2 Приборы отображения пространственного положения самолета

2.1 Гироскоп и его свойства

Гироскоп – быстро вращающееся симметричное тело, ось вращения которого может изменять свое положение в пространстве (рис. 2.1).

Технический гироскоп представляет собой гиромотор, который вращает массивное тело (ротор мотора). Гиромотор может быть электрическим трехфазным асинхронным двигателем, либо пневматическим гиромотором, который вращается под действием струи воздуха.

Гиромотор закрепляется с помощью 2-х рамок: внутренней и внешней, которые образуют кардановый подвес.

1 – ротор; х–х – ось собственного вращения; 2 – внутренняя рама карданова подвеса; 3 – внешняя рама карданова подвеса; у–у – внутренняя ось подвеса; z–z – внешняя ось подвеса

Рисунок 2.1 – Гироскоп с тремя степенями свободы

Свойства гироскопа с тремя степенями свободы:

1. Если на главную ось гироскопа не действуют внешние силы и моменты, то она сохраняет свое положение неизменным в мировом пространстве.

2. Кратковременные силы и моменты (удары, вибрация) не влияют на положение главной оси гироскопа, а лишь вызывают быстрозатухающие нутационные колебания.

3. Под действием постоянного внешнего момента М_ВН, действующего на гироскоп, гироскоп прецессирует, т.е. его главная ось меняет свое положение, в сторону, чтобы по кратчайшему расстоянию совместить вектор угловой скорости собственного вращения с вектором М_ВН. Скорость прецессии гироскопа ω_ПР прямо пропорциональна внешнему моменту М_ВН и обратно пропорциональна кинетическому моменту гироскопа Н.

,

где Н = J Ω;

Ω – скорость вращения ротора гироскопа;

J – момент инерции ротора относительно оси вращения.

Чем больше кинетический момент, тем сильнее препятствует гироскоп действию внешних сил и моментов.

Для увеличения кинетического момента нужно увеличить скорость вращения (она обычно составляет 22·10³ – 23·10³об/мин) и увеличить размеры и массу вращающегося тела.

Во время прецессии гироскопа силами инерции создается гироскопический момент М_Г, пропорциональный скорости прецессии и кинетическому моменту . Причем гироскопический момент равен внешнему моменту и противоположно ему направлен: М_Г = - М_ВН.

Свойства гироскопа с двумя степенями свободы

В гироскопе с 2-мя степенями свободы внешняя рама закреплена или отсутствует (рис. 2.2).

Рисунок 2.2 – Кинематическая схема двухстепенного гироскопа

Двухстепенной гироскоп имеет одно важное свойство: он реагирует на угловую скорость вращения основания гироскопа вокруг оси чувствительности.

При вращении основания гироскопа с угловой скоростью ω под действием гироскопического момента гироскоп начинает вращаться вместе с внутренней рамой с ускорением, чтобы совместить по кратчайшему расстоянию вектор угловой скорости вращения гиромотора Ω с вектором угловой скорости вращающегося основания.

2.2 Электрический указатель поворота (эуп-53)

Электрический указатель поворота предназначен:

1. Для отображения направления и скорости разворота самолета относительно вертикальной оси.

2. Для определения направления скольжения.

3. Для измерения приблизительных углов крена γ при координированных разворотах самолета.

Принцип действия прибора основан на использовании свойств гироскопа с 2-мя степенями свободы (см. рис. 2.3).

Внутренняя рама гироскопа удерживается двумя пружинами 7, При развороте самолета под действием гироскопического момента Мг, рама разворачивается, преодолевая действия пружины, до тех пор, пока момент пружины Мпр и гироскопический момент не сравняются: Мг = - Мпр.

Внутренняя рама, разворачиваясь, поворачивает стрелку.

Рисунок 2.3 – Кинематическая схема и лицевая часть электрического указателя поворота ЭУП-53

Для измерения скольжения самолета используют указатель скольжения, который представляет собой стеклянную трубку, заполненную жидкостью (толуол). Внутри имеется черный стеклянный шарик, который свободно движется внутри трубки под действием двух сил: тяжести и центробежной.

Если во время разворота самолета с угловой скоростью ωy сила тяжести и центробежная сила будут равны, то даже при крене самолета шарик будет в центре, и скольжения самолета не будет. Это означает, что разворот самолета координированный (см. рис. 2.4).

Рисунок 2.4 – Действие сил на шарик при координированном развороте

В условиях координированного разворота угол крена γ, угловая скорость разворота самолета ωy и скорость V взаимосвязаны следующим образом:

То есть при фиксированной скорости самолета указатель на лицевой части прибора в условиях координированного разворота, измеряя с помощью двухстепенного гироскопа угловую скорость разворота самолета ωy, может измерять угол крена самолета γ.

Таким образом, электрический указатель поворотов используется как пилотажный прибор для пилотирования самолета, а также в качестве резервного для измерения угла крена при отказе основных авиагоризонтов.

Рисунок 2.5 – Лицевые части ДА-30 и координатора разворотов

В комбинированном приборе ДА-30 установлено одновременно три прибора: электрический указатель поворотов, вариометр и указатель скольжения (см. рис. 2.5).