Гірокомпас Вега

Курсова робота на тему:

" Гірокомпас Вега «.

Владивосток.

Однією з характерних ознак розвитку сучасної морської флоту є збільшення швидкості судов. Это поставило перед навігаційним устаткуванням складне завдання — дбати про безпеку мореплавання судів подібного типу. У вирішенні цього завдання важливе його місце займає створення гирокомпасов, які б за високої швидкості, отже, і кращої маневреності судів, виробляти істинний курс з точністю. Цьому вимозі значною мірою відповідають гирокурсоуказатели з електромагнітним управлением.

Основне відмінність гирокомпасов з електромагнітним управлінням від раніше відомих типів у тому, що мені як чутливого елемента (ЧЭ) використовується астатический гіроскоп, а надання йому компасных властивостей застосовуються датчики моментів, котрі за осях прецесії гироскопа залежно від кута відхилення його головною осі від площині горизонта.

Кут відхилення головною осі гироскопа вимірюється фізичним маятником, встановленим на камері гироскопа, але з накладывающим моментів на гіроскоп. Такий маятник (його називати індикатором горизонту) виробляє електричний сигнал, пропорційний розі відхилення головною осі гироскопа від площині горизонту. Після відповідного перетворення цей сигнал використовується для порушення датчиків момента.

У звичайних гирокомпасах вимір кута відхилення головною осі гироскопа від площині обріїв та накладення управляючих моментів на гіроскоп виконуються одним елементом — фізичним маятником, жорстко що з гироскопом чи гироскопическим ЧЭ — гиросферой. Якщо під методом управління гироскопом спосіб накладення управляючих моментів, то відмінність від класичних гирокомпасов з безпосереднім управлінням від фізичної маятника схему нового гірокомпаса, яка має фізичний маятник грає роль лише індикатора горизонту, часто називають гірокомпасом з непрямим управлінням. У цьому вся гирокомпасе ЧЭ — трехстепенной поплавковый гіроскоп, зв’язок якого із Землею здійснюється з допомогою індикатора горизонту, а накладення управляючих моментів на гіроскоп виробляється через торсіони при допомоги стежать приводів. Залежно від характеру управляючих моментів курсоуказатель може працювати у двох режимах: гірокомпаса і гироазимута — гироскопа направления.

ТТХ гірокомпаса «Вега».

«Вега» є двухрежимным корректируемым гироскопическим курсоуказателем (ЦКУ) з непрямим управлінням. Цей малий за величиною прилад зі порівняно високими точностными, параметрами вміщує роботу за умов великих інерційних возбуждений.

Подвес чутливого елемента жидкостно-терсионный. Період незатухающих коливань в розрахункової (60°) широті «150 хв. Нормальна робота ЦКУ можлива в широтах до 80° у одному з режимів: ДК (основний режим) при швидкості до 50 уз і гироазимут (допоміжний режим) до70 уз.

Точність показань ЦКУ як ДК за умов плавання в широтах менше 70° характеризується такими цифрами: похибка на нерухомому судні ± 0,5°; похибка у прямому курсі при постійної швидкості до 30 уз і хитавиці з амплітудою 2°±0,8°, з амплітудою 25° ± 1,5°, похибка при маневруванні на швидкостях до 30 уз сягає ±2°. Взагалі ЦКУ витримує вплив качки з амплітудою 45° і шастання судна зі швидкістю 12° в секунду при амплітудою шастання 30°. У режимі гироазимута допустима швидкість дрейфу ±1° за годину. Час прискореного приведення ЦКУ в меридіан 60 хв. Гранична похибка синхронної передачі ±0,1°. У неперервному зв’язку із високим робочої температурою підтримує рідини (75 °С) запроваджено електричний підігрів. Гарантійний термін роботи гироблока 10 000 год. Час безперервної роботи ЦКУ 2000 ч.

Харчування ЦКУ здійснюється від судновий мережі трифазного змінного струму (380 чи 220 У, 50 Гц).

Пристрій і принцип роботи курсоуказателя.

Принципове пристрій двухрежимного курсоуказателя з електромагнітним управлінням показано на рис. 1.1.

Гиромотор полягає у герметично запаяну сферу — поплавець 1, що складається з цих двох півсфер, з'єднаних між собою короткій циліндричною шийкою. Гиросфера вміщена на зовнішній следящую сферу 2, і з-поміж них заповнене важкої в’язкому (підтримує) рідиною 3. Щільність підтримує рідини і ваги гиросферы обрані отже при певної температурі рідини гиросфера набуває нейтральну плавучість. Робоча температура підтримується автоматично системою терморегулирования.

Гиросфера пов’язана з яка стежить сферою двома парами торсіонів, які служать для накладення на гіроскоп управляючих моментів і центрирования гиросферы щодо яка стежить сфери. Вертикальні торсіони 6 одним кінцем закріплені в корпусі яка стежить сфери, іншим — в кардановом кільці 9, вільно що охоплюватиме шийку гиросферы. Горизонтальні торсіони 11 одним кінцем прикріплено до оболонки гиросферы, а другим—к карданному кільцю гироскопа. Жорсткість на крутіння пари вертикальних торсіонів і жорсткість пари горизонтальних торсіонів розраховані належним чином, з конструктивних параметрів прибора.

Усі чотири торсиона прописані у площині, перпендикулярній осі власного обертання гироскопа, й дозволяють яка стежить сфері повертатися щодо гиросферы. навколо горизонтальних чи вертикальних торсіонів і разом із оболонкою гиросферы — навколо осі кінетичного момента.

Харчування на гиромотор і статори двухкомпонентных датчиків кута 4, розташованих по осі собственного.

обертання гироскопа на протилежних сторони гиросферы 1, подається по гнучким спіральним токоподводам 8, вільно навитым навколо торсіонів чи через самі торсионы.

Стежить сфера 2 має зовні цапфы, розташовані паралельно осі власного обертання гироскопа, з яких вона вільно підвішена на підшипниках в горизонтальному внутрішньому кільці 10 стабилизированного карданова подвеса.

Горизонтальне кільце 10 підвішено по осі, паралельної осі горизонтальних торсіонів, в вертикальному зовнішньому кільці підвісу 5, яке може повертатися навколо вертикальної осі, освіченою підшипниками, установлених у корпусі приладу. Прилад своїм підставою кріпиться до палубе.

Вертикальне кільце 5 наводиться у обертання через зубцювату передачу двигуном азимутальной стабілізації 13, встановленим у корпусі приладу. Це обертання передається на вертикальні торсіони, які накладають на гіроскоп вертикальний момент. У вертикальному кільці .5 встановлено двигун горизонтальній стабілізації 12, який через зубцювату передачу повертає горизонтальне кільце 10 навколо його осі підвісу, закручуючи горизонтальні торсноны і накладаючи в такий спосіб на гіроскоп горизонтальний момент. Стабілізація яка стежить сфери у обрії навколо осі її підвісу здійснюється зміщенням вниз центру ваги сфери щодо осі подвеса.

Двухкомпонентные індукційні датчики кута, статори яких розташовані на гиросфере 1, а знімні (роторні) обмотки закріплені на яка стежить сфері 2, виробляють напруги, пропорційні кутках неузгодженості між гиросферой і яка стежить сферою щодо вертикальних і горизонтальних торсіонів. Датчики кута включені по диференціальної схемою, що виключає похибки у вимірі кутів неузгодженості, викликані лінійними переміщеннями гиросферы щодо яка стежить сфери. Сигнали неузгодженості від датчиків кута через підсилювачі стабілізації 14, які працюють у самому приладі, надходять на відповідні двигуни, що забезпечують безперервні узгодження яка стежить сфери 2 з гиросферой /. Отже, прилад працює у режимі вільного гироскопа.

Для перетворення вільного гироскопа в гірокомпас має бути накладений на гіроскоп моменти навколо горизонтальній xx і вертикальної zz осей, пропорциольные розі відхилення головною осі гироскопа від площині горизонта.

Зв’язок гироскопа з площиною горизонту здійснюється за допомогою індикатора горизонту 7, це высокочувствительный фізичний маятник з индукционным зніманням сигналу, задемпфированный в’язкому жидкостью.

Індикатор горизонту 7 можна встановити безпосередньо на гиросфере 1 чи яка стежить сфері 2. Проте з конструктивних міркувань він установлено в яка стежить сфері отже реагує лише з відхилення осі підвісу yy яка стежить сфери від площині обріїв та виробляє напруга, пропорційне цьому відхилення. Сигнал індикатора горизонту 7 підсумовується в протифазі з сигналами датчиків кута, і цих сигналів подається через підсилювачі на двигуни стабілізації 12 чи 13.

Двигуни 12, 13 наводять у обертання следящую сферу 2 щодо горизонтальних і вертикальних торсіонів до того часу, поки сигнал індикатора горизонту 7, поданий в схему підсумовування у певному масштабі, не зрівняється з сигналом від відповідного датчика кута. Горизонтальні і вертикальні торсіони виявляться закрученими на кути, пропорційні розі відхилення головною осі гироскопа від обрію, що забезпечується схемою підсумовування сигналів. Момент, прикладываемый як наслідок горизонтальними торсионами 11 до гироскопу, аналогічний маятниковому моменту звичайних маятникових гирокомпасов. Під впливом цього історичного моменту гіроскоп прецессирует в азимуте, роблячи невщухаючі коливання близько меридиана.

Момент, прикладываемый вертикальними торсионами 6, аналогічний демпфирующему моменту маятникових гирокомпасов, під впливом якого гіроскоп прецессирует до обрію. Через війну спільної дії цих моментів гіроскоп, роблячи затухающие коливання, період, і чинник яких залежить від вибраних параметрів приладу, приходитиме в меридиан.

Для переходу від режиму гірокомпаса в режим гпроазимута варто лише відключити горизонтальний маятниковий момент, зберігши вертикальний момент, необхідний утримання осі гироскопа у площині горизонту. Практично це простим поворотом ручки перемикача режимів, встановленого в приладі. Для компенсації методичних помилок, виникаючих у показаннях приладу під час роботи в режимах гірокомпаса і гиро-азимута, в приладі є електромеханічне счетно-решающее пристрій, яке виробляє необхідні сигнали, вступники на двигуни стабилизации.

Величини коригувальних моментів, прикладываемых по обом осях гироскопа внаслідок введення сигналів в стежать системи, змінюються залежно від швидкості, курсу і широти в такий спосіб, головна вісь гироскопа утримується у бік на N як і режимі гірокомпаса, і у режимі гироазимута. Свідчення курсу, виробленого приладом, транслюються датчиками брутального насилля і точного відліку, наприклад сельсинами, пов’язані з двигуном азимутальной стабилизации.

Особливості роботи курсоуказателя як гірокомпаса. Схема управління. Щоб назвати загальну уявлення про побудову гірокомпаса з електромагнітним управлінням і пояснити найцікавіші особливості його роботи, скористаємося лише найнеобхіднішими теоретичними положениями.

Рівняння руху гірокомпаса з міським управлінням ЧЭ у вигляді торсіонів (див. мал.1) при зазвичай прийнятих упрощениях можна выражениями:

М [d (/dt-(u co (+VE /R)(+ (u sin (+VE /R tg ()] = СГ ((-(c);

(1.1).

М [d (/dt-VN /R+(u co (+VN /R)(] =-СB ((-(c);

где М — кінетичний момент гироскопа;

(— кут відхилення гироскопа від обрію в вертикальної плоскости;

(— кут відхилення гироскопа від меридіана горизонтальної площині; (з, (з — координати яка стежить сфери, отсчитываемые аналогічно координатам (і (гироскопа; (— широта місця; і — кутова швидкість обертання Землі; R — радіус Землі; VN, VE — північна і східна складові швидкості судна; ((-(з) —кут неузгодженості яка стежить сфери щодо ги-росферы навколо горизонтальних торсіонів, т. е. кут закрутки горизонтальних торсіонів, які мають жорсткістю Сг; ((-(c)—угол неузгодженості яка стежить сфери щодо гиросферы, т. е. кут закрутки вертикальних торсіонів, які мають жорсткістю Св;

Якщо кути закрутки ((—(з) і ((—(з), отже, горизонтальний Сг ((—© і вертикальний Св ((—(з) моменти, прикладываемые до гироскопу, будуть пропорційні розі відхилення головною осі гироскопа від обрію і відповідним чином підібрані за величиною й спрямуванню, то курсоуказатель працюватиме на режимі гірокомпаса. Величини та напрями моментів визначаються крутизною сигналів датчиків кута і індикатора обріїв та схемою їх суммирования.

Одна з імовірних варіантів схеми підсумовування сигналів показаний на рис. 1.2. Ця схема, у якій застосований індикатор горизонту з великою постійної часу, дозволяє здійснити таке підсумовування сигналів: k3((—(с) — k1 k2(с=0.

(1. 2) k3((-(з) — m k1 k2(с=0.

(1. 3) де k3 — крутість сигналу датчиків кута; k1 — крутість сигналу індикатора горизонту; k2 і m — масштабні коэффициенты.

Для простоти постійну постійну часу індикатора горизонту не учитываем.

Окресливши через n=k1k2/(k1k2+k3), перетворимо висловлювання (1. 2) і (1. 3) в равенства:

((—(с)=n (; ((-(c)=mn (,.

(1. 4) з яких випливає, що у вхід підсилювачів стежать систем надходить управляючий сигнал, пропорційний розі (. З іншого боку, на схемою підсумовування показано запровадження систему сигналів корекції (x і (z, про вибір яких сказано ниже.

З огляду на, що частота власних коливань стежать систем значно більше частоти власних коливань гиро-сферы, а перехідний процес у них загасає нас дуже швидко, в рівняннях руху гірокомпаса можна оперувати співвідношеннями (1.4), які враховують динаміки стежать систем. Підставляючи рівності (1.4) в висловлювання (1.1), одержимо рівняння, ідентичні рівнянням звичайного гірокомпаса з фізичною маятником.

Аналізуючи ці рівняння, знаходиться, що період власних коливань гірокомпаса визначається выражением.

Т = 2(. V H / Cг n u co (,.

(1. 5) а коефіцієнт загасання: h =Cв m n /H.

(1. 6).

Вочевидь, що величини періоду коливань і коефіцієнта за-гухания залежать тільки від кінетичного моменту гиросферы М і твердостей Сг і Св, а й від коефіцієнтів п тощо, характеризуючих масштаб моментів, прикладываемых до гироскопу, стосовно розі відхилення головною осі гироскопа від площині горизонту (. Якщо звичайному маятниковом гироскопе момент прямо пропорційний розі (, а величина його дорівнює Р1(, де Р1— максимальний маятниковий момент, то гирокомпасе з електромагнітним управлінням залежність моменту від кута (визначалася б вираженням Рln (.

Змінюючи коефіцієнт п, можна змінювати масштаб маятникового моменту, а змінюючи коефіцієнт т — масштаб демпфирующего моменту, і тим самим змінювати величину періоду незатухающих коливань і коефіцієнта затухания.

Така принципова і технічні можливості дозволяє порівняно просто вирішувати такі: прискорене приведення гірокомпаса в меридіан, навіщо необхідно зменшити період незатухающих коливань: отримання прийнятною точності курсоуказания при маневруванні, навіщо, як відомо, треба збільшити период.

Для зменшення періоду коефіцієнт n слід збільшувати, а збільшення періоду — уменьшать.

Зміна коефіцієнта п можна проводити у схемі підсумовування шляхом зміни масштабного коефіцієнта k2, спеціально введений у правове схему, оскільки коефіцієнти k1 і k3 для даної конструкції постійні. Проте за таку схему підсумовування, яка показано на мал.2, діапазон зміни коефіцієнта п обмежений. Справді, перетворюючи вираз для n до виду n=1/(k3 / k1k2+1).

(1. 7) неважко переконатися, що з збільшенні k2 величина n наближається до одиниці. Це означає, що крутість моменту може бути більше жорсткості горизонтальних торсіонів Сг, котра визначати величину найменшого періоду власних коливань гирокомпаса.

Що ж до найбільшого періоду, його величина обмежується практично значеннями обурених моментів, які виникають внаслідок статичних помилок стежать систем і нелінійності характеристик датчиків кута і індикатора горизонту. При сумірності величин цих моментів з управляючими моментами система втрачає свої якості і ГЗК стає неработоспособной.

Робота стежать систем. Для правильного функціонування гірокомпаса разом із схемою управління важливим є належна робота стежать систем, яких визначена висока точність і велика швидкодія. Ці вимоги випливають, як наслідок, із найбільш принципу роботи гірокомпаса, пристрій якого розглянуто выше.

Азимутальная зв горизонтальна стежать системи виконують у гирокомпасе дві основні функції: управління гироскопом шляхом накладення моментів через торсіони, які безупинно утримуються закрученими визначений кут; стеження гироскопом шляхом відпрацювання всіх кутових переміщень корпусу приладу, що передаються на следящую сферу, викликаючи неузгодженість між гироскопом і яка стежить сферой.

При кутових переміщеннях судна карданів подвес разом із корпусом приладу хіба що обкатується навколо гироскопа, що у режимі гірокомпаса, завдяки своїм властивостями, залишається нерухомим щодо системи координат, що з Землею, а то й брати до уваги переносного руху разом із судном.

Наявність статичних помилок в стежать системах призводить до накладенню на гіроскоп збурюючих моментів, величини яких прямо пропорційні статичної помилці і жорсткості торсіонів. Внаслідок цього у показаннях приладу виникають похибки, допустимі значення яких може бути отримані лише за дуже малих статичних помилках стежать систем.

Вплив на прилад різного роду періодичних несиметричних обурень, наприклад качки, можуть призвести до появи постійних складових в динамічних помилках стежать систем як наслідок, до додатковим погрішностям у показаннях приладу. Тому до що стежить системам гірокомпаса мають пред’являтися дуже високі требования.

Що ж до впливу власних коливань стежать систем працювати гірокомпаса, то оскільки частота цих коливань значно більше частоти власних коливань гиросферы, а перехідний процес у стежать системах за умови правильного виборі параметрів загасає нас дуже швидко, вплив коливанні стежать систем мало має сказываться.

Проте обрана для двухрежимного курсоуказателя конструктивна схема підвісу ЧЭ обумовлює взаємовпливи азимутальной і горизонтальній стежать систем за наявності нахилів яка стежить сфери навколо осі її підвісу, яка відповідає віссю кінетичного моменту гироскопа—с віссю уу (див. рис.1).

При таких наклонах, завдяки жорсткої зв’язку гиросферы зі яка стежить сферою у вигляді торсіонів, осі горизонтальних і вертикальних торсіонів будуть неузгоджені з осями докладання моментів від відповідних двигунів на певний кут (.

Спрощуючи фізику явища і до уваги дещицю кутів закрутки горизонтальних ((—(з) і вертикальних ((-(з) торсіонів, вимірюваних датчиками кута, наведеного кутів повороту осей двигунів горизонтальній ((і азимутальной ((стабілізації, зв’язок між тими кутами можна сформулювати формулами:

((—(з)=((co (+((sin ((.; ((-(з)= ((co (+((cos.

(1. 8).

Формули (1.8) характеризують взаємовпливи горизонтальній і азимутальной стежать систем при нахилі яка стежить сфери. Як свідчить аналіз, наявність перехресних зв’язків призводить до нестійкості стежать систем, а то й прийняти спеціальних заходів. Найпростішим способом, які забезпечують стійкість системи за будь-яких кутках (, є повне усунення перехресних зв’язків шляхом включення до контури стежать систем перетворювача координат. Як перетворювача координат використовується синусно-косинусный поводить трансформатор (СКВТ), який входить у ланцюга стежать систем між датчиками кута і підсилювачами по схемою, показаної на рис. 3.

Яке Надходить на вхідні обмотки перетворювача координат напруга U, пропорційне кутках закрутки відповідних торсіонів, пов’язано з наведеними кутами повороту осей двигунів такими уравнениями:

((=U (co (+ U (sin (; ((= U (co (+ U (sin (.

(1. 9) у яких напруга U (пропорційно розі ((—(з) і U (пропорційно розі ((-©.

Вирішивши рівняння (1.8) і (1.9) спільно, неважко переконатися, що співвідношень між кутами закрутки торсіонів і кутами повороту відповідних двигунів не залежить від утла нахилу яка стежить сфери, т. е. горизонтальна і азимутальная стежать системи повністю развязаны.

Швидкісна девіація. Щоб визначити положення рівноваги гірокомпаса на своєму шляху судна прямим курсом із постійною швидкістю, знайдемо приватні рішення системи уравненийи (1.1) і (1.3), вважаючи при этом.

Сгn"H (и соs (+VE /R),.

(1. 10) що легко досягається відповідним вибором параметрів: приладу. У становищі рівноваги имеем:

(*=VN /R (u cos (+VE /R) — CB m tg (/Cг;

(*з=(*- mH / Cг (u sin (+ VE tg (/R);

(1. 11).

(*=H / Cг n (u sin (+ VE tg (/R); .

(*с=H (1-n) / Cг n (u sin (+ VE tg (/R). .

Отже, ЧЭ гірокомпаса під час руху судна із постійною швидкістю входить у певне становище рівноваги, які з координатам (і (практично нічим не відрізняється від становища рівноваги одногироскопного маятникового гірокомпаса з демпфированием у вигляді моменту, спрямованого по вертикальної осі гироскопа, як це робиться, наприклад, в маятникових гирокомпасах «Сперри».

Справді, відхилення гироскопа в азимуте (* складається з швидкісної девіації, обумовленою наведених вище вираженням (перший член у формулі для (*), й дуже званої широтной девіації (другий член тієї ж формули). При швидкості корабля близько 60 вузлів в широтах 70—80° значення швидкісної і широтной девиаций досягатимуть настільки великих величин, що й компенсація відомими методами стає практично невозможной.

З огляду на, що значення курсу в двухрежимном гирокомпасе через її конструктивних особливостей можна знімати лише з картушки (чи датчика), пов’язану зі яка стежить сферою, т. е. з координування (з, як компенсація швидкісної і широтной девиаций можна використовувати метод, сутність якого зводиться до следующему.

Коли входи підсилювачів стежать систем разом із сигналами від датчика кута подати певні сигнали корекції аналогічна тій, як і робиться з сигналом індикатора горизонту, чи до гироскопу по обом осях стабілізації будуть прикладені відповідні коригувальні моменти. У цьому вся разі вираження (1.4) можна записать:

((—(с)=n (+(x; ((-(c)=m n (+(z .

(1. 12) где (x і (z; — сигнали корекції, є функціями широти і між швидкості судна.

Для перебування цих функцій скористаємося системою чотирьох рівнянь (1.1) і (1.12), куди входить шість невідомих функцій (,(з ,(,(з ,(x ,(z —дві їх можно-задать произвольно.

Для отримання від гірокомпаса істинного курсу задамося такими довільними значеннями координат (c і (вагітною равновесия:

(з =0; (*=0.

(1. 13).

Це умова означає, що у становищі рівноваги нуль яка стежить сфери буде зацікавлений у площині меридіана, а вісь кінетичного моменту гироскопа — в площині горизонта.

Приватні рішення системи рівнянь (1.1), (1.12) з урахуванням умови (1.13) дають формули сигналів коррекции:

(z = VN / (R u co (+VE +CвR /H); (x = H /Cг (u sin (+VE tg (/R),.

(1. 14) і висловлення для становища рівноваги стосовно інших координатам будут:

(* = VN / (R u co (+VE +CвR /H) ;

(1. 15).

(* = - H /Cг (u sin (+VE tg (/R),.

(1. 16).

Отже, при введення в схему управління сигналів корекції (z і (x, визначених висловлюваннями (1.14), зі свідчень гірокомпаса повністю виключаються швидкісна і широтная девіації. З іншого боку, величина відхилення осі кінетичного моменту гироскопа від меридіана (*, обумовлена формулою (1.15), різко зменшується порівняно з швидкісної девіацією, мала місце до введення корекції, і за швидкості порядку 60 вузлів у широті 70° досягають 0°, 2.

Зменшення швидкісної девіації гиросферы (* зумовлено накладенням вертикального коригувального моменту (z.

Балістичні девіації. Природа балістичних девиаций курсоуказателя в режимі гірокомпаса у принципі той самий, як і в звичайних маятникових гирокомпасов. Різниця в тому, що які під час маневрування прискорення не обурюють гіроскоп, оскільки вона астатический й володіє нейтральній плавучістю, а впливають на індикатор горизонту, який за цьому виробляє додатковий сигнал, пропорційний величині dVN /g dt, т. е. пропорційний північної складової ускорения.

Цей сигнал викликає відповідне закручування горизонтальних і вертикальних торсіонів, що буде тривати протягом усього часу дії прискорення, і цього призведе до відхилення гиросферы від становища рівноваги, у якому вона на початок маневрування. Після закінчення дії прискорення гиросфера, роблячи затухающие коливання, почне приходити до свого становищу равновесия.

Аналогічно тому, як це робиться для звичайного маятникового гірокомпаса, можна й для двухрежимного гірокомпаса знайти умова апериодического переходу до нового становище рівноваги чи «умова невозмущаемости».

Дослідження свідчать, що на відміну від маятникового гірокомпаса апериодический перехід гірокомпаса з електромагнітним управлінням у нове становище рівноваги теоретично можна отримати роботу за значення періоду незатухающих коливань, відмінному від періоду Шулера, що як відомо, дорівнює 84,4 мин.

Його розмір наближено, не враховуючи власної швидкості судна, визначається наступним соотношением:

Ta=84,4 V (H u co (+Cв) /H u cos (.

(1. 17).

и їх може становити кілька сотень минут.

Ця особливість двухрежимного гірокомпаса з торсионно-жидкостным підвісом ЧЭ пояснюється лише тим, що на відміну від гирокомпасов на гіроскоп з допомогою пружною зв’язки у час маневрування накладаються коригувальні моменти по вертикальної оси.

У гирокомпасах подібного типу, де швидкісна девіація компенсується накладенням моменту, чинного по вертикальної осі гироскопа, виняток балістичних девиаций шляхом настройки схеми управління на величину періоду, відповідального умові невозмущаемости, важко выполнимо.

Один із причин, утрудняють реалізацію знайденого умови, залежить від тому, що з отримання великих періодів до гироскопу повинні прикладатися дуже малі управляючі моменти, величини котрих значно менша чи порівнянні з виникаючими моментами, мають місце через статичних помилок стежать систем і нелінійності їх звеньев.

У гирокомпасе з електромагнітним управлінням використаний простіший спосіб усунення балістичних девиаций. І тому маятник індикатора горизонту сильно задемпфирован, а кути його відхилення від рівноважного становища обмежені спеціальними упорами до відносно малій величини. З іншого боку, щоб знизити швидкість балістичного переміщення гироскопа за термін дії прискорення, період незатухающих коливань у робочому режимі гірокомпаса вибирається великим — до 120—180 мин.

Можливе ще одне простий і, очевидно, ефективніший спосіб усунення балістичних девиаций.

Якщо індикаторі горизонту передбачити пристрій, яке автоматично відключало б сигнал індикатора горизонту від схеми управління гироскопом, коли маятник під впливом прискорення сягає однієї з упорів, то гіроскоп замість прецессирования з малої швидкістю під час дії прискорення стає вільним. Очікується, у цьому разі відхилення гироскопа під час маневрування буде меншим, аніж за першому способі компенсації. Слід зазначити, що у обох випадках при маневруванні коригувальні моменти залишаються прикладеними до гироскопу.

Ефективним способом усунення балістичних девиаций для гирокомпасов з електромагнітним управлінням є спосіб компенсації сили інерції, воздействующей на маятник індикатора горизонту за наявності лінійних ускорений.

Вислів повної сили, що має бути прикладена до маятникові індикатора горизонту як компенсація балістичних девиаций гірокомпаса, створюваних зміною швидкості і курсу, можна записати в виде.

F = mм ((dV /dt) cosK + V (dK /dt)sink (,.

(1. 18) де Fсила; mм -маса маятника;

K -курс;

V -швидкість судна.

Як устрою як компенсація сили інерції, діючої на маятник, в індикаторі горизонту можна встановити електромагнітний датчик моменту, який подається сигнал,. пропорційний силі F.

Можна уявити схему електромеханічного приладу, вирішального залежність (1.18) і який виробляє потрібний сигнал по автоматично вводимым значенням швидкості і курса.

Щоб не ускладнювати конструкцію індикатора горизонту, можна отриманий сигнал корекції підсумовувати в протифазі з сигналом, снимаемым з індикатора горизонту, попередньо" пропустивши сигнал корекції через фільтр із постійною часу,. рівної постійної часу індикатора горизонту. Таке рішення найдоцільніше для описуваної схемы.

Наведений спосіб компенсації балістичних девиаций краще, ніж настроювання незатухающих коливань гірокомпаса на період невозмущаемости за такими соображениям.

Теоретично таку корекцію можна здійснити нічого для будь-якого типу маневрування судна незалежно від швидкості. У цьому період незатухающих коливань може бути обраний у принципі будь-яким, та, крім того, немає необхідності змінювати параметри гірокомпаса залежно від широти. Описаний спосіб компенсації дозволяє цілком компенсувати балістичні девіації, зокрема і девиацию загасання без вимикання демпфирования тимчасово маневра.

Интеркардинальная девіація. При русі судна за умов качки стежить сфера гірокомпаса розгойдується вокруг-своей осі підвісу в такт з качкою під впливом складової прискорення у площині Е—W.

Складова прискорення у площині N—S, впливаюча на маятник яка стежить сфери, змінюючи свій напрям синхронно-с качкою, створює вертикальний момент, аналогічна тій як пересічних маятникових компасов, та на відміну від них гирокомпасе з електромагнітним управлінням народних обранців сам не викликає интеркардинальной девиации.

Інерційні моменти, які діють следящую сферу під час качки, наводять тільки в додатковим динамічним навантажень на двигуни азимутальной і горизонтальній стежать систем, але з дають істотних помилок у показаннях гірокомпаса. Основною причиною, визначальна поява интеркардинальной девіації у гірокомпаса з непрямим управлінням, у тому, що складова прискорення у площині N—S діє і маятник індикатора горизонту. Вона викликає поява сигналу, пропорційного прискоренню і змінює знак в такт з качкою. Цей сигнал надходить на двигуни, які докладають до гироскопу через торсіони знакопеременные моменти. Оскільки одночасно відбувається гойдання яка стежить сфери, осі двигунів рассогласовываются з осями відповідних торсіонів на кут, приблизно рівний амплітудою качки. У результаті, коли сигнал від індикатора горизонту надходить на двигуни, моменти, прикладываемые до гироскопу торсионами, створюють дві складові — горизонтальну і вертикальную.

Оскільки горизонтальні торсіони мають жорсткість, в багато разів велику, ніж вертикальні, то вертикальна складова моментів від горизонтальних торсіонів по абсолютну величину значно перевищує інші вертикальні моменти. Вона ж утворює постійний вертикальний момент, викликає ин-геркардинальную девиацию гірокомпаса па хитавиці. Як бачимо, механіка появи интеркардинальной девіації у гирокомпасов з електромагнітним управлінням інша, ніж в звичайних маятникових гирокомпасов, але схема освіти постійного вертикального моменту при хитавиці по суті одинакова.

Величина интеркардинальной девіації, закон його зміни і залежність від параметрів гірокомпаса і качки для гірокомпаса з електромагнітним Управління принципі залишаються так само, як й у одногироскопных маятникових компасов.

З відомих способів компенсації интеркардинальной девіації для гірокомпаса з електромагнітним управлінням найбільш раціональним виявилося застосування індикатора горизонту із дуже демпфированным маятником.

Введення у чутливий маятниковий елемент грузького тертя дозволяє здійснити зрушення за фазою, близька до 90°, між чинним прискоренням і моментом, прикладываемым до гироскопу, у результаті ефект впливу качки на гірокомпас зводиться до минимуму.

Рівняння руху такого індикатора горизонту при вплив нею горизонтального прискорення для малих кутів можна. записати як тм l2 («+з ('+mм g l (= mм l a.

(1. 19) де mм — маси маятника; l — довжина маятника; (— кут відхилення маятника від вертикалі; з — коефіцієнт демпфирования; а — горизонтальне лінійне прискорення качки. Передатну функцію індикатора горизонту, рух якого описується рівнянням (1.19), можна выражением.

W (p)= ((p)/a (p)=1 / Tм2 p2 +(p + 1 ,.

(1. 20) де Tм=(l / g); (= з/ mм g l —постійні часу індикатора горизонта.

Практично величина Tм в багато разів менше періоду качки. Тому запровадивши в індикатор горизонту сильне зменшення, правомірно знехтувати членом передавальної функції, що містить р2. Тоді коефіцієнт ослаблення амплітуди коливань маятника проти амплітудою коливань динамічної вертикалі буде наближено визначатися формулою k =1 /((2 (2 +1)1/ 2.

(1. 21).

Наприклад, для індикатора горизонту із постійною часу (=60 сек при хитавиці із частотою ((= 1,2 «/сік) ослаблення вихідного сигналу, зйомок з індикатора горизонту, становитиме близько 72. Якщо ще і зрушення фази між коливаннями маятника і нині діючим прискоренням, то зменшення вихідного сигналу, отже, і интеркардинальной девіації гірокомпаса виявиться більш значительным.

Вплив індикатора горизонту з великою постійної часу за власні коливання гірокомпаса обмаль, бо постійна часу становить менш 1% від величини періоду коливань гирокомпаса.

Поведінка гірокомпаса з електромагнітним управлінням на хитавиці відрізняється від маятникових компасов однієї істотною особливістю. У цьому вся гирокомпасе, крім постійної складової по вертикальної осі від моментів, викликаних сигналами індикатора горизонту, при хитавиці з’являється стала складова ту вісь від знакопеременных моментів, накладених гиросферу горизонтальними торсионами внаслідок динамічних помилок стежать систем. Ця похибка, має четвертний характер, залежить від жорсткості горизонтальних торсіонів і за великих динамічних помилках її величина може сягнути істотного значения.

Інша особливість залежить від характері карданной помилки гірокомпаса. Ця помилка викликана тим, що у аналізованої конструкції одногироскопного курсоуказателя карданів подвес ЧЭ забезпечує зняття відліку курсу в площині палуби, а чи не у площині горизонта.

Величина карданной помилки визначається формулой.

(K = До. — arctg [tg (Кг co (/sin () — sin (tg (] ,.

(1. 22) де Кг — курс горизонтальної площині; (— кут крену (бортовий качки); (— кут дифферента (кільовий качки).

Карданна помилка при дотриманні судна курсами 0, 90, 180 і 270° дорівнює нулю і становить максимуму на проміжних курсах 45, 135, 225 і 315°. Попри те що, що навіть за симетричній хитавиці виникає стала карданна помилка, практично під час використання курсоуказателя з метою судноводіння нею можна знехтувати. За правильної бортовий хитавиці з амплітудою удесятеро° та дотриманні проміжними курсами середній розмір карданной помилки вбирається у 0°, 3.

Робота курсоуказателя як гироазимута.

Робота курсоуказателя як гироазимута необхідно, щоб вісь кінетичного моменту гиросферы трималася в обрії, а, по обом осях прецесії гиросферы було докладено коригувальні моменти як компенсація відхилення гиросферы з допомогою добового обертання Землі та власного руху об'єкта. У гирокурсоуказателе з електромагнітним управлінням для здійснення режиму гироазимута досить відключити маятниковий момент, пропорційний сигналу індикатора горизонту, на горизонтальній осі прецесії гиросферы, зберігши у своїй демпфирующий момент від індикатора горизонту на вертикальної осі для утримання головною осі гироскопа в обрії. Слід також зберегти коригувальні моменти по обом осях прецесії. І тут рівності (1.12), що визначають залежності моментів від сигналів управління і корекції, примут.

((-(з) = (x; ((-(з) = m n (+ (z.

(1. 23).

Вважаючи, що коригувальні сигнали (x і (z визначаються, як й раніше, формулами (1.14) і, підставляючи висловлювання (1.23) в рівняння (1.1), знайдемо приватні рішення системи (1.1) і (1.3) в виде:

(* = VN / (Ru co (+VE + CB R / H); (c*=0;

.

(c*=H (u sin (+ VE tg (/ R); (*=0.

(1. 24).

Формули (1.24), що визначають становище рівноваги ЧЭ приладу як гироазимута, тотожні формулам (1.15), визначальним становище рівноваги ЧЭ як гірокомпаса. Це свідчить про тому, що з русі об'єкта в останній момент переходу із режиму гірокомпаса в режим гироазимута ЧЭ ніяких обурень не отримує ще й залишається у колишньому становищі, що він обіймав, працюючи як гірокомпаса. Отже, як гироазимута курсоуказатель зберігає напрям меридіана, вироблена як гірокомпаса, природно, з накапливающейся у часу помилкою, що визначається властивою даному гироскопу швидкістю дрейфа.

При зворотному перехід з режиму гироазимута в режим гірокомпаса курсоуказатель в початковий момент матиме деяку девиацию, оскільки під час роботи у режимі гнроазимута гіроскоп внаслідок власного догляду відхилиться від меридіана. Потім, роблячи затухающие коливання, гірокомпас ввійде у становище равновесия.

Слід зарахувати до гідностям курсоуказателя з електромагнітним управлінням та обставина, що з перехід з одного режиму на інший непотрібен змінювати коригувальні сигнали, тим паче, завдяки введення в схему управління такого виду корекції ЧЭ розташовано неподалік меридіана практично в обох режимах роботи прибора.

Основний похибкою гироазимута є власний дрейф гироскопа. Гирокурсоуказатель з непрямим управлінням дозволяє зменшувати цю похибка теоретично до величини нестабільності швидкості догляду гироскопа. І тому досить вводити на схему управління сигнал, напруга якого пропорційно постійної складової швидкості догляду гироскопа, і підсумувати з сигналом датчиків кута гироскопа в відповідних масштабі і фазі як це робиться при введення коригувальних сигналів. Внаслідок цього до гироскопу по горизонтальній осі прецесії виявиться докладеним момент, який скомпенсирует постійну складову швидкості догляду гироскопа.

При вплив на курсоуказатель, працював у режимі гироазимута, прискорень качки, гироазимут має додатковий систематичний те що. Цей те що виникає через появу постійної складової моменту по горизонтальній осі прецесії гироскопа. Знакопеременные сигнали індикатора горизонту викликають змінюваний в такт хитавиці момент, накладываемый торсионами на гиросферу навколо її вертикальної осі. Завдяки одночасному розгойдуванню яка стежить сфери у такт хитавиці навколо осі її підвісу (по розі () проекція знакопеременного моменту дає постійне складову на горизонтальну вісь прецесії, що й викликає систематичний те що гироазимута на качке.

Аналіз чинників, які впливають цю похибка гироазимута, показує, що заходи, прийняті зменшення похибки гірокомпаса на хитавиці, саме, застосування індикатора горизонту з великою постійної часу й гідравлічного демпфера на осі підвісу яка стежить сфери, істотно зменшують похибка гироазимута на качке.

Що ж до впливу прискорень від маневрування на нестабільність догляду гироазимута, то теоретично воно залежить від часу дії прискорень і мало за величиною. Практично через ті ж технічних рішень, які компенсують вплив прискорень на хитавиці, цей вплив немає істотного значения.

З стислого аналізу викладеного принципу дії двухрежимного курсоуказателя з електромагнітним управлінням можна зробити деякі висновки щодо його переваг перед звичайними маятниковыми гирокомпасами: конструкція торсионно-жидкостного підвісу ЧЭ, що робить собою астатический поплавковый гіроскоп, забезпечує гидростатическую розвантаження підвісу і відсутність сухого тертя у його вісях, що зменшує обурення, викликані силами інерції; електрична схема управління параметрами гірокомпаса (періодом, ступенем демпфирования) і режимами роботи приладу дозволяє, переключаючи електричні ланцюга, змінювати параметри гірокомпаса і режими роботи у залежність від умов плавання і експлуатаційні вимоги; в гирокомпасе з допомогою електричної схемою управління порівняно простими засобами забезпечується повна компенсація швидкісної девіації для великих швидкостей руху судна за умови входження у прилад даних швидкості і широти з достатньої точністю. У цьому методі компенсації швидкісної девіації істотно, що сама гіроскоп майже всі час залишається в меридіані; електрична схема управління створює практичну можливість повної компенсації балістичних девиаций гірокомпаса пр-и маневруванні судна. І тому можна використовувати індикатор горизонту з коррекционньш датчиком моменту і нескладний електромеханічний прилад, вырабатывающий потрібний сигнал корекції. При зазначеному способі компенсації балістичних девиаций не потрібно змінювати параметри гірокомпаса залежно від широти і між вимикати зменшення тимчасово дії прискорень; конструкція і схема двухрежимного гироскопического курсоуказателя забезпечує його як гірокомпаса чи гироазимута, соціальній та режимі гиромагнитного компаса. Це розширює сферу застосування приладів такого типа.

Основний прилад ВГ-1А.

Функцію гироскопического покажчика меридіана виконує прилад ВГ-1А (рис. 4). У корпусі прямокутної форми 6 зі сферичним ковпаком 5 розміщені трехстепенный поплавковый гироблок (ТПГ), елементи стежать систем стабілізації, деталі схем терморегулювання та управління. ТПГ виконаний у вигляді герметичною камери (яка стежить сфери), заповненою спеціальної в’язкому рідиною (рис. 5). У цьому камеру зі допомогою вертикальних і горизонтальних тор-сионов підвішений поплавець з гиромотором. На гироблоке лінією N—3 встановлено ротори індукційних датчиків кутів / (ДУ) неузгодженості гиросферы зі яка стежить сферою (статори ДУ перебувають у гиросфере). Згори і знизу на камері в кільцевих пазах 2 встановлено додаткові обігрівачі для інтенсивного розігріву рідини під час пуску компаса. Їх включенням управляє термореле 4 (Т/—003). На кронштейнах до кришці гироблока пристосовані штепсельні рознімання 5 на шляху подання харчування на гироблок і зняття інформації з датчиків кутів. Знизу до камери підвішений вантаж 6 щоб надати маятниковости гироблоку в кардановом підвісі. Гироблок чотирма припливами 3 з отворами для кріпильних гвинтів вкладається на установочное кільце. Із західної сторони камери на установочном кільці перебуває індикатор горизонту (ІГ), з северной—пузырьковый рівень для візуального контроля за балансуванням установочного кільця при складанні (рівень перебуває під ковпаком). На двох цапфах, паралельних головною осі гироблока, установочное кільце входить у підшипники на внутрішньому кардановом кільці 6 (рис. 8). Для гасіння коливань гироблока щодо осі підвісу установочного кільця передбачено дисковий масляний демпфер.

З південної боку на місці кріплення цапфы в кардановом підвісі вмонтовано плаский обертався трансформатор (ПТ-003). Статор його нерухомий, а роторна обмотка пов’язані з цапфой і повертається із нею. Цей обертався трансформатор називають координатным перетворювачем. Його включення до схему викликано тим, що з повороті гироблока навколо осі XX на кут ^ під впливом зовнішніх збурюючих наснаги в реалізації в зв’язку зі маятниковостью гироблока і відсутність стабілізації щодо головною осі відбувається взаємовпливи горизонтной і азимутальной стежать систем (принцип роботи стежать систем розглянутий в § 18). Справді, коли гироблока з стрімкого становища моменти Ьгс і Ьтс, створювані торсионами, виявляються поверненими у площині У02. на кут Про. У разі горизонтальний і вертикальний моменти складатимуться із суми проекцій зазначених моментів на ці осі. Через війну нормальна величина коригувальних моментів спотворюється й у показаннях приладу виникають похибки. Щоб не допустити взаємовпливу стежать систем в схему управління подаються відповідні сигнали, котрі знімаються з ротора перетворювача координат.

Внутрішнє карданово кільце 6 з гироблоком з допомогою цапф і підшипників вкладається на зовнішнє карданово кільце, виконане вигляді виделки 7, вісь якої встановлена у подшипнике виходячи з 10 і може розгортатися навколо осі 2.2. на 360°. Згори до вилці кріпиться шкала курсів 8 з ціною розподілу 1°. .

Вісь виделки через редуктор пов’язані з азимутальным двигуном яка стежить системи стабілізації / і двома синусно-коси-нусными обертовими трансформаторами 2 і одинадцять (СКВТ), включеними в схему трансляції курсу (на транспортних і промислових судах задіяний лише одне СКВТ). На вісь виделки насаджений токосъемник 13 з срібними кільцями і сталевими щітками, закрываемый пластмасової кришкою. На горизонтальному (внутрішньому) кардановом кільці укріплений зубцюватий сектор, який у вигляді механічної передачі пов’язані з горизонтным двигуном яка стежить системи ста билизации, встановленим у частині виделки. При обертанні цього двигуна камера гироблока розгортається навколо осі УУ.

Робоча температура (75 °З) в приладі підтримується кільцевим нагревателем 5, прикріпленим до підставі чотирма прилавками 9. Керує його роботою термореле 3 (7У002), розташоване виходячи з 10. Поруч встановлено біметалевий термодатчик 4 (ГгООО), до складу якого аварійну сигнальну систему під час досягнення температурою рідини верхньої межі (80°С).

З розташовані три штепсельних розняття (два із боку носа). Робота з гиросекцией поза корпусу приладу встановлено чотири опорні ніжки 12. Гиросекция своїм підставою входить у корпус прибора.

Верхня частина ковпака 5 зроблена з органічного скла, полярна шапка зафарбована зсередини, залишено прозорою лише кільцева смужка навпаки курсової шкали 3 (рис.65). Курсова черта—красная смужка 4—нанесена на прозорому кільці із боку корми. Колпак привинчивается до корпусу приладу чотирма невыпадающими гвинтами 7.

У корпусі 6 встановлено підсилювачі стежать систем: зліва азимутальний 2, справа горизонтный, поруч із підсилювачами під квадратними кришками розміщені реле схеми управління 1 (зліва) і регулятори «дрейф» і «поправка». На верхньої панелі 12 розташовані чотири світлових табло: «пуск», «підготовка», «гірокомпас» і «гироазимут»; на передней—переключатель 9 («подготовка"—"работа"} і ручка 8 регулювання «швидкості приведення» (прискореного в меридиан).

На задній стінці є три «штепсельних розняття, їх верхній призначений для підключення контрольних приладів при регулюванню приладів, через нижні здійснюється зв’язок основного приладу з другими.

Корпус приладу на чотирьох амортизаторах кріпиться до настановної плиті 11с трьома овальними отворами для кріпильних шпильок (дві з задньої сторони, і одне з передній), тому плиту (разом із корпусом) можна повертати в межах ±5° усунення постійної поправки у показаннях гірокомпаса. Для контролю над кутом розвороту приладу на настановної плиті з задньої боку нанесена шкала 10 з ціною розподілу 0,5°.