Методика вимірювання і порядок виконання завдань

В результаті цієї “боротьби” плече маятника відхиляється гіроскопом від вертикалі, а на гіроскоп навколо осі внутрішнього кільця карданного підвісу діє момент М, створений відхиленням маятника. Під дією цього моменту гіроскоп прецесує, приводячи вісь обертання маховика в площину меридіана.

Приклад

Припустимо, що гірокомпас розташований на судні, яке спокійно стоїть біля причалу. Таке судно фактично являє собою “нерухому основу” відносно

Землі, тому вісь обертання маховика гірокомпаса віднайде напрямок

площини меридіана і залишиться в цій площині.

Та ось судно відходить у рейс. Воно може робити будь-які повороти (еволюції), але вісь обертання маховика гірокомпаса завжди залишиться спрямованою на “північ”.

Щоб визначити положення поздовжньої осі судна (кіля) відносно площини меридіана, в гірокомпасі, як і в магнітному компасі, може застосовуватись горизонтальний диск з поділками, закріплений на осі зовнішнього кільця карданного підвісу гірокомпасу (рис. 1).

Прилад на палубі встановлюють таким чином, щоб тонка риска (стрілка), нанесена на корпус приладу, була паралельною до поздовжньої осі (кіля) судна. Диск з поділками (шкала) стабілізується гіроскопом. Тому він не приймає участі в кутових рухах судна, його діаметр “північ-південь” завжди збігається з площиною меридіана, а діаметр “захід-схід” – з площиною паралелі. Відлік починається з відмітки “0”, що збігається з буквою “С”, і ведеться за годинниковою стрілкою.

Таким чином, якщо судно йде точно на “північ”, його поздовжня вісь, позначена тонкою рискою на корпусі приладу, є паралельною до осі обертання маховика і діаметра “північ-південь” шкали гіроскопа. Інакше кажучи, судно йде курсом “0”.

Якщо судно змінило курс і йде точно на “північний схід”, тонка риска, повернувшись разом із судном, стане напроти позначки 45 градусів шкали приладу – це є новий курс судна: 45 градусів.

В сучасних гіроскопах замість такої шкали застосовують електричні вимірювачі кутів розбіжностей між кілем судна і віссю обертання маховика – так звані обертальні трансформатори, які дозволяють передавати показання гіроскопа до різних споживачів (радіолокатора, радіопеленгатора тощо).

2. Для визначення уявного повороту головної осі гіроскопа, який викликаний обертанням Землі, можна використовувати пристрої, робота яких грунтується на другій властивості гіроскопу – прецесії.

Приклад. В гіроскопічному датчику курсу для усунення уявного повороту головної осі гіроскопа навколо вертикальної осі використовується азимутальний корегуючий пристрій.

До внутрішньої рамки гіроскопа відносно осі Y прикладають зовнішній момент такої величини і напрямку, щоб примусити гіроскоп прецесувати навколо вертикальної осі в напрямку обертання Землі з кутовою швидкістю уявного повороту головної осі гіроскопа в горизонтальній площині на даній географічній широті.

Зовнішній момент створюється зовнішньою силою, прикладеною до внутрішньої рамки гіроскопа, або спеціальним моментним електричним двигуном, поворот якого встановлено на осі внутрішньої рамки (рис. 5).

Корегуючий електродвигун (1), працюючи в гальмівному режимі, створить необхідний момент, прикладений до внутрішньої рамки гіроскопа. Величина цього моменту може регулюватися зміною напруги за допомогою потенціометра широтного балансування (2). Напрям живлення електродвигуна змінюється із зміною географічної широти місцезнаходження гіроскопа.

3. Для утримання головної осі гіроскопа нерухомою в площині горизонту використовують горизонтуючий пристрій.

Вказана компенсація здійснюється за допомогою горизонтальної корекції, яка може бути двох видів: маятникова і міжрамкова. Горизонтальна корекція контролює положення головної осі гіроскопа не відносно горизонту, а відносно площини зовнішньої рамки.

4. Сьогодні на транспортних та промислових суднах встановлюють гіроскопічну курсову систему “ Вега ” (рис. 4).

Вона має в своєму складі не тільки гіроскопічний пристрій, але й допоміжні прилади (пускач, перетворювач, прилад живлення, коректор-транслятор), а також прилади для розмноження його показань – розгалужену мережу, яка подає сигнали про курс судна різним споживачам.

Особливістю курсової системи “Вега” є пристрій виключення впливу маятника на гіроскоп, що дозволяє експлуатувати головний гіропристрій в

2 режимах – гірокомпаса та гіроазимута.

Якщо судно йде постійним курсом, а море є спокійним, то гіропристрій працює в режимі гірокомпаса. Якщо судно маневрує або море хвилюється, то гіропристрій переводять в режим зберігання напрямку (гіроазимута).

Помилка курсової системи “Вега” складає 0,8-1,5 град. залежно від умов плавання. Однак в багатьох випадках потрібні більш точні курсові системи, тому їх удосконалення продовжується.

Підвісимо на головну вісь обертання гіроскопа тягар масою m₁. В цьому випадку рівняння (6) можна записати у вигляді:

.

Замінюючи в цьому рівнянні (вісь з тягарем за час t повертається на кут π/4), а , де l – відстань від центру тяжіння гіроскопа до точки прикладання сили (у всіх дослідах l=const), отримаємо

(7)

Зберігаючи швидкість обертання гіроскопа сталою, навантажимо вісь тягарем m₂. Момент сили тяжіння прийме нове значення, зміниться при цьому і швидкість прецесії. Рівняння (6) запишемо у вигляді

або

(8)

Аналогічно для тягаря m₃ отримаємо:

(9)

З рівнянь (7), (8) і (9) видно, що

(10)

Із рівності (10) можна визначити < C > - середнє арифметичне значення величини С.

Значення кутової швидкості власного обертання гіроскопа визначають із співвідношення

. (11)

Момент інерції гіроскопа в даній роботі можна розрахувати за формулою моменту інерції маховика масою m і радіусом R:

J = mR² /2 (12)

Тоді формулу (11) можна записати у вигляді

(13)

Значення l, m і R визначені на робочому місці.

Дата добавления: 2015-06-26