Датчики угловых скоростей

Устройство и свойства гироскопа с двумя степенями свободы. Датчики угловых скоростей.

В гироскопических приборах часто используют и свойства гироскопа с двумя степенями свободы.

К таким приборам относятся авиационный указатель поворота, а также некоторые виды гиростабилизаторов, в частности устройства для пространственной стабилизации объекта (например, искусственного спутника Земли).

Гироскопы с двумя степенями свободы используют в гироскопических устройствах чаще всего в качестве дифференцирующих и интегрирующих гироскопов, которые осуществляют дифференцирование (или интегрирование) входного сигнала, т. е. измеряют производную (или интеграл) от той величины, на воздействие которой реагирует Г. у. Например, в гиротахометре (см. вопрос 4) дифференцирующий гироскоп, реагируя на поворот объекта, измеряет его угловую скорость, а поплавковый интегрирующий гироскоп, реагируя на угловую скорость объекта, измеряет угол его поворота.

Определение направления и величины угловой скорости вращения самолета относительно его осей необходимо для целей пилотирования ЛА.

В измерителях угловых скоростей применяются в качестве чувствительных элементов скоростные гироскопы.

Скоростной гироскоп имеет только две степени свободы (относительно корпуса прибора). Причем свобода вращения рамки оси О_X относительно ее оси ограничивается пружиной. Вокруг оси Oy гироскоп может поворачи­ваться только вместе с корпусом прибора и летательным аппаратом.

Пусть, например, самолет совершает разворот относительно оси Y с угловой скоростью w_yс (без крена).

Тогда к оси Xрамы гироскопа через подшипники будет приложена пара сил F_оп,создающая момент М_внвнешних сил относительно оси Y (т.е без смещения) .

Так, как при приложении к гироскопу момента внешней силы полюс гироскопа кратчайшим путём стремится к полюсу силы, то под действием момента М_внбудет прецессировать ось ротора с угловой скоростью, пропорциональной отношению момента к кинетическому моменту гироскопа.

w_x= M_вн / H cosa,

Где a - угол отклонения рамы гироскопа.

При отклонении рамы гироскопа от нейтрального положе­ния на угол α момент М_внбудет уравновешен гироскопическим моментом М_г.

За счет этого пружина деформируется и создает момент М_протносительно оси х:

М_пр = К_пр^. α,

Где К_пр – коэффициент жёсткости пружины.

Момент М_пр вызовет угловую скорость w_У прецессии гироско­па относительно оси У в сторону разворота самолета.

ω_У = М_пр/Н cosa

Момент М_пр пружины уравновешивается гироскопическим мо­ментом М_гх.

В результате появления угловой скорости w_у прецессии гиро­скопа уменьшается момент М_вн.

При ω_y = ω_yс M_вн станет равным 0, тогда давление подшипников на оси рамы исчезнет и прекра­тится дальнейшее нарастание угла α. В этом случае

F_оп = 0; ω_х = 0.

Из приведённых формул видно:

ω_yс = ω_У = М_пр/Н cosa = К_пр^. α/Н cosa

т. е. угловая скорость ω_с разворота самолета пропорциональна углу поворота оси рамы гироскопа относительно оси х.

Рис. 12. Скоростной гироскоп

Демпфер Д (рис. 12) — пневматический. Он служит для гашения колебаний стрелки указателя поворота.

Если на оси рамы гироскопа закрепить стрелку, то можно получить прибор, указывающий угловую скорость разворота, т. е. указатель поворота.

Если же вместо стрелки закрепить щетку потенциометра, то получим потенциометрический преобразователь угловой скорости. Последний выдает сигналы в различные автоматические системы управления.

В связи с зависимостью угла α отклонения оси рамы гироскопа от угла крена указатели поворота часто не имеют градуированной шкалы и используются только как индикаторы наличия и знака угловой скорости разворота.

Вывод: рассмотренные примеры датчиков угловых скоростей в виде двухстепенных скоростных гироскопов используются как резервные источники информации для экипажей. Их приимущество – простота конструкции и повышенная надёжность, что и обеспечивает резевирование в случае отказа АГД или (и) АГВ и других систем (гироплатформ).

Дата добавления: 2015-01-03