Кинематическая схема прибора:

На рис.1 изображена принципиальная кинематическая схема ГПК с горизонтальной коррекцией. Ось его внешней рамки ОY обычно устанав­ливается параллельно нормальной оси самолета. На кожухе гиромотора (1), являющемся внутренней рамкой, закреплен маятниковый чувстви­тельный элемент 2, электрические сигналы которого при отклонении глав­ной оси гороскопа (вектора Н) от плоскости горизонта поступают на коррекционный мотор 3, который, в свою очередь, прикладывая момент М, соответствующего знака, заставляет прецессировать главную ось гироско­па обратно к плоскости горизонта. Таким образом, при помощи рассмот­ренной системы коррекции главная ось ГПК с определенной степенью точности будет удерживаться в плоскости горизонта. Таким образом, главная ось ГПК с определенной точностью будет удерживаться в плоскости горизонта. . Необходимость этого очевидна из рассмотрения уравнений движения ГПК, которые в географи­ческой системе координат могут быть записаны в следующем виде:

;

где:

а и β - углы отклонения главной оси гироскопа соответственно относительно осей внешней (от плоскости меридиана) и внутренней (от плоскости горизонта) рамок,

ω₃ - угловая скорость суточного вращения Земли,

φ - широта места,

ψ - угол курса,

R_з - радиус Земли,

V- линейная скорость перемещения основания относительно Земли,

M _v,M_x -результирующие внешние моменты соответственно относительно осей внешней и внутренней рамок.

На практике в пилотажных ГПК (например, в ГПК-48) применяют межрамочную коррекцию, обеспечивающую перпендикулярность вектора Н плоскости внешней рамки Y0X . В условиях равномерного прямолинейного горизонтального полета, когда нормальная ось самолета практически совпадает с вертикалью места, результат действия этих коррекций идентичен.

Авиагоризонт

При пилотировании современного летательного аппарата летчику необходимо иметь информацию о положении самолета относительно плос­кости горизонта - о величинах углов тангажа и крена. Гироскопичес­кие приборы, измеряющие эти углы, носят название гировертикалей.

Гировертикали, предоставляющие пилоту визуальную информацию об уг­лах крена и тангажа, называются авиагоризонтами.

Принцип действия авиагоризонта основан на использовании свойств симметричного астатического гироскопа с тремя степенями свободы. Г лавная ось вращения гироскопа располагается вертикально. Необходимое количество степеней свободы обеспечивается применением карданного подвеса. Известно, что такой гироскоп с точностью до инструментальных погрешностей может сохранять неизменным в пространстве первоначаль­ное положение своей главной оси. Для поддержания необходимой скоро­сти вращения ротора гироскопа могут быть использованы различные виды энергии, имеющиеся на борту ЛА. Для этой цели наиболее широко приме­няется электрическая энергия. В этом смысле изучаемые авиагоризонты АГБ-2 и АГИ-1 являются электрическими.

Гирогоризонты (гировертикали) относятся к классу позиционных гироскопов, обладающих избирательностью по отношению к направлению вертикали места. Избирательность гирогоризонта обеспечивается приме­нением специальных корректирующих устройств, восстанавливающих по­ложение главной оси гироскопа в положение истинной вертикали.

Чувствительным элементом коррекции авиагоризонта является фи­зический маятник. Исполнительными элементами этой системы могут быть моментные устройства, основанные на самых различных физических принципах. В авиагоризонтах чаще всего в качестве исполнительных эле­ментов системы коррекции используют электрические двигатели. Ско­рость коррекции авиагоризонта выбирают в пределах 1-6°/мин. Однако, специфика связей карданова подвеса, определяющего степени свободы гироскопа, не может обеспечить постоянство скоростей прецес­сии (при постоянном значении воздействующего момента) при изменении угла между рамками. Эта скорость минимальна при взаимоперпендику­лярном расположении рамок и возрастает при нарушении этой перпенди­кулярности.

R этом смысле говорят об уменьшении "устойчивости" гирогоризонта. В зависимости от расположения осей карданова подвеса по отношению к осям ЛА взаимная перпендикулярность рамок может нарушаться либо при крене, либо при тангаже.

При углах крена (или тангажа), равных 90°, устойчивость будет полностью потеряна. Поэтому для "обычных" гирогоризонтов (не имеющих специ­альных устройств, предотвращающих потерю устойчивости) угловой диа­пазон работы по крену (или тангажу) ограничен.

В настоящее время применяются авиагоризонты типа АГИ-1(рис.1), АГК-47Б, АГБ-2(рис. 2), АГБ-3 (рис. 3), АГР-72, АГР-144 и дистанционные авиагоризонты типа АГД-1. Авиагоризонт АГД-1 (рис. 4) является наиболее распространенным.

На рисунке показана принципиальная электрическая схем авиагоризонта АГБ-2. Система коррекции состоит из чувствительного элемента 2 и исполнительных элементов - двух коррекционных моторов: продольного 3 и поперечного 4. Чувствительный элемент коррекции - жидкостной маятниковый переключатель - расположен на корпусе паромотора. Он представляет собой герметический баллон, заполненный токопроводящей жидкостью. Внутри баллона есть две пары изолированных контактов частично перекрытых воздушным пузырем 6, который перемещается относительно контактов в зависимости от наклона корпуса переключателя. При этом меняется проводимость контактов. Жидкость находится под напряжением. Одна пара противоположных контактов присоединена к концам управляющей обмотки ротора продольного коррекционного мотора 3, а другая - к управляющей обмотке ротора поперечного коррекционного штора 4. Обмотки возбуждения этих моторов включены последовательно в фазы, идущие к статору гиромотора I. Когда ось ротора гироскопа расположена вертикально, переключатель горизонтален и пузырек воздуха поровну перекрывает все контакты. При этом в управляющих обмотках двигателей коррекции текут равные и встречные токи. Результирующие магнитные поля в двигателях равны нулю, и они не работают. Если же ось ротора отклонится от вертикали, переключатель наклонится и воздушный пузырек сместится, перекрывая теперь контакты не поровну. Токи в управляющих обмотках потекут разные, и в одном из двигателей (или в двух одновременно) создастся коррекционный момент, направление которого будет такое, чтобы гироскоп прецессировал к направлению вертикали.

Т.о. устойчивость трехстепенных гирогоризонтов, расчитанных на не­большой угловой диапазон работы, зависит от величины углов крена и тангажа.

Если гироскоп авиагоризонта расположен на самолете так, как указано на фиг. 2а, то устойчивость такого гироскопа определяется произведением

IΩcosγ ,где I - момент инерции ротора гироскопа Ω – угловая скорость ротора γ - угол крена самолета. В приведенном выражении устойчивости гироскопа величины I и Ω зависят от конструкции гироскопа и являются для каждого конкретного авиагоризонта величинами практически постоянными. Величина cosγ зависит от угла крена ( γ ), а следовательно, и устойчивость гироскопа, приведенного на фиг. а, зависит от угла крена. При горизонтальном полете без крена ( γ = 0 ) величина cosγ - равна 1, следовательно, устойчивость гироскопа будет наибольшей. Во время эволюции с кренами, например, виражей, устойчивость уменьшается тем более, чем больше угол крена имеет самолет. При углах крена, близких к 90° (боевой разворот, полупетля, бочка и т.п.), устойчивость гироскопа полностью (или почти полностью) теряется, так как cos 90° = 0.Ось гироскопа в таком положении легко выбивается из вертикального положения на углы до 30°.Если гироскоп авиагоризонта расположен на самолете так, как указано на фиг. б, то его устойчивость не будет зависеть от угла крена, но будет определяться углом тангажа. Устойчивость такого гироскопа определяется выражением IΩ cos θ, где θ - угол тангажа.

При горизонтальном полете устойчивость гироскопа наибольшая. При выполнении самолетом вертикальных фигур (петля и полупетля Нестерова), когда углы тангажа близки к 90°, устойчивость гироскопа также теряется, и ось выбивается из вертикального положения. Чтобы иметь возможность пользоваться прибором после совершения таких эволюций, необходимо ждать 5-10 минут, пока коррекционное устройство прибора восстановит ось гироскопа в вертикальное положение, или пользоваться арретирующим устройством (если оно имеется)