10.3 Инерциальная курсовертикаль икв-72

Инерциальная курсовертикаль ИКВ-72 представляет собой конст­руктивное объединение курсового гироагрегата и гировертикали, кор­рекция которой обеспечивается не жидкостными маятниками, а более точными инерциальными методами по сигналам интегральной кор­рекции.

ИКВ-72 предназначена для использования в пилотажно-навигационных комплексах в качестве датчика курса, крена и тангажа. ИКВ-72 обеспечивает: определение гироскопического курса, тан­гажа и крена , абсолютного вертикального ускорения; азимуталь­ной угловой скорости; формирование составляющих путевой ско­рости по двум горизонтальным осям платформы, свободной в ази­муте; выработку сигналов «Исправность» курсовертикали, «Готовность» курсовертикали, «Исправность курса» и «Исправность вертикали».

В комплект ИКВ-72 входят: гиростабилизированная платформа, усилители БУ-25, БУ-26, БУ-27, У-П2 и генератор напряжении, рас­положенные в герметичной части; блоки встроенного контроля БВК-3 и БВК-4, блок питания БП-33-1, согласующее устройство УС-21, ста­билизатор напряжения и блок запоминающего устройства, располо­женные в негерметичной части.

Основные эксплуатационные данные ИКВ-72:

погрешность измерения ψ_г в диапазоне O...36O⁰ (режим «Свободной в азимуте» платформы) — 0,3 °/ч;

погрешность выдерживания вертикали за 1 ч работы — 0,5°;

погрешность определения абсолютного вертикального ускоре­ния — 1%;

погрешность измерения составляющих абсолютной скорости по двум горизонтальным осям гироплатформы за 1 ч работы — 80 м/с.

Время готовности с момента подачи питания не более 10 мин в любых эксплуатационных условиях. Курсовертикаль выполнена в виде самостоятельной функциональной системы.

Гироскопическая платформа обеспечивает положение осей чувст­вительности акселерометров в заданных направлениях относительно Земли и выдает данные об угловых положениях ЛА в виде сигналов датчиков, в качестве которых используются синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКТ).

Блок усилителей БУ-25 усиливает сигналы гироскопической ста­билизации платформы по трем основным осям, обеспечивает работу следящей системы внешней рамы крена, участвует в начальной вы­ставке платформы в плоскости горизонта и в азимуте, контролирует работоспособность канала стабилизации и внешней рамы и выдает сиг­нал отказа.

Блок усилителей БУ-26 усиливает сигналы с акселерометров по на­пряжению, интегрирует их и перед подачей на датчики моментов усили­вает по мощности.

Блок усилителей БУ-27 служит для предварительного усиления сигналов с датчиков углов гироскопов и акселерометров. Усилитель электрической пружины У-178 предназначен для работы в системе межрамочной коррекции курсового гироскопа Г2.

Блоки встроенного контроля БВК-3 и БВК-4 обеспечивают конт­роль работы курсовертикали, переключение режимов работы и вы­дачу сигналов ее состояния.

Генератор ГН-14 вырабатывает питание для гиромоторов, обмоток возбуждения датчиков углов гироскопов и акселерометров.

Блок питания БП-33-1 выдает вторичное питание усилителям курсовертикали при использовании в качестве основного источника 115 В, 400 Гц с резервированием от +27 В на случай кратковремен­ного пропадания напряжения.

Согласующее устройство УС-21 развязывает выходы крена, танга­жа и курса.

Стабилизатор напряжения выдает опорное напряжение +10 В.

Блок запоминающего устройства компенсирует постоянную со­ставляющую скорости дрейфа курсового гироскопа.

Основным устройством ИКВ-72 является пространственная четырехрамочная гиростабилизированная платформа (рис. 10.4). Она представляет собой трехосный гиростабилизатор с дополнительной следящей рамой, которая обеспечивает невыбиваемость платформы при любых эволюциях ЛА. Кардановый узел платформы состоит из рамы внутреннего крена, рамы тангажа, следящей рамы и собственно платформы, на основании которой расположены два гироскопа типа ГВК-3 и три акселерометра типа ДА-10. Гироскоп Г1 с вертикально расположенным вектором кинетического момента Н₁ обеспечивает стабилизацию по осям крена и тангажа, т. е. выполняет роль датчика гировертикали. Гироскоп Г2 с горизонтально расположенным векто­ром кинетического момента Н₂ обеспечивает стабилизацию в азимуте, т. е. является датчиком курсового гироагрегата. Платформа подвешена к раме внутреннего крена на радиальных шариковых подшипниках.

Гироскоп типа ГВК — динамически настраиваемый с внутренним карданом и двухфазным гистерезисным двигателем. Он имеет две пары полюсов. Синусно-косинусные трансформаторы СКТ ψ, СКТ υ и СКТ γ являются датчиками угловых отклонении ЛА относительно гиростабилизированной платформы и крепятся на осях вращения рам с одной стороны. С другой стороны осей крепятся безредукторные датчики моментов типа ДМ-5, обозначаемые на рис. 10.3 ДС.

Рассмотрим процесс стабилизации в азимуте относительно оси Оε. При возникновении внешнего возмущающего момента Mε гиро­скоп Г2 начнет прецессировать и с датчика угла Ду1 через усилитель выдается сигнал на датчик моментов ДмЗ. Последний разовьет момент, равный моменту Mξ, но противоположный по знаку, и гироплатформа будет стабилизирована по углу ψ. Для невыбиваемости платформы, которая обеспечивается перпендикулярностью рам крена и тангажа, предусмотрена следящая система внешней рамы крена, состоящая из СКТ Yвн усилителя внешней рамы УВР и датчика моментов Дс4.

Для стабилизации платформы в плоскости горизонта при любых углах поворота ЛА в азимуте предусмотрен преобразователь коорди­натный ПК, установленный на вертикальной оси карданова подвеса. Он является распределителем сигналов с датчиков углов гироскопа Г1 через соответствующие усилители У1 и У2 на двигатели стабилизации Ml и М2 в зависимости от углов поворота платформы в азимуте.

Рис.10.4 Кинематическая схема гироплатформы инерциальной системы ИКВ-72

Акселерометр ДА-10 маятникового типа в «сухом» исполнении с индукционным датчиком углов и катушкой обратной связи, на кото­рую подается напряжение постоянного тока, вырабатывает сигналы, пропорциональные измеряемому ускорению. Акселерометры установлены на платформе так, что их оси чувствительности образуют трехгранник OXYZ. Акселерометры А_х и А_у выдают сигналы, на основе которых определяются составляющие абсолютной скорости ЛА; ак­селерометр А_z служит для выдачи сигнала, пропорционального вер­тикальному ускорению ЛА. В акселерометре (рис. 10.5) маятник 2, укрепленный на цапфах в опорах 1, под действием инерционных сил перемещается вдоль оси чувствительности вместе с роторной катушкой индукционного датчика угла 3 относительно статорных катушек 4. Вследствие этого в роторной катушке будет наводиться ЭДС, значе­ние которой пропорционально перемещению маятника, а ее фаза за­висит от направления перемещения. Эта ЭДС поступает в усилитель БУ-27, где предварительно усиливается, и далее на усилитель БУ-26, с выхода которого подается в виде напряжения постоянного тока на обмотку катушки обратной связи 6. Магнитное поле, возникающее вокруг катушки обратной связи, взаимодействует с полем постоянного магнита 5, укрепленного на корпусе. В результате этого взаимодей­ствия создается сила, противодействующая инерционной силе маят­ника. При равновесии этих сил значение тока в катушке обратной связи будет пропорционально ускорению платформы, а направление тока определяется знаком ускорения. Для выработки составляющих интегральной коррекции гироплатформы и абсолютной скорости по­лета ЛА (см. рис. 10.4) сигналы акселерометров А_х и А_y подаются на аналоговые интеграторы АИ1 и АИ2.

Рис 10.5 Функциональная схема акселерометра ИКВ-72

Интеграторами являются усилители постоянного тока с большим коэффициентом усиления, охваченные емкостной обратной связью (рис. 10.6). Они работают в двух режимах при подаче сигналов: «Готовность» — в режиме интегратора; «—15 В ТВ», определяющего начало точной выставки платформы, — в режиме апериодического усилителя с большим коэффициентом усиления k_y = R3/R1. Пере­ключение режимов происходит с помощью МОП-ключа, находящегося в элементе схемы Э1. В режиме интегратора сигнал акселерометра сни­мается с резистора Rи, и поступает на вход 1 интегратора АИ, в ре­жиме усилителя емкость С шунтируется резистором R3 и на вход уси­лителя идет сигнал после первого каскада усиления блока БУ-26.

Рассмотрим режимы работы системы ИКВ-72. При включении пи­тания на курсовертикаль подаются: переменное однофазное напряже­ние 115В, 400 Гц, постоянное напряжение 27В, переменное трех­фазное напряжение 36 В, 400

Гц. При этом блоками встроенного конт­роля БВК-3 и БВК-4 вырабатываются сигналы «Исправность». «Ис­правность курса» и «Исправность вертикали», поступающие в нави­гационный комплекс, и происходит автоматическая подготовка курсовертикали к работе, которая состоит из двух этапов: ускоренный выход (УВ) платформы в горизонт и в азимуте и точная выставка (ТВ) платформы.

.

Рис 10.6 Схема интегратора акселерометра

Этап УВ обеспечивает быстрое согласование платформы относи­тельно корпуса курсовертикали. Для этого в каналах крена, тангажа и курса на рис. 10.7 показана схема канала крена, остальные схемы аналогичны. С помощью реле Р2 и Р1 на роторные обмотки СКТ γвн, СКТ # и СКТ Ч> подается питание 20 В, 12 КГц вместо 36 В, 400 Гц рабочего режима. Сигналы с синусных обмоток статоров СКТ γвн и CKTψ , где связи обозначены пунктирными линиями, идут на усилители стабилизации У2 и УЗ и далее на двигатели ста билизации М2 и МЗ, которые разворачивают платформу так, чтобы обнулить сигналы с синусных обмоток ротора. Сигнал с синусной об­мотки СКТ суммируется в усилителе стабилизации У1 с сигналом ак­селерометра А_х. В результате Ml отрабатывает раму тангажа так, чтобы сигнал с акселерометра А_х был минимальным. Усилитель УВР на этапе УВ получает сигнал от СКТ γвн и акселерометра Ау, застав­ляя внешнюю раму с помощью двигателя

Рис 10.7 Схема канала крена УВ.

стабилизации М4 принять согласованное положение. Этап ускоренного выхода платформы длит­ся около 1 мин, после чего по сигналу с БВК-4 начинается радиальная коррекция платформы или режим точной выставки. Одновременно с началом радиальной коррекции начинает работать гироскопическая стабилизация, описанная выше.

В режиме радиальной коррекции (рис. 10.8) с БВК-4 выдается сигнал «—15В ТВ» и сигналы с датчиков акселерометров А_х и A_v поступают на аналоговые усилители интеграторов, в которых отклю­чена обратная связь, т. е. оси работают в качестве апериодических усилителей, После усиления сигналы поступают на датчики моментов Дм1 и Дм2 гироблока П. Последний заставляет прецессировать плат­форму с акселерометрами к положению, перпендикулярному вектору кажущейся скорости, который равен сумме векторов ускорения от си­лы тяжести и ускорения, определяемого изменением величины и на­правления скорости движения ЛА.

Рис 10.8 Схема канала тангажа(крена) в режиме радиальной коррекции.

При этом в канале курса (см. рис. 10.4) сигналы с синусной обмотки СКТ ψ последовательно пода­ются на усилитель УК и усилитель датчика моментов Дм1 гироскопа Г2. В итоге платформа стабилизируется по азимуту согласно произ­вольно направленному вектору кинетического момента Н2, гироблока Г2. Радиальная коррекция заканчивается тогда, когда сигналы с ак­селерометров близки к нулю. В результате реализации этого режима измерительные оси акселерометров будут находиться в горизонтальной плоскости с точностью до 3'. Для выработки сигнала «Готовность» сигналы с акселерометров поступают в БВК-3 (рис. 10.9, а), где обес­печивается контроль цепей коррекции.

Рис 10.9 Функциональные схемы контроля БВК-3:

а-контроль цепей коррекции и выдача сигнала (Готовность), б-контроль блока питания по напряжению +5В, в- конроль напряжения генератора ГН-14, г- контроль работы СКТ.

Этот контроль производится по условию, что сумма квадратов выходных сигналов коррекции должна быть равна квадрату напряжения U₀, соответствующего угловой скорости вращения Земли, т. е.

(10.7)

При выполнении условия (10.7) БВК-3 выдает сигнал «Готовность» и с помощью БВК-4 производится переключение работы курсовертикали в рабочий режим. В рабочем режиме, курсовертикаль свободна в азимуте, так как ССКТ ψ отключен от усилителя УС. В горизонтальной плоскости платформа удерживается с помощью сигналов ин­тегральной коррекции, т. е. с помощью гироскопа Г1 (см. рис. 10.4), на который накладываются моменты коррекции, пропорциональные интегралам от горизонтальных составляющих абсолютных ускорений акселерометров А_x, и А_y. Причем параметры контура коррекции «аксе­лерометр—интегратор—гироскоп» выбраны так, что он имеет период Шулера, равный 84,4 мин.

Компенсация постоянной составляющей скорости дрейфа курсово­го гироскопа обеспечивается блоком запоминающего устройства. Принцип действия этого устройства заключается в том, что в режиме «Настройка» при скорости ЛА, равной нулю, на его вход поступают напряжение, пропорциональное угловой скорости вращения Земли U_o, и напряжение U_o + Δ, где Δ — величина дрейфа курсового гиро­скопа, определяемая из выражения (10.8). На компараторе запоми­нающего устройства происходит сравнение этих напряжений и опре­деление Δ, которое преобразуется в двоичный параллельный код и запоминается в рассматриваемом блоке. При переходе курсовертикали к рабочему режиму сигнал компенсации постоянной составляющей скорости дрейфа курсового гироскопа в виде постоянного напряжения подается на соответствующий датчик моментов Дм2 до следующего ре­жима «Настройка».

Курсовертикаль имеет специфичный встроенный контроль, ко­торый не только контролирует параметры курсовертикали, обнаружи­вает ее основные неисправности во время предстартовой подготовки и в полете, но и обеспечивает управление режимами ее работы. Основны­ми блоками курсовертикали, обеспечивающими встроенный контроль и выработку сигналов для переключения режимов работы, яв­ляются блоки БВК-3 и БВК-4. К особенностям встроенного контроля, обеспечивающего работу курсовертикали, относятся следующие: фик­сируются и запоминаются все наиболее вероятные неисправности сис­темы; характеристики элементов встроенного контроля не снижают общей надежности курсовертикали; контроль полностью независим от внешней информации; какая-либо неисправность приводит к сня­тию сигнала «Исправность», индицируемому в навигационный комп­лекс (в частности, в БСКВ) по каналу работы конкретной курсоверти­кали.

БВК-3 предназначен для формирования сигналов отказов блока питания, блока генераторов, CKT ψ, СКТ υ и СКТ γ. Для контроля работы СКТ должно обеспечиваться следующее условие:

(10.8)

Сигнал с синусной обмотки СКТ у более 0,8В приводит к выдаче сигнала отказа.

Сигналы отказов, формируемые БВК-3, подаются на БВК-4. Ту­да же поступают сигналы с датчиков отказов БУ-26, блока питания при кратковременном отключении напряжения +27В и +15В и т. д. С помощью логических элементов временной задержки и управ­ляющих реле в БВК-4 формируются сигналы состояний ИКВ: «Исправность вертикали», «Исправность курса», «Исправность», «Готов­ность» и сигналы, обеспечивающие реализацию режимов. При назем­ной подготовке курсовертикали системы встроенного контроля выда­ют информацию об ее состоянии и прохождении всех подготовительных режимов. По сигналу «Готовность» курсовертикаль переводится в рабочий режим. Общий отказ системы и отказы блока питания, гене­ратора ГН-14, системы стабилизации, системы коррекции выдаются на соответствующие сигнализаторы отказов, которые хранят информацию об отказе даже после выключения питания курсовертикали. Сигналы отказов блоков и неисправных цепей можно проконтролировать через контрольный штепсельный разъем.