Файл: Нечаев П.А. Электронавигационные приборы учебник.pdf

чем ось л 0 — л 0 платформы совпадает в любой момент времени с ли­ нией N — S, а ось У0 — Y 0 — с линией О* — W (рис. 68). Если уста­ новить на такой платформе высокоточные приборы, непрерывно изме-

где ср0 и (Я0 — соответственно широта и долгота пункта отшествия.

Отметим, что вычисление скорости движения объекта по сообщен­ ному ему ускорению производится математической операцией, назы­ ваемой интегрированием. Двойное интегрирование ускорения дает путь, пройденный объектом.

104

Таким образом, инерциальный координатор должен обеспечивать: 1) стабилизацию платформы в горизонтной системе координат;

2)измерение ускорений судна;

3)вычисление составляющих пути судна по меридиану и парал­

лели;

4)вычисление координат судна.

Прежде чем приступить к описанию принципов устройства и рабо­ ты инерциального координатора, ознакомимся с его основными бло­ ками — акселерометром и поплавковым гироскопом.

z

Рис. 70. Акселерометр:

/ — маятник; 2 — ротор датчика; 3 — статор датчика; 4 — корпус акселерометра

Акселерометр (от латинского слова — ускорять и греческого — мера) служит для измерения ускорений движущегося объекта. Прин­ ципиальная схема устройства акселерометра показана на рис. 70. Ос­ новной частью его является инерционная масса 1, называемая маятни­ ком акселерометра. Маятник укреплен на оси OY акселерометра и мо­ жет свободно поворачиваться вокруг своей оси. На этой же оси укреп­ лен ротор 2 индукционного датчика, действующего по принципу диф­ ференциального трансформатора. Статор 3 датчика крепится к корпусу 4 акселерометра.

Ось ОХ называется о с ь ю ч у в с т в и т е л ь н о с т и а к с е ­ л е р о м е т р а .

Если объект, на котором установлен акселерометр, получает уско­ рение вдоль оси чувствительности, то маятник 1 под действием силы инерции поворачивается относительно оси OY на угол, пропорциональ­ ный ускорению. Вместе с маятником на такой же угол поворачивается ротор 2 датчика, и датчик вырабатывает электрический сигнал, на­ пряжение которого пропорционально ускорению объекта.

Если сигнал, снимаемый с акселерометра, направить в специаль­ ное решающее устройство, называемое и н т е г р а т о р о м , то на

105

выходе этого устройства получим скорость объекта по оси ОХ. Вторич­ ное интегрирование сигнала акселерометра даст составляющую прой­ денного пути по тому же направлению. Таким образом, акселерометр может быть использован для измерения ускорения объекта, а также для измерения скорости движущегося объекта и пройденного им расстоя­

ния.

К акселерометру предъявляются следующие требования. Сигналы, вырабатываемые акселерометром, должны быть пропорциональны ускорениям объекта в диапазоне, определяемом характером движения объекта. Например, для транспорт­

на выходе этих обмоток сигнал отсутствует. При перемещении маятни­ ка под действием сил инерции равенство э. д. с., индуктируемых во вто­ ричных обмотках трансформатора, нарушается и на усилитель 3 посту­ пает электрический сигнал. После усиления сигнал поступает на об­ мотку электромагнита 4, предназначенного для восстановления исход­ ного положения маятника. Величина восстанавливающей силы про­ порциональна угловому перемещению маятника и, следовательно, ускорению объекта.

Благодаря наличию обратной связи зависимость показаний аксе­ лерометра от ускорения объекта имеет линейный характер в большом диапазоне измерений. Кроме того, обратная связь повышает начальную чувствительность акселерометра.

Поплавковый гироскоп конструктивно представляет собой следую­ щее устройство (рис. 72). Гиромотор 1 заключен в герметичную ци­ линдрическую камеру 2 (поплавок). Камера подвешена по оси OY, называемой о с ь ю п р е ц е с с и и , в высокочувствительных под­ шипниках 4 внутри герметичного корпуса 7, также имеющего цилинд­ рическую форму. Пространство между корпусом прибора и камерой гиромотора заполняется вязкой поддерживающей жидкостью. Плот­ ность поддерживающей жидкости подбирается такой, чтобы поплавок

106

находился в состоянии нулевой плавучести. Благодаря этому весовое давление на подшипники оси Y —■Y почти отсутствует и силы трения

вподвесе гироскопа относительно этой оси уменьшены до ничтожно малых величин. Для сохранения постоянной плотности поддерживаю­ щей жидкости и, следовательно, нулевой плавучести поплавка все устройство помещается в специальный блок (на рис. 72 не показан),

вкотором поддерживается постоянная температура.

Жидкостный подвес чувствительного элемента обеспечивает повы­ шенную ударостойкость и виброустойчивость устройства.

/ — гиромотор; 2 — поплавок; 3 — ротор датчика сигнала; 4 — подшипник; 5 — вилки; 6 — ба­ лансировочные грузы; 7 — корпус прибора; 8 — ротор датчика момента

Чувствительный элемент отбалансирован так, что его центр тяжести расположен на оси прецессии Y — Y. Балансировка выполнена с по­ мощью специальных грузов 6, перемещающихся при вращении винто­

вых вилок 5.

Таким образом, поплавковый гироскоп представляет собой гиро­ скоп с двумя степенями свободы, т. е. связанный гироскоп (см. § 1). Ось 0Z называется в х о д н о й о с ь ю поплавкового гироскопа.

С помощью поплавкового гироскопа можно определить угловое перемещение объекта по сообщенной ему угловой скорости. Поэтому поплавковый гироскоп, используемый для определения угла поворота объекта по сообщенной ему угловой скорости, называется и н т е г р и ­ р у ю щ и м п о п л а в к о в ы м г и р о с к о п о м . Принцип дейст­

вия его заключается в следующем.

Предположим, что платформа, на которой установлен поплавковый гироскоп, поворачивается вокруг своей вертикальной оси Z0 — Z0 с угловой скоростью CDZ(рис. 73). Гироскоп в этом случае будет совер­ шать вынужденный поворот вокруг входной оси Z — Z с угловой ско­ ростью (oz cos р, вследствие чего возникнет гироскопический момент

R — Н сог cos р.

При малых углах cos Р = 1, поэтому

R = Н(дг.

107

Под действием гироскопического момента R поплавок начнет по­ ворачиваться вокруг оси прецессии У — У с некоторой угловой ско­ ростью со^. Повороту гироскопа вокруг оси У — У препятствует момент трения Мт поплавка о поддерживающую жидкость. Из физики извест­

Таким образом, скорость поворота поплавкового гироскопа вокруг оси У — У пропорциональна угловой скорости сог поворота платфор­ мы вокруг вертикальной оси Z0 — Z0. Если последнее выражение про­ интегрировать, то получим:

датчика (см. рис. 72), действующего по принципу дифференциального трансформатора. На выходе он дает напряжение сигнала, пропорцио­ нальное углу р.

Кроме датчика сигнала, поплавковый гироскоп имеет датчик момен­ та такого же устройства. Ротор 8 (см. рис. 72) датчика момента уйреплен также на оси У — У поплавка. Назначение датчика момента бу­ дет рассмотрено ниже.

В инерциальном координаторе поплавковые гироскопы используют­ ся для стабилизации платформы в горизонтной системе координат.

Принцип устройства и работы инерциального координатора. Инер­ циальный координатор состоит из следующих основных узлов:

инерциальной платформы с блоком акселерометров; гироскопического узла; вычислительного устройства.

108

И н е р ц и а л ь н а я п л а т ф о р м а предназначена для установки“на ней блока акселерометров.

ное вычисление координат судна, а также осуществляет коррекцию показаний акселерометров с целью исключения ложных ускорений.

На рис. 74 показана функциональная схема инерциального коор­ динатора, предназначенного для транспортных судов.

Рис. 74. Упрощенная функциональная схема инерциального координатора:

Инерциальная платформа 1 подвешена в кардановых кольцах по двум осям стабилизации, совпадающим по направлению с линиями N — S и Ost — W. Стабилизация платформы обеспечивается тремя поплавковыми гироскопами: азимутальным 2 и гироскопами горизон­ тальной стабилизации 3 и 4. Корпусы гироскопов соединены с плат­ формой.

А з и м у т а л ь н ы й г и р о с к о п и стабилизирующий привод азимутального гироскопа обеспечивают стабилизацию платформы от­ носительно плоскости меридиана наблюдателя. Стабилизирующий при­ вод азимутального гироскопа состоит из датчика сигнала 5, усилителя (на схеме не показан) и электродвигателя Д1, который через редуктор связан с платформой по вертикальной оси. При повороте платформы вокруг вертикальной оси (например, при изменении курса судна) ази­ мутальный гироскоп совершает вместе с платформой вынужденный по­ ворот вокруг входной оси, что приводит к появлению сигнального на­ пряжения в датчике сигнала. Напряжение сигнала, пропорциональное углу поворота платформы, подается на двигатель азимутального при­ вода. Двигатель начинает работать и возвращает платформу в исход-

109