книги из ГПНТБ / Карпухин А.В. Приборы систем управления ракет учебное пособие

180

с гироузлом. Это приведет к изменению угла отражения луча и к изменению его положения на экране по горизонтали и вертикали. По величине перемещения луча судят об уходе гироскопа. Чтобы упростить вычисления, экран выполняют в виде листа из милли­ метровой бумаги, прикрепленной на щите, который располагают от оси вращения внутренней рамы на расстоянии 1719 мм. При та­ ком расположении перемещение луча в миллиметрах соответствует углу поворота главной оси в угловых минутах; величина переме­ щения по вертикали соответствует углу оС, по горизонтали - углу 0 .

Последовательность определения уходов гироскопа может бытьспре - делена следующим образом. Гироприбор устанавливается на качаю­

щийся стенд, и ротор гироскопа разгоняется до рабочих оборотов.За­ тем луч от коллиматора наводится на зеркало так, чтобы на экране получить четкое изобра­ жение отраженного луча, положение которого фиксируется. Прибор разарретируется, и включается качающийся стенд. Через установ­ ленное время стенд вы­

ключается и отмечается новое положение луча на экране. Измерив переме­ щение луча, производят

расчет инструментальной ошибки гироприбора и сравнивают ее с заданной. Если измеренная величина ухода прибора превышает до­ пустимое значение, прибор к дальнейией эксплуатации неприго­ ден, подлежит учету как вышедший из строя и отправке в ремонт.

Результаты проверок заносятся в формуляр или паспорт при­ бора. При проверках приборов важно соблюдать все положения инструкций по проверкам, так как несоблюдение инструкций и нарушение последовательности операций приводит в большинстве случаев к выходу прибора из строя, к его неисправности. Необ­ ходимо также учитывать время наработки прибора при проверках,

181

чтобы знать оставшийся ресурс его гарантированной исправной работы.

Интегрирующий двухстепенный гироскоп и датчик угловой ско­ рости (ДУС) кроме электрических проверок гиродвигателя, дат­ чиков ДУ и ДМ имеют некоторые особые проверки. Интегрирующий

платформы.

Инструментальная ошибка интегрирующего гироскопа (его уход) вызывается вредными моментами Мх , действующими по оси прецес­ сии гироскопа, Моменты создаются вследствие наличия неуравно­ вешенности гироузла, от сил трения, упругих токоподводов, за счет обратных (реактивных) моментов датчиков ДУ и ДМ и т .д .

Их действие приводит к тому, что гироскоп, установленный на неподвижном основании, будет непрерывно поворачиваться вокруг оси прецессии и прибор будет выдавать ложный сигнал при отсут­ ствии вращения основания, т .е . при отсутствии входной угловой скорости.

Наличие следящей системы приводит к тому, что при начале отклонения гироузла под действием возмущающих моментш с вы­ хода датчика ДУ на усилитель поступает сигнал, который в ко­ нечном счете приводит к созданию двигателем вращающего момента по оси платформы, и платформа начинает поворачиваться вокруг своей оси с некоторой угловой скоростью. Эта скорость враще­ ния платформы устанавливается такой величины, что возникающий вследствие этого вращения гироскопический момент Нгх , направ­

182

ленный по оси гироузла, будет уравновешивать возмущающие мо­ менты и исключать движение гироузла. В результате гироузел, отклонившись от своего исходного положения на некоторый угол 0 , будет сохранять свое положение неизменным, а платформа будет поворачиваться вокруг своей оси с некоторой постоянной скоростью д со. Величина угловой скорости а со , которая выра­ жает собой инструментальную ошибку интегрирующего гироскопа с двумя степенями свободы (как и свободного двухстепенного гироскопа), определяется из равенства МХ =МГХ, Откуда

А <А)= н

Интегрирующий гироскоп совместно с поворотной платформой можно рассматривать как трехстепенный гироскоп. Следовательно, уход платформы будет происходить также вследствие вращения Земли, т .е . будет сказываться кажущийся уход. Другими словами, интегрирующий гироскоп будет реагировать на вертикальную со­ ставляющую угловой скорости Земли. Чтобы определить ошибку ин­ тегрирующего гироскопа в чистом виде, платформа с гироскопом выставляется относительно вертикали места и плоскости меридиа­ на. Возможна выставка платформы таким образом: ось платформы располагается по вертикали места, ось гироузла - перпендикуляр­ но плоскости меридиана, а ось ротора - в плоскости меридиана. Тогда ошибка определяется по формуле

в обмотку датчика ДМ электрического сигнала определенной поляр­ ности и величины.

Датчик угловой скорости при своей проверке также устанав­ ливается на поворотной платформе, скорость вращения которой может плавно изменяться с помощью регулируемого сопротивления. Установка для проверки имеет шкалу установки требуемого значе­

183

ния скорости платформы. Изменением величины сопротивления по шкале устанавливают различные значения угловой скорости вра­ щения платформы и снимают статическую характеристику ДУС, оп­ ределяют зону нечувствительности, величину нулевого сигнала и диапазон измеряемых скоростей.

Если двухстепенные гироскопы имеют воздушный или поплавко­ вый подвес гироузла, осуществляется проверка давления газовой магистрали, расхода воздуха, а при жидкостном подвесе - про­ верка исправности работы системы регулирования температуры.

Проверки осуществляются технически грамотными и в ряде слу­ чаев высококвалифицированными специалистами и ведутся таким образом, чтобы приборы по возможности работали в ходе провер­ ки минимальное время. Для исключения субъективных погрешностей в процессе проверки контрольно-проверочная аппаратура строит­ ся на основе автоматизации с незначительным числом ручных операций.

Г л а в а 1У

ГИРОСКОПИЧЕСКИЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ (ГС)

§ 4 .1 .КЛАССИФИКАЦИЯ ГИРОСКОПИЧЕСКИХ СТАБИЛИЗАТОРОВ

При решении задач автоматизации управления полетом само­ летов, управляемых снарядов, ракет и других летательных аппа­ ратов иногда требуется на их борту иметь неизменное в простран­ стве положение отдельных блоков и приборов, которое сохранилось бы при любом вращении летательного объекта вокруг его осей.

Так, например, в инерциальных системах управления и навигации необходимо стабилизировать оси чувствительности датчиков уско­ рений (акселерометров), в астронавигационных системах стаби­ лизируется положение оптических осей телескопов, направленных на выбранное светило, и т .д . Наиболее надежным и точным сред­ ством получения неизменного, т .е . стабилизированного, положе­ ния блоков в пространстве является применение их гироскопиче­ ской стабилизации.

184

Различают два метода пространственной гироскопической ста­ билизации: косвенный и непосредственный.

К о с в е н н ы й метод стабилизации заключается в том, что стабилизируемый объект с помощью следящей системы повора­ чивается относительно летательного аппарата на углы, равные, но противоположные тем углам, на которые поворачивается аппа­ рат вокруг своих осей. Для осуществления косвенной стабилиза­ ции система должна иметь измеритель угла отклонения летатель­ ного аппарата и следящую систему. Измерителями углов, являющих­ ся чувствительными элементами стабилизации, чаще всего бывают гироскопические приборы и устройства.

Косвенный метод стабилизации имеет ряд особенностей, кото­ рые ограничивают его использование. Во-первых, точность стаби­ лизации будет определяться точностью гироскопических приборов, а также величиной динамической и статической ошибок следящей системы. Во-вторых, невозможно удалять на значительные расстоя­ ния измеритель углов (гироприбор) от стабилизируемого блока, так как на точность стабилизации будет в значительной степени сказываться деформация корпуса летательного аппарата.

устанавливается на основании, которое сохраняет свое положе­ ние в пространстве неизменным, независимо от положения осей летательного аппарата. Основанием может являться либо рама трехстепенного гироскопа, либо площадка, стабилизируемая при помощи установленных на ней гироскопов.

Рассмотрим непосредственную стабилизацию на примере аста­ тического трехстепенного гироскопа. Астатический (уравновешен­ ный) трехстепенный гироскоп установлен на подвижном основании I (рис. 4 .1 ) . Для удобства изучения поведения гироскопа введем

(исходном) положении одноименные оси координат совпадают, т .е .

185

Предположим, что основание (корпус самолета или ракеты) по­ лучило вращение в направлении, указанном стрелкой. Вследствие неизбежно существующих в опорах А и Б сил трения на гироскоп относительно оси наружной рамы Y* будет действовать момент сил трения Мти , который будет стремиться увлечь (повернуть) ги­ роскоп вслед за вращающимся основанием. Однако если пренебречь

нутационными колебаниями (см. § 2 .5 ), что справедливо при сравнительно небольших возмущающих моментах по отношению к кинетическому моменту, основное движение гироскопа будет про­ исходить не вокруг оси Y f , т .е . не в направлении действия сил трения, а вокруг оси внутренней рамы X с угловой скоро­ стью, равной

Hcosfi >

186

вательно, возникнет гироскопический момент МГц , направленный

сторону. Следовательно, гироскопический момент, возникший в результате прецессии гироскопа, своей составляющей Нгн уравно­ весит момент сил трения МТ(< , воспрепятствует вращению гиро­ скопа вокруг оси Yy и тем самым будет стабилизировать положе­ ние наружной рамы. Блок, закрепленный на наружной раме, будет также стабилизирован относительно оси Yf .

ния величина гироскопического момента МГу должна также увели­

скоп под действием момента внешних сил так прегулирует" ско­ рость прецессии, что гироскопический момент, появляющийся при прецессии, всегда своей составляющей уравновешивает момент внешних сил. Пока гироскоп ускоренно прецессирует, стабильность наружной рамы продолжает сохраняться теоретически при любой величине момента внешних сил Мтн , но время стабильного поло­ жения рамы тем меньше, чем больше величина момента Мтн.

Если возмущающий момент действует в одну сторону, то под его влиянием главная ось гироскопа сравнительно быстро повер­ нется на 90° от своего исходного положения и совместится с

187

осью наружной рамы Yf ; скорость прецессии в момент совмеще­ ния осей будет теоретически равна бесконечности. Гироскоп по­ теряет одну степень свободы, а следовательно, и свойство ока­ зывать сопротивление внешнему моменту Мтн . Стабильность на­ ружной рамы нарушится, и гироскоп начнет вращаться вслед за основанием.

Если при некотором угле прецессии р , не равном 90°, пре­ кратить вращение основания, то прецессия гироскопа также пре­ кратится.

Гироскопы, применяемые для стабилизации объектов, как это

Непосредственная стабилизация за счет стабилизирующих свойств самих гироскопов обладает рядом недостатков.

1. Точная стабилизация возможна лишь в течение сравнительно небольшого времени, ибо наличие трения по оси прецессии X , а также нутационные колебания приводят к уходу (дрейфу) гироско­ па относительно оси стабилизации и этот уход будет со временем накапливаться.

2. Для стабилизации больших масс необходимо иметь гироскоп

дополнительными моментами оси гироскопа, что понижает точность работы прибора.

4. При необходимости стабилизации большого числа объектов на один гироскоп установить их все нельзя из-за конструктив­ ных затруднений, а иметь для каждого объекта отдельный гиро­ скоп не всегда представляется возможным из соображений мини­

чески невозможно получить стабилизированное положение объекта относительно двух и совсем невозможно относительно трЬх взаим­ но перпендикулярных осей.

Поэтому стабилизация за счет установки блоков на астатиче­ ские трехстепенные гироскопы имеет сравнительно ограниченные возможности и в точных системах стабилизации применяется не­ достаточно широко.

Наиболее успешным решением вопроса построения систем про­ странственной стабилизации является применение гироскопических

188

всвою очередь подразделяются на:

-гиростабилизаторы с малыми гироскопами (с малым значением кинетического момента Н);

-гиростабилизаторы на больших силовых гироскопах.

но- и двухосные гиростабилизаторы иногда называют гирорамами. Стабилизацию объекта относительно трех осей, взаимно перпен­ дикулярных друг другу, считают полной стабилизацией, а стаби­ лизацию относительной одной или двух осей называют неполной или частичной.

Основой казцдого стабилизатора является платформа с закреп­ ленными на ней стабилизируемыми блоками и гироскопическими приборами, которые служат воспринимающими чувствительными элементами. Платформа устанавливается в карданов подвес.

Гиростабилизаторы, использующие в качестве чувствительных элементов трехстепенные гироскопы, на практике почти не при­ меняются. Это вызвано тем, что для повышения восприимчивости гироскопов к малым угловым скоростям отклонения стабилизиру­ емой платформы необходимо уменьшать до нуля моменты сил тре­ ния по двум осям рам, а это представляет значительную слож­ ность. Гораздо проще в конструктивном отношении уменьшить тре­ ние по одной оси рамы, как, например, в двухстепенном гиро­ скопе.

Впервые одноосный гиростабилизатор на основе трехстепенного гироскопа предложил в 1924 г . советский изобретатель С.А.Ноздровский. Сущность выдвинутой им идеи сводится к тому, что во избежание складывания осей гироскопа и для компенсации вредных действий больших внешних моментов необходимо к гироскопу при­

189

кладывать дополнительный момент, равный по величине, но про­ тивоположный по направлению моменту внешних сил. Другими сло­ вами, метод его заключается в разгрузке оси гироскопа от дей­ ствия моментов внешних сил. Кинематическая схема одноосного ГС показана на рис,4 .2 .

При вращении основания I момент сил трения Мтн, действующий относительно оси наружной рамы Y, , вызовет прецессию гироско­ па вокруг оси внутренней рамы X . При прецессии возникнет гароскопический момент МГу , составляющая которого Мги будет

Р исЛ .2

направлена против момента сил трения Итн , что приведет к стабилизации наружной рамы относительно оси Y ,. Но вследствие прецессии гироскопа ротор датчика угла ДУ, закрепленный на оси прецессии (оси внутренней рамы), поворачивается относитель­ но статора, установленного на наружной раме, и на выходе дат-