе.

Кперечисленным факторам, влияющим на погрешность гиро­ скопа Фуко от трения в его опорах, добавляются нагрузки, возни­ кающие за счет ускорения самолета пли ракеты при взлете и по­ садке. Поэтому в настоящее время на смену гироскопу Фуко при­ ходит безынерционный оптический квантовый гироскоп [54]. Коль­ цевой оптический квантовый генератор используется в качестве датчика угловой скорости вращения.

На базе первоначальной громоздкой модели в 1966 г. создан малогабаритный оптический гироскоп — единый монолитный трех­ степенный датчик угловой скорости вращения в шаровом кварце­ вом блоке, размещающемся на ладони.

В кварцевом шаре выфрезерованы три взаимно перпендику­ лярных треугольника, вмонтировано девять зеркал и три призмы для подачи сигналов на фотоумножители. Все три . кольцевых

вычислительную машину системы управления. Очевидные досто­ инства оптического гироскопа сделали его чрезвычайно перспек­ тивным в самолетной, ракетной и космической радиоэлектронной навигации.

2. Судовые гирокомпасные следящие системы

Угловая скорость прецессии гироскопа зависит от величины внешнего воздействующего на внутреннее кольцо 2 карданова

Кинетический и гироскопический моменты связаны между со­

сигнал поступает на исполнительный двигатель 11, вращающий азимутальную шестерню 10 и вместе с нею наружное кольцо 13, несущее следящее кольцо 12 с гпромотором 8.

утла рассогласования между ротором 4 и статором 2 двигателя

ляется гиромотор, представляющий собою трехфазный асинхрон­ ный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, вращающим­ ся со скоростью 15000 об/мин [8].

Корпус гиромотора является внутренним кардановым кольцом гироскопа (см. рис. 79). По вертикали он имеет две полуоси, вхо-

дящне в подшипники в следящем кольце 12, представляющем со­ бою наружное кольцо карданова подвеса.

Кроме вертикальных подшипников гиромотор дополнительно связан со следящим кольцом 12 ленточным подвесом 6 [8; 52],

По рассмотренной схеме построен судовой гирокомпас МГК-1 [35]. Более сложные гирокомпасные системы представляют собою гирокомпасы типа «Курс». Здесь чувствительным элементом яв­

(дистиллированная вода, глицерин и салициловая кислота), за­ полняющую следящую сферу 6 [43].

2

Рис. 81

Показания гиросферы передаются в посты управления через сле­ дящую сферу 6. Последняя состоит из двух алюминиевых полусфер, покрытых снаружи и изнутри эбонитом и соединенных экваториаль­ ным поясом, -состоящим из токопроводящих латунных колец 4.

Следящая сфера в свою очередь помещена в котелок нактоуза, заполненный электропроводящей, поддерживающей ее жидкостью (дистиллированная вода, глицерин, формалин, бура реактивная). Следящая сфера может поворачиваться вокруг оси котелка на верти­ кальных опорах, смонтированных в закрывающем котелок столе.

Следящая сфера 6 контролирует движение гиросферы 3 и через контактное латунное или графито-эбонитовое кольцо 4 выдает их в виде электрического напряжения.

Против вертикальных срезов кольца 4, на которое подано трех­ фазное напряжение, на внутренней стороне следящей сферы рас­ положены токоподводы 1 т 5, соединенные с концами первичной обмотки входного трансформатора 7 и усилителя 8.

Если положение следящей сферы и гиросферы одинаково, то электрическое сопротивление поддерживающей жидкости между токоподводами 1 и-5 будет также одинаковым и э. д. с. во вторич­ ной обмотке трансформатора наводиться не будет. При рассогласо­ вании системы «гиросфера— поддерживающая сфера» во вторичной обмотке трансформатора возникнет пропорциональная ему э. д. с.

Выходное напряжение усилителя 8 поступает на обмотку воз­ буждения электродвигателя постоянного тока 9, связанную через зубчатую передачу с сельсином-датчиком 10, выдающим сигнал на

при качке судна они поворачиваются в разные стороны на равные утлы и направление векторов суммарного кинетического момента остается неизменным.

Силовое замыкание антнпараллелограммной рычажной систе­ мы, спаривающей два одинаковых гиромотора, осуществляется на корпус гиросферы с помощью цилиндрических пружин, как это показано на рис. 82, б. Жидкостной успокоитель, исключающий влияние инерционных сил при .маневре судна, состоит из двух

рез камеру 3 реле выключателя затухания колебаний. При манев­ ре судна іреле своим клапаном перекрывает нижнюю трубку и запертая жидкость гасит возникающие колебания. Верхняя труб­ ка 2 является воздушной. Электромагнитное дутье, создаваемое ка­

трения в шарикоподшипниках гиромоторов осуществляется через сопло / / (см. рис. 82, а). Подшипники гиромоторов смазываются маслом, поступающим к ним из нижней части 12 гиросферы по фи­ тилям 9.

Как шарикоподшипники валов 7 опор корпуса гиромотора с фиксирующими устройствами 8, так и шарикоподшипники 5 рото­ ра гиромотора выполняются по высокому классу точности с весь­ ма малым моментом трения.

Типовой комплект гирокомпаса типа «Курс» для судов транс­ портного флота включает в себя основной и пусковой приборы, трансляционно-усилительный прибор, два сигнальных прибора, помпы, охлаждения, две разветвительных коробки, репитеры пелинговани'я, пелоруе с репитером шума судна, насаженные репитеры, репитеры с подвесом, прибор контроля, агрегат питания с короб­ кой сопротивлений.

Рис. 82

Отличительной особенностью малогабаритного двугироскопного гирокомпаса «Амур» является воздушное охлаждение чувстви­ тельного элемента и сосредоточение приборов контроля и управ­ ления в інактоузе основного компаса. Чувствительный элемент ги­ рокомпаса «Амур» в принципе не отличается от_ чувствительных элементов гирокомпасов типа «Курс», но имеет меньшие размеры.

Гирокомпас «Амур» не имеет корректора. Скоростная поправ­ ка определяется при помощи планшета-корректора и таблиц, рас­ считанных для скоростей судна 4—32 узла/час, через промежутки 4 узла.

"Погрешности гирокомпасов подразделяют на статические и ди­

стоянии на швартовых и устранения разворотом нактоуза относи­ тельно компаса на величину погрешности.

3. Погрешность, обусловленная застоем чувствительного эле­ мента в азимуте под влиянием трения в опорах карданова подвеса (см. рис. 79). Эта ошибка порядка 0,2—0,3°.

Динамические погрешности следующие.

1. Погрешность за счет скоростной девиации, исключаемая из показаний компаса с помощью корректора или таблиц (корректор гирокомпаса переставляют на широту через каждые 5° вниз в

где Н — кинетический момент, кГ • м • сек.