Гак вега уравнение движения на неподвижном основании

Исследование основных свойств гирокомпаса «Вега»

Страницы работы

Содержание работы

Гирокомпас «Вега» по сравнению с «классическим» гироком­пасом «Курс» имеет следующие отличительные особенности:

небольшие габариты, позволяющие устанавливать гирокомпас на малых судах;

наличие двух режимов работы: гирокомпас (ГК); гироазимут (ГА). Режим гироазимута дает возможность использовать прибор в высоких широтах и на быстроходных судах;

использование астатического гироскопа с косвенным методом управления от индикатора горизонта (ИГ), позволяющего снизить погрешности гирокомпаса при маневрировании (в ГК «Курс» при­меняется гироскоп с пониженным центром тяжести);

наличие схемы коррекции, исключающей скоростную и широт­
ную погрешности чувствительного элемента (ЧЭ) (в ГК «Курс»
имеется корректор, но он исключает скоростную девиацию только
из показаний репитеров); .

применение торсионно-жидкостного подвеса ЧЭ, обеспечивающе­го центровку гиросферы и дающего возможность налагать на ЧЭ управляющие и корректирующие моменты;

отсутствие системы принудительного охлаждения. Вместо охлаждения осуществляется нагревание гироблока с автоматичес­ким терморегулированием;

возможность быстрой замены гироблока без его разборки бла­годаря более совершенной конструкции (в Г К «Курс» для заме­ны чувствительного элемента требуется полная разборка основно-го прибора).

Для судов морского флота ГК «Вега» выпускается в следу щей комплектации:

основной прибор (прибор ВГ-1); прибор питания (прибор ВГ-2); штурманский пульт (прибор

репитер (приборы 19 и 38);

курсограф (прибор 23);

преобразователь (АМГ-200) с
магнитным пускателем.

Прибор ВГ-1 (рис. 1) является основным, так как в нем находится чувствительный элемент гирокомпа­са (гиросфера). Этот прибор реали­зует основное свойство гирокомпа­са — устанавливаться своей глав­ной осью по направлению истинно- i го меридиана. На лицевой панели

прибора имеются: переключатель 2 режимов электрических цепей на два положенния «Подготовка» и «Работа» и рукоятка 3 для ус­коренного приведения гирокомпаса в меридиан. Шкала 1 предназ­начена для непосредственного отсчета курса судна.

Прибор ВГ-2 предназначен для питания электрической схемы гирокомпаса. В нем находятся: трансформаторы, выпрямители, реле, предохранители. На лицевой панели (рис. 2) размещены кнопки 7 и 8 для пуска и остановки преобразователя, вольтметр 5 и переключатель 6 для проверки напряжения трехфазного тока в цепи питания гиромотора; счетчик 4 суммарного времени рабо­ты гирокомпаса; сигнальные табло 1, 2, 3, показывающие наличие тока в основных цепях («Агрегат», «Гирокомпас», «Система»).

Прибор ВГ-3 является штурманским пультом и трансляцион­ным прибором гирокомпаса. В нем размещены узлы репитерной передачи и системы коррекции. На передней части прибора (рис. 3) находятся: репитер курса 5; указатель скорости 6; шкала широты 7; рукоятки 8 и 9 для установки скорости и широты; пе­реключатель 10 режимов работы («Гирокомпас»—«Гироазимут»); сигнальные табло 3 и 4, показывающие режим работы («Гиро­компас», «Гироазимут»); сигнальное табло 2 «Подготовка» (горит только на начальной стадии работы гирокомпаса и гаснет при переводе схемы в режим «Работа»); контрольное табло 1 «От­клонение температуры» (загорается при перегреве основного при­бора).

Приборы 19 и 38 (репитеры), 23 (курсограф), АМГ-200 (аг­регат питания) являются унифицированными и используются в ги­рокомпасах других типов. Репитеры служат для дистанционного курсоуказания и пеленгования; курсограф — для записи курса судна; агрегат питания — для преобразования судового трехфаз­ного тока стандартной частоты (50 Гц) в трехфазный ток повы­шенной частоты (500 Гц).

Приборы ВГ-1, ВГ-2 и АМГ-200, как правило, устанавливают в отдельном помещении, специально предназначенном для гиро­компаса. Это помещение должно быть как можно ближе к центру тяжести судна.

Приборы ВГ-3, 23 и 38 устанавливаются в штурманской рубке; прибор 19 (репитер для пеленгования) —- на крыльях мостика.

Работа гирокомпаса в режиме гироазимута

Корректируемый гирокомпас в основном режиме управляется от индикатора горизонта. При маневрировании, особенно в высо­ких широтах и на больших скоростях, сигнал от ИГ будет иметь ошибку, вызываемую действием сил инерции на индикатор гори­зонта. В результате этого у гирокомпаса при маневрировании по­является инерционная девиация. Для уменьшения инерционной девиации в ГК «Вега» приняты следующие конструктивные меры.

1. Сделаны упоры (с регулировкой), ограничивающие угол отклонения маятника ИГ (не более ± 1°). Отклонение маятника на 1гр соответствует ускорению 0,33 уз/с. При любом большем ус­корении сигнал, снимаемый с ИГ, не превышает номинала.

2. Маятник ИГ сильно задемпфирован вязкой жидкостью, по­этому он практически не реагирует на кратковременные ускорения при резком маневре.

3. Период собственных колебаний ГК «Вега» по сравнению с ГК «Курс» увеличен в 2 раза. Это снижает погрешность при ма­неврировании также примерно в 2 раза. Несмотря на принятые конструктивные меры, у ГК «Вега» при маневрировании все же возникает инерционная девиация Для предотвращения ее появления предусмотрен второй режим работы прибора — режим гироазимута. В этом режиме из схемы управ­ления исключается сигнал ИГ, создающий «маятниковый» момент

Для перехода в режим гироазимута в схеме имеется переклю­чатель 14 (см. рис. 5). В режиме гироазимута чувствительный элемент (гиросфера) не обладает направляющим моментом, так как нет связи с ИГ, прибор становится нечувствительным к уско­рениям при маневрировании и у него не появляется инерционная девиация. Но отсутствие направляющего момента вызывает не­прерывный дрейф гиросферы, поэтому долго пользоваться таким курсоуказателем нельзя — у него накапливается все увеличиваю­щаяся погрешность.

Из-за неполной сбалансированности гиросферы, а также из-за неточной корректуры по широте и скорости у гирокомпаса появля­ется некоторая погрешность.

В режиме гироазимута — это дрейф гиросферы, т. е. ошибка, непрерывно увеличивается со временем.

В режиме гирокомпаса — это постоянная погрешность.

Для уменьшения ошибок в схему коррекции вводятся допол­нительные электрические сигналы с помощью переменных резис­торов «Дрейф» (1R14) и «Поправка» (1R19) (расположены в ос­новном приборе ВГ-1).

Этими сигналами создается дополнительная закрутка горизон­тальных и вертикальных торсионов на углы ф_у и ф_z, т. е. вводятся дополнительные моменты, которые вызывают прецессию гиросфе­ры по азимуту и горизонту в сторону уменьшения погрешностей.

Регулятор «Дрейф» вырабатывает сигнал U₆ торый обеспечивает дополнительную закрутку горизонтальных торсионов на угол ф_у, т. е. создает дополнительный момент L_удоп = Суфу.

При этом уменьшается дрейф гиросферы в режиме гироазимут.

УДК Гироазимуткомпас Вега : Учеб. пособ. Владивосток: ДВГМА, с. Описано устройство и работа гироазимуткомпаса в различных услови

Екатерина Кобякова 5 лет назад Просмотров:

1 Федеральная служба морского флота Дальневосточная государственная морская академия Гироазимуткомпас Вега Владивосток 1997

2 УДК Гироазимуткомпас Вега : Учеб. пособ. Владивосток: ДВГМА, с. Описано устройство и работа гироазимуткомпаса в различных условиях эксплуатации. Предназначено для курсантов судоводительской специальности, прослушавших курс прикладной теории гироскопа и изучивших теоретические принципы построения гирокомпасов с непосредственным управлением и гироазимутов. Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим центром (УМО) в качестве учебного пособия для курсантов судоводительских факультетов вузов. Рецензенты: Жидков Э.М. Сидорко С.П. c, 1997

3 Оглавление Введение 7 1. Принцип работы Следящая система Незатухающие колебания гирокомпаса Затухающие колебания гиросферы Коррекция гирокомпаса. Режим ГА Уравнения движения чувствительного элемента гирокомпаса без коррекции (неподвижное основание) Индикатор горизонта Уравнения движения чувствительного элемента Гирокомпас на судне, движущемся стационарно. Коррекция гирокомпаса Коррекция гирокомпаса Период незатухающих колебаний Устойчивость чувствительного элемента в меридиане Режим гироазимута Влияние вредных моментов на точность работы ГАК Устранение постоянной поправки гирокомпаса Влияние погрешностей входной информации

4 Гироазимуткомпас Вега 6 6. Гироазимуткомпас на маневрирующем судне. Инерционная девиация ГАК Инерционная девиация ГАК Характер движения ЧЭ Способы снижения инерционной девиации Влияние инерционной девиации на точность счисления Девиация корректируемого гирокомпаса на качке Качка судна от волн, идущих в направлении главных румбов Интеркардинальная девиация Список литературы 81

5 Введение Бурное развитие навигационных приборов в настоящее время позволило значительно повысить безопасность плавания и точность судовождения морских судов. Особенно значительный вклад в решение этих проблем вносят спутниковые навигационные системы. Однако данные системы решают в основном задачи коррекции координат места судна. Задачу курсоуказания продолжает решать гирокомпас, поэтому он был и остается одним из важнейших электронавигационных приборов. В течение многих лет на судах успешно использовались гирокомпасы с непосредственным управлением типа Курс и Амур. С повышением интенсивности судоходства, при плавании в высоких широтах, с появлением высокоскоростных судов возникла потребность в гироскопических курсоуказателях, способных обеспечить решение задач в новых условиях. Были созданы гирокурсоуказатели нового типа. Они могут работать в режимах гирокомпаса и гироазимута, что значительно расширяет диапазон возможностей их использования. Это определило название данных приборов гироазимуткомпас. В технической литературе их называют также двухрежимными гирокурсоуказателями (ГКУ). Благодаря наличию режима гироазимута данные приборы обеспечили первое и пока единственное плавание надводного судна к северному полюсу. Имеется в виду знаменитый рейс атомного ледокола Арктика, выполненный им в 1977 году под командованием капитана Ю.С. Кучиева. Важнейшей отличительной особеностью ГАК является то, что в нем применен астатический гироскоп, связь которого с Землей осуществляется с помощью индикатора горизонта. Данное обстоятельство и обусловило дополнительное название прибора гирокомпас с косвенным управлением. Одной из главных задач, стоящих в настоящее время перед судовождением, является задача обеспечения безопасности мореплавания. Ее решение в большой степени зависит от точности работы навигационных

6 Гироазимуткомпас Вега 8 приборов. Гироазимуткомпас превосходит по этому показателю упоминавшиеся типы гирокомпасов, особенно при плавании в условиях качки или интенсивного маневрирования судна. Даже краткое перечисление технических решений позволяет сделать вывод о сложности устройства и принципа действия данного прибора. В настоящем пособии сделана попытка упростить объяснение физических процессов, происходящих в гироазимуткомпасе во время работы в различных условиях плавания судна. В главе 1 дано краткое описание устройства гироазимуткомпаса, достаточное для понимания основ его построения, а также описан принцип его работы. Главы 2 5 посвящены работе гироазимуткомпаса при отсутствии сил инерции, а также теоретическому обоснованию возникновения погрешностей прибора в этих условиях. В главах 6 и 7 дано описание причин возникновения девиаций гирокомпаса на маневрирующем судне и во время качки, то есть в условиях, когда действуют силы инерции. Пособие предназначено для курсантов и слушателей судоводительской специальности высших морских училищ и морских академий. Оно рассчитано на то, что обучаемые прослушали курс прикладной теории гироскопа и изучили принципы построения и работы гирокомпасов с непосредственным управлением. Изложенный здесь учебный материал может использоваться не только для изучения гироазимуткомпаса, но и при написании курсовых проектов и дипломных работ.

7 Глава 1. Принцип работы Корректируемый гироазимуткомпас (ГАК) Вега с косвенным управлением предназначен для выработки курса судна и обеспечивает: в режиме гирокомпаса (ГК) определение географического меридиана и выработку курса; в режиме гироазимута (ГА) хранение заданного направления и определение положения диаметральной плоскости судна относительно этого направления. На рис. 1.1 представлена упрощенная схема, иллюстрирующая принцип действия ГАК. Чувствительным элементом (ЧЭ) гироазимуткомпаса является гиросфера с заключенным внутри нее гиромотором. Центр тяжести и центр подвеса гиросферы совпадают. Таким образом, гиросфера является трехстепенным гироскопом, то есть ротор ее гиромотора имеет собственное вращение вокруг оси x и, кроме того, она может поворачиваться вокруг осей z (в азимуте) и y (по высоте). В дальнейшем данный гироскоп будет рассматриваться как свободный. Гиросфера заключена в следящую сферу 2 и закреплена в установочном кольце 1 с помощью горизонтальных торсионов 3. Установочное кольцо вертикальными торсионами прикреплено к следящей сфере, которая заполнена поддерживающей жидкостью. Такой подвес чувствительного элемента называется жидкостно-торсионным. Роль торсионов выполняют отрезки специальной проволоки, работающие на скручивание. Рассмотренное устройство называется трехстепенным поплавковым гироблоком (ТПГ). ТПГ установлен в кардановом подвесе (на рис. 1.1 не показан), закрепленном в корпусе основного прибора ВГ-1А.

8 Гироазимуткомпас Вега 10 Рис. 1.1 Трехстепенной гироскоп, сохраняя неизменным свое направление в инерциальном пространстве, в горизонтной системе координат движется вследствие вращения Земли с угловыми скоростями: α ω+ sin ϕ = 0 β ω+ cos ϕ α = 0, (1.1) где α угол отклонения главной оси (оси x) гироскопа от плоскости меридиана в азимуте; α угловая скорость движения гироскопа в азимуте (вокруг оси z);

9 Гироазимуткомпас Вега 11 β угол отклонения главной оси гироскопа от плоскости горизонта по высоте; β угловая скорость движения гироскопа по высоте (вокруг оси y); ω+ угловая скорость вращения Земли; ϕ широта места. Возможность такого движения чувствительного элемента потребовала создания двухканальной следящей системы. Один канал для слежения за положением ЧЭ в азимуте, второй по высоте. Это является первой особенностью следящей системы. Вторая ее особенность состоит в том, что она участвует в формировании и приложении к гироскопу управляющих моментов, то есть моментов, превращающих свободный гироскоп в курсоуказатель Следящая система В состав каждого канала следящей системы входят: следящий трансформатор, называемый двухкоординатным датчиком угла (ДДУ), так как он обеспечивает слежение за гироскопом по двум координатам азимуту и высоте; усилитель и исполнительный двигатель. Ротор ДДУ 5 (рис. 1.1) находится на поверхности гиросферы на линии, совпадающей с осью x, статор 6 на следящей сфере. Устройство ДДУ позволяет разделить механические сигналы рассогласования по азимуту и высоте, преобразовать их в электрические, которые направляются в соответствующие каналы. Допустим, что в начальный момент времени (основание неподвижное) гироскоп отклонен от меридиана к востоку на угол α и находится в плоскости горизонта, то есть β = 0. Следящая сфера согласована с гиросферой. Управляющие моменты к гироскопу не приложены, он является свободным и движется вследствие вращения Земли в горизонтной системе координат в азимуте и по высоте (1.1). Задача следящей системы, в соответствии с ее назначением отследить положение чувствительного элемента. Рассмотрим работу следящей системы по каналам. Как свободный гироскоп, гиросфера движется в азимуте к востоку. Следящая сфера, через кардановый подвес связанная с судном, остается на месте. Происходит механическое рассогласование следящей сферы и гиросферы в азимуте, а значит, и рассогласование ротора и статора ДДУ. Механический сигнал рассогласования в ДДУ преобразуется в электри-

10 Гироазимуткомпас Вега 12 ческий и после усиления в усилителе У2 поступает на исполнительный двигатель ИДв, который разворачивает следящую сферу вслед за гиросферой до исчезновения сигнала рассогласования. Условимся называть данный канал следящей системы вертикальным. Он обеспечивает слежение за гиросферой в азимуте. Во всех широтах, кроме полюса, при упомянутых начальных условиях свободный гироскоп движется не только в азимуте, но и поднимается по высоте. Следящая сфера остается на месте, в результате ротор и статор механически рассогласуются друг с другом. Электрический сигнал рассогласования со второй пары обмоток ДДУ усиливается усилителем У1 и поступает на исполнительный двигатель горизонтального канала ИДг. Двигатель, отрабатывая сигнал, разворачивает следящую сферу вокруг оси у до согласованного положения статора и ротора ДДУ. На подвижном основании при изменении курса судна гиросфера практически остается на месте, а следящая сфера поворачивается вместе с судном. Ротор и статор ДДУ рассогласуются друг с другом, и сигнал рассогласования поступает на усилитель У2, исполнительный двигатель ИДв, который поворачивает следящую сферу в азимуте до согласованного положения с гиросферой. На качке, при кренах и дифферентах следящая сфера увлекается судном, а гиросфера остается на месте. Возникшее рассогласование в вертикальной плоскости отрабатывается по данным ДДУ горизонтальной следящей системой. Ее исполнительный двигатель ИДг разворачивает следящую сферу до тех пор, пока не согласуются ротор и статор ДДУ. Так обеспечивается режим свободного гироскопа и слежение за чувствительным элементом на судне. Режим свободного гироскопа имеется у некоторых гирокурсоуказателей рассматриваемого типа, таких как ГКУ-1, ГКУ-2, и используется при выполнении отдельных проверок прибора. В ГАК Вега данный режим не предусмотрен, однако работа следящей системы происходит так, как здесь показано Незатухающие колебания гирокомпаса Как известно, свободный гироскоп использовать в качестве курсоуказателя нельзя, так как для этого нужны настолько сложные технические решения, что реализация их в полной мере до сих пор невозможна.

11 Гироазимуткомпас Вега 13 Для превращения свободного гироскопа в гирокомпас необходима его связь с Землей. В гирокомпасах с непосредственным управлением типа Курс и Амур данная связь достигается снижением центра тяжести чувствительного элемента относительно центра подвеса (первое условие превращения свободного гироскопа в гирокомпас). Благодаря этому создается маятниковый момент и возникают незатухающие колебания гиросферы. В ГАК Вега связь с Землей достигается введением в схему индикатора горизонта (ИГ). Управляющие моменты формируются по его сигналам в следящей системе. Таким образом, связь ЧЭ с Землей косвенная через индикатор горизонта и следящую систему. По этой причине гирокомпас Вега называется гирокомпасом с косвенным управлением. Индикатор горизонта представляет собой маятник с грузом, способным перемещаться только в одной вертикальной плоскости, параллельной оси x гиросферы. Маятник заключен в корпус, заполненный вязкой жидкостью. Индукционная система индикатора горизонта вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный углу β отклонения главной оси гиросферы от плоскости горизонта. Этот сигнал подается в оба канала следящей системы. Рассмотрим, как изменится работа схемы с введением в нее индикатора горизонта, то есть с установлением связи гироскопа с Землей. Допустим, что начальные условия остаются прежними: главная ось гиросферы горизонтальна (β = 0) и отклонена от плоскости меридиана к востоку на угол α. Вследствие вращения Земли ось движется в азимуте и по высоте, а следящая система отрабатывает это движение. Когда ось гироскопа поднимется на угол β, следящая система развернет вслед за нею следящую сферу вместе с жестко установленным на ней индикатором горизонта. Последний приобретает наклон также на угол β и вырабатывает сигнал, пропорциональный этому углу. Выработанный ИГ сигнал поступает в усилитель У1 и на исполнительный двигатель ИДг, который начинает его отрабатывать, разворачивая следящую сферу вокруг оси y. Гироскоп остается на месте. Таким образом, горизонтальные торсионы закручиваются и прикладывают к гироскопу крутящий момент L y (рис. 1.2). Под действием данного момента гиросфера прецессирует в азимуте к западу.

12 Гироазимуткомпас Вега 14 Рис. 1.2 Следует заметить, что двигатель ИДг создает момент по оси у, то есть управляет движением гироскопа в азимуте, поэтому теперь будем называть его азимутальным датчиком моментов ДМ A (рис. 1.1). Горизонтальные торсионы при этом выполняют роль не только подвеса гиросферы, но и передают и прикладывают к ней крутящий момент. Кроме того, торсионы используются как провода для подачи питания на гиросферу. Таким образом, они выполняют три важнейшие функции, без которых работа ГАК невозможна. Вернемся к рис Гиросфера прецессирует в азимуте к W под действием момента L y. Восточная часть горизонта в инерциальном пространстве опускается, поэтому, пока ось x отклонена к востоку, она продолжает подниматься в горизонтной системе координат. Очевидно, что возрастание угла β приводит к нарастанию сигнала ИГ, а это, в свою очередь, к увеличению момента L y, который вызывает пропорциональное увеличение скорости прецессии ω pz гироскопа в азимуте к западу. Вращение плоскости горизонта происходит вокруг линии меридиана. Когда гироскоп достигнет его плоскости под действием момента L y, то окажется поднятым на максимальный угол β max. Соответственно максимальны: сигнал ИГ, момент L y, ω рz (рис. 1.3). Пройдя с наибольшей скоростью плоскость меридиана, ось x окажется в западной части горизонта, которая в инерциальном пространстве поднимается. Вследствие этого угол β уменьшается, вызывая уменьшение сигнала ИГ, а значит, и

13 Гироазимуткомпас Вега 15 момента L y. Угловая скорость прецессии уменьшается. Продолжая снижаться, ось x проходит плоскость горизонта, и угол β изменяет свой знак. Соответственно изменяет знак сигнал ИГ, а вместе с ним и момент L у. Под его воздействием происходит движение в азимуте к E. Рис. 1.3 Пока ось x находится в западной части горизонта, она продолжает опускаться, угол β увеличивается, вместе с ним растет величина L y, а значит, и скорость прецессии в азимуте. Максимальных значений они достигнут в плоскости истинного меридиана. Главная ось гироскопа, пройдя с максимальной угловой скоростью плоскость меридиана, окажется в восточной части горизонта, которая в инерциальном пространтсве опускается. Следовательно, в горизонтной системе координат ось x поднимается, угол β уменьшается, что приводит к уменьшению прецессии гироскопа к востоку. Изменение направления прецессии произойдет, когда угол β изменит знак, то есть когда ось x поднимется над плоскостью горизонта. Далее процесс повторяется, гироскоп совершает незатухающие колебания, отклоняясь в азимуте к востоку и западу от истинного меридиана на угол α, а по высоте вверх-вниз от плоскости горизонта на угол β max. Следует отметить, что колебания происходят, строго говоря, не у линии истинного меридиана, а у линии, вокруг которой вращается плоскость горизонта в инерциальном

14 Гироазимуткомпас Вега 16 пространстве (линии ω 1 = ω+ cos ϕ). Эта линия только в частном случае, а именно, при неподвижном основании, совпадает с линией истинного меридиана. На рис. 1.3 отмечен угол β r. Данный угол обеспечивает создание такого значения момента L y, при котором прецессия гироскопа в азимуте равна угловой скорости движения меридиана к W, то есть достигается равенство ω рz = ω+ sin ϕ. Из рассмотренного видно, что индикатор горизонта воспринимает отклонение главной оси гироскопа от плоскости горизонта и вырабатывает сигнал, формирующий момент L y. По аналогии с гирокомпасами непосредственного управления этот момент называется маятниковым. Таким образом, с приложением к гиросфере маятникового момента она совершает колебания в азимуте у положения меридиана и по высоте у положения β r. Такой гироскоп еще не курсоуказатель. Необходимо выполнить второе условие превращения свободного гироскопа в гирокомпас создать демпфирующий момент. Для этой цели в гирокомпасах с непосредственным управлением также использовалась связь с Землей перетекание масла из сосуда в сосуд под действием силы тяжести. Для ГАК, где связь с Землей обеспечивает индикатор горизонта, по его сигналам создается и демпфирующий момент L д Затухающие колебания гиросферы Для того,чтобы превратить незатухающие колебания гирокомпаса в затухающие, необходимо создать демпфирующий момент, сдвинутый по фазе относительно маятникового момента приблизительно на 90 (π/2). В гирокомпасах с непосредственным управлением оба момента действуют по оси y, при этом момент маслянного успокоителя отстает по времени от маятникового момента на π/2. Однако сдвиг на угол 90 можно создать не только во времени, но и в пространстве, что и реализовано в схеме управления гирокомпаса Вега. Из рассуждений предыдущего параграфа следует, что маятниковый момент гирокомпаса Вега пропорционален сигналу с индикатора горизонта, который, в свою очередь, пропорционален углу отклонения главной оси гиросферы от плоскости горизонта. Следовательно, L y β. Огра-

15 Гироазимуткомпас Вега 17 ничение угла β приведет к ограничению маятникового момента и к затуханию колебаний. Рассмотрим, как при этом работает схема. Начальные условия прежние. В первый момент времени при β = 0 следящая сфера согласована с гиросферой. С появлением угла β, как следует из рис. 1.1, сигнал с индикатора горизонта идет не только в азимутальный канал для создания маятникового момента, но и в вертикальный канал, то есть в усилитель У2 и на исполнительный двигатель ИДв. Исполнительный двигатель, отрабатывая сигнал, разворачивает следящую сферу, а гиросфера остается на месте. В результате вертикальные торсионы окажутся закрученными на угол разворота следящей сферы и создадут вертикальный крутящий момент L д. Теперь исполнительный двигатель не только выполняет функцию слежения, но и создает управляющий момент, поэтому его можно назвать датчиком вертикальных моментов ДМ В. Скорость подъема или опускания главной оси ограничивает вертикально действующий момент L д. Момент L y быстро уменьшается, а значит уменьшается скорость прецессии в азимуте. Так происходит затухание колебаний гирокомпаса в положении, близком к направлению истинного меридиана (рис. 1.4). Рис. 1.4 Из приведенных рассуждений следует, что колебания гирокомпаса стали затухающими благодаря введению вертикального момента L д, действующего по оси z. Следовательно, указанный момент является демпфирующим.

16 Гироазимуткомпас Вега 18 Здесь необходимо заметить ещё и следующее. С индикатора горизонта сравнительно длительное время идет сигнал одного знака. На первый взгляд кажется, что датчики моментов все это время вращаются и моменты достигают значительных величин. Однако это не так. Рассмотрим работу, например, вертикального канала. При отсутствии сигнала ИГ следящая сфера согласована с гиросферой. С появлением сигнала индикатора горизонта датчик моментов ДМв отрабатывает его, разворачивая следящую сферу вокруг оси z, а значит, и рассогласовывая ее с гиросферой. На обмотках ДДУ возникает сигнал, противоположный по фазе сигналу ИГ. Датчик моментов будет работать до тех пор, пока сигнал рассогласования ДДУ полностью не компенсирует сигнал ИГ (рис. 1.1). Как только эта компенсация произойдет, ДМв остановится, следящая сфера окажется рассогласованной на угол, пропорциональный сигналу ИГ, а вертикальные торсионы будут закрученными на постоянный угол, прикладывая к гиросфере крутящий момент. Азимутальный канал управления работает аналогично Коррекция гирокомпаса. Режим ГА Как известно у гирокомпасов с непосредственным управлением маятниковый и демпфирующий моменты создаются по оси y гиросферы, благодаря чему ее главная ось на неподвижном основании находится в положении истинного меридиана. Это означает, что такой гирокомпас не имеет девиации. Слежение за истинным меридианом здесь обеспечивается благодаря подъему оси x гиросферы над плоскостью горизонта на угол β r. В гирокомпасе Вега, где указанные моменты приложены по разным осям (маятниковый по оси y, демпфирующий по оси z), угол β r может существовать только при наличии отклонения главной оси гиросферы в азимуте к востоку на угол α r (подробнее это рассмотрено в следующей главе). При этом угол α r пропорционален широте места и является широтной девиацией гирокомпаса. Для уничтожения широтной девиации в ГАК Вега предусмотрено вычислительное устройство ВУ (рис. 1.1), которое создает сигналы коррекции, направляя их в азимутальный канал управления. Схема отрабатывает этот сигнал, и датчик моментов ДМ А, создает дополнительный момент момент коррекции в азимуте, который приводит чувствительный элемент в истинный меридиан, корректируя α r, и обеспечивает слежение гиросферы за уходящей к западу плоскостью меридиана.

17 Гироазимуткомпас Вега 19 При движении судна c постоянной скоростью и курсом вектор угловой скорости вращения горизонта в общем случае уже не совпадает с направлением истинного меридиана и отличается от него на угол, равный скоростной девиации δ V. Именно к этому новому вектору и перемещается главная ось чувствительного элемента любого гирокомпаса. У гирокомпасов с непосредственным управлением ЧЭ остается в этом новом положении, так называемом компасном меридиане, а шкалы гирокомпаса разворачиваются скоростным корректором на угол δ V. Таким образом, хотя чувствительный элемент и не находится в истинном меридиане, шкалы показывают истинный курс. В гирокомпасе Вега в вычислительном устройстве рассчитывается значение δ V, формируется сигнал, пропорциональный её величине, и поступает в вертикальный канал управления. Датчик моментов ДМв создает корректирующий момент, который компенсирует скоростную девиацию. Кроме того, дополнительный корректирующий момент, учитывающий движение судна, создается и в азимутальном канале. Вследствие действия корректирующих моментов гиросфера ГАК находится в плоскостях истинного горизонта и истинного меридиана. Корректирующие моменты обеспечивают слежение ЧЭ за этими плоскостями. По этой причине гирокомпас Вега получил название корректируемого. С подачей корректирующих моментов разгружается цепь индикатора горизонта, появляются возможности снижения инерционных девиаций гирокомпаса и использования прибора в режиме Гироазимут. Для перехода в режим ГА достаточно отключить схему формирования маятникового момента, то есть отключить ИГ от азимутального канала. Демпфирующий момент и вертикальный момент коррекции удерживают гиросферу в плоскости истинного горизонта. Азимутальный корректирующий момент обеспечивает её движение в азимуте вслед за истинным меридианом. Кроме того, в режиме ГА чувствительному элементу может быть задано любое азимутальное направление. Наличие в данном приборе режимов ГК и ГА дало ему наименование гироазимуткомпас.

18 Глава 2. Уравнения движения чувствительного элемента гирокомпаса без коррекции (неподвижное основание) В предыдущей главе отмечено, что для превращения свободного гироскопа в курсоуказатель используется его косвенная связь с Землей через ИГ. По сигналам последнего формируются маятниковый и демпфирующий управляющие моменты. Следовательно от характера движения рабочего тела индикатора горизонта зависит характер движения чувствительного элемента. Поэтому в состав системы уравнений движения гиросферы должно входить и уравнения движения ИГ. Поскольку гиросфера обладает всеми свойствами трехстепенного гироскопа, то здесь приминительно к ней используются термины и гиросфера, и гироскоп Индикатор горизонта В индикаторе горизонта чувствительным элементом является физический маятник, способный раскачиваться только в одной вертикальной плоскости (рис. 2.1) в направлении оси x гироскопа. Маятник заключен в корпус 1, заполненный вязкой жидкостью, депфирующей колебания груза 2. Груз подвешен на пружинящих пластинах 6. Корпус жестко связан с направлением главной оси гироскопа. Для выработки электрических

19 Гироазимуткомпас Вега 21 сигналов, пропорциональных углу наклона корпуса ИГ, а значит, и оси x гиросферы, на грузе закреплен ротор 3 индукционного датчика угла, а на основании корпуса статор 4. Угол отклонения маятника ограничен упорами 5 и составляет ±1. В таком небольшом секторе можно считать перемещение груза прямолинейным. Рис. 2.1 Обозначим линейное перемещение груза Х, тогда скорость перемещения Ẋ, ускорение Ẍ. При отклонении главной оси гироскопа от плоскости горизонта на угол β наклоняется и жестко связанный с ней корпус индикатора горизонта. Физический маятник под действием своего веса Р стремится занять вертикальное положение, поэтому он перемещается в корпусе ИГ, как показано на рис Данное перемещение происходит под действием составляющей силы тяжести где m масса груза, P 1 = mg sin β, g ускорение свободного падения. При малом угле sin β β, тогда P 1 = mgβ. Этому перемещению препятствует сумма сил.

20 Гироазимуткомпас Вега 22 Во-первых, произошел переход из состояния покоя груза к его движению относительно основания ИГ, следовательно, появилось ускорение Ẍ. В соответствии со вторым законом Ньютона F 1 = mẍ. Во-вторых, вязкая жидкость препятствует перемещению груза, благодаря значительному трению. Сила трения, пропорциональна скорости тела: F 2 = µẋ, где µ коэффициент динамической вязкости. В-третьих, пружины 6 препятствуют перемещению груза. Обозначив символом С П коэффициент упругости пружин, получим F 3 = С П X. В соответствии с третьим законом механики действующая сила P 1 равна сумме противодействующих сил F 1, F 2, F 3 : mẍ + µẋ + C П X = mgβ. Полученное уравнение является дифференциальным уравнением второго порядка. Так как масса груза маятника мала, то первым членом уравнения можно пренебречь (mẍ 0), тем более, что при установившемся движении и Ẍ = 0. Тогда µẋ + C П X = mgβ. Для упрощения выражения разделим все члены уравнения на коэффициент C П. Получим новые коэффициенты: µ/с П = τ постоянная времени индикатора горизонта; mg/c П = К и передаточный коэффициент индикатора горизонта, согласующий линейные перемещения X с угловыми β. С учетом новых коэффициентов уравнение движения ИГ имеет вид τẋ + X = К иβ. (2.1) Из уравнения следует: сигнал индикатора горизонта пропорционален мгновенному отклонению груза физического маятника;

21 Гироазимуткомпас Вега 23 установившееся (при Ẋ = 0) значение сигнала пропорционально углу β отклонения главной оси гироскопа от плоскости горизонта. Постоянная времени τ характеризует быстроту реакции ИГ на отклонение главной оси гироскопа от плоскости горизонта или на другие внешние возмущения. Чем больше τ, тем замедленнее реакция. В гирокомпасе Вега τ = 60 с. Ранее отмечалось, что маятниковый L y и демпфирующий L д моменты пропорциональны сигналам ИГ, следовательно, где К y модуль маятникового момента; L y = К y X; L д = К z X, (2.2) К z модуль демпфирующего (вертикального) момента Уравнения движения чувствительного элемента Для упрощения рассуждений в дальнейшем допущены некоторые отклонения от последовательности действий метода профессора Б.И. Кудревича ( ). Это связано с тем, что в данном случае конечный результат уже известен. При научных исследованиях, конструкторских разработках такие отклонения недопустимы, так как можно получить ошибочный результат. В качестве опорной выберем горизонтную систему координат ON En (рис. 2.2). Система координат связана с Землей и вращается в пространстве с угловой скоростью ω+, которая раскладывается на горизонтальную ω 1 и вертикальную ω 2 составляющие ω 1 = ω+ cos ϕ ω 2 = ω+ sin ϕ. (2.3) Систему координат чувствительного элемента гирокомпаса обозначим Оxyz. Начальные условия выбираем те же, что и в предыдущей главе: ось x гироскопа отклонена в азимуте на некоторый угол α. Вследствие вращения Земли она движется в азимуте с угловой скоростью α (в начальный момент вокруг вертикали) и по высоте вокруг оси y с угловой скоростью β.

22 Гироазимуткомпас Вега 24 Рис. 2.2 Проекция ω 1 на ось y равна ω 1 sin α, а ввиду малости угла α ω 1 α. Также ввиду малости угла β можно считать, что проекции на ось z угловых скоростей ω 2 и α равны этим величинам. С появлением угла β с индикатора горизонта снимается сигнал, поступающий как в азимутальный, так и в вертикальный каналы управления. В азимутальном канале сигнал усиливается и поступает на датчик моментов азимутальный ДМ A, который отрабатывая сигнал, закручивает горизонтальные торсионы и создает маятниковый момент К y X. Под действием маятникового момента ось x прецессирует вокруг оси z к западу с угловой скоростью ω pz = K yx H. (2.4) Аналогичным путем через вертикальный канал управления сигнал ИГ поступает на вертикальный датчик моментов ДМ В, который, закручивая вертикальные торсионы, создает момент К z X, направленный вниз. Под его воздействием ось x прецессирует вокруг оси y, с угловой скоростью ω py = K zx H. (2.5) Найдем сумму угловых скоростей по каждой из осей. При этом дви-

23 Гироазимуткомпас Вега 25 жение чувствительного элемента в азимуте это его вращение вокруг оси z, а по высоте вращение вокруг оси y: α ω+ sin ϕ = K yx H β ω+ cos ϕ α = K zx H. Приведя оба уравнения к общему знаменателю, получим выражения в виде суммы моментов. Для получения полной системы уравнений учтем движение маятника ИГ: H α Hω+ sin ϕ = K yx H β Hω+ cos ϕ α = K zx τẋ + X = K иβ. (2.6) Данная система является системой уравнений движения чувствительного элемента гирокомпаса Вега на неподвижном основании без учета корректирующих моментов. Из ее анализа следует: 1. Гироскоп движется в азимуте и по высоте вследствие вращения Земли (левые части первых двух уравнений). 2. С появлением угла β отклонения главной оси гироскопа от плоскости горизонта появляется смещение груза ИГ на величину X и возникают маятниковый и демпфирующий моменты. 3. Демпфирующий момент К z X сдвинут в пространстве по отношению к маятниковому моменту К y X на угол π/2, что и обеспечивает затухание колебаний гироскопа. Определим положение, в котором окажется главная ось гироскопа после затухания колебаний. Для этого необходимо найти частное решение системы уравнений (2.6). В положении равновесия движения нет, то есть α = 0, β = 0, Ẋ = 0. Тогда X r = Hω+ sin ϕ K y α r = K z tg ϕ K y β r = Hω+ sin ϕ K y K и. (2.7)

24 Гироазимуткомпас Вега 26 Значение X r получено из первого уравнения. Подставляя X r во второе и третье уравнение, получили, соответственно α r и β r. Анализ уравнений: 1. В положении равновесия главная ось гироскопа приподнята над плоскостью горизонта на угол β r. Пропорционально β r смещен груз маятника ИГ на величину X r. Это обеспечивает постоянную выработку управляющих сигналов индикатора горизонта, а значит, приложения постоянных маятникового и демпфирующего моментов. Последние заставляют прецессировать гироскоп вслед за плоскостями меридиана и горизонта. 2. Главная ось гироскопа не находится в плоскости истинного меридиана и отклонена от него на угол α r, равный широтной девиации δ ϕ : δ ϕ = K z K y tg ϕ. (2.8) Знак δ ϕ определяется знаком широты: плюс в северных широтах, минус в южных. Таким образом с обеспечением связи с Землей и подачей на ЧЭ управляющих моментов решена задача превращения свободного гироскопа в гирокомпас. Однако, в отличие от гирокомпаса с непосредственным управлением, гирокомпас Вега имеет широтную девиацию. Рассмотрим подробнее причину возникновения широтной девиации. Допустим, что главная ось гироскопа находится в плоскости истинного меридиана, который в инерциальном пространстве не опускается и не поднимается. Если в этом положении β 0, то вертикальный демпфирующий момент по сигналу ИГ будет действовать до тех пор, пока не приведет главную ось в горизонтальное положение. Последнее означает, что сигнал ИГ исчезнет (β = 0), управляющие моменты формироваться не будут и гироскоп перейдет в режим свободного гироскопа. Таким образом, слежение за меридианом происходить не будет. Для выполнения гироскопом функции слежения за меридианом необходимо, чтобы его главная ось в северных широтах была приподнята над горизонтом на угол β r (2.6). При рассмотренном способе приложения управляющих моментов такое положение возможно только тогда, когда она отклонена в восточную (опускающуюся) часть горизонта. В связи с тем что широтная погрешность возникает из-за особенности действия демпфирующего момента, ее еще называют погрешностью

25 Гироазимуткомпас Вега 27 затухания. Исключается она из показаний гирокомпаса Вега созданием корректирующего момента L ky. Его значение рассчитывается в вычислительном устройстве и в виде электрического сигнала подается на азимутальный датчик моментов. Последний, отрабатывая этот сигнал, закручивает на дополнительный угол горизонтальные торсионы.

26 Глава 3. Гирокомпас на судне, движущемся стационарно. Коррекция гирокомпаса При движении судна по шарообразной поверхности Земли возникает дополнительное вращение плоскости горизонта, которое складывается с угловыми скоростями вращения Земли. Рассмотрим это явление для судна, идущего постоянными курсом и скоростью. Как известно, вектор V скорости судна может быть разложен на северную V N и восточную V E составляющие (рис. 3.1). 6 N V N 6 ` V N = V cos И К V E = V sin И К V И К W — V E E — Рис. 3.1 Так как радиус параллели r = R+ cos ϕ, то угловая скорость движения судна по параллели будет ω E = V E R+ cos ϕ.

27 Гироазимуткомпас Вега 29 Очевидно, что вектор ω E направлен по земной оси, так как вокруг нее происходит вращение судна при его движении по параллели. Следовательно, произойдет сложение векторов ω+ + ω E. На рис. 3.2 показано, что эти векторы раскладываются на вертикальные и горизонтальные составляющие. Рис. 3.2 Таким образом, к вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли добавится ω E sin ϕ = V E sin ϕ R+ cos ϕ = V E tg ϕ ; (3.1) R+ а к горизонтальной составляющей добавится ω E cos ϕ = V E cos ϕ R+ cos ϕ = V E R+. (3.2) При движении судна по меридиану со скоростью V N возникает его дополнительное вращение вокруг параллели с угловой скоростью ω N = V N R+. (3.3)

28 Гироазимуткомпас Вега 30 При малом угле α проекция V N /R+ на ось y по величине практически равна длине самого вектора. Таким образом, в системе уравнений (2.6) к первому уравнению прибавится составляющая (3.1), а ко второму составляющие (3.2) и (3.3) H α H H β H ω+ ω+ τẋ + X = K иβ. sin ϕ + V E R+ cos ϕ + V E tg ϕ = K y X α V N R+ R+ = K z X (3.4) Получены уравнения движения ЧЭ гирокомпаса для случая, когда к нему не приложены корректирующие моменты. В уравнениях отображено вращение горизонта в инерциальном пространстве как вследствие вращения Земли, так и вследствие движения судна. Последнее обстоятельство вносит в показания гирокомпаса дополнительные погрешности. Данные погрешности, а также широтная девиация исключаются из его показаний с помощью корректирующих моментов Коррекция гирокомпаса Перепишем первое уравнение системы (3.4) в следующем виде H α + K y X = H ω+ sin ϕ + V E R+ tg ϕ Вычислительное устройство рассчитывает и подает сигнал, пропорциональный правой части уравнения, отрабатывая который, датчик моментов ДМ А дополнительной закруткой горизонтальных торсионов формирует корректирующий азимутальный момент L ky = H ω+ sin ϕ + V E R+. tg ϕ. (3.5) Обратимся к уравнению (2.8) широтной девиации. Она пропорциональна функции tg ϕ = sin ϕ/ cos ϕ. Если числитель данной дроби обращается в ноль, то tg ϕ = 0. Таким образом, с подачей азимутального

29 Гироазимуткомпас Вега 31 корректирующего момента L ky компенсируется широтная девиация гирокомпаса Вега. В процессе эксплуатации или при смене гироблока изменяются динамические характеристики гироскопа, параметры схемы, формирующей момент L ky, поэтому может возникнуть необходимость подрегулировки его величины. Для этой цели в схеме предусмотрен переменный резистор sin ϕ, с помощью которого регулируется сигнал вычислительной схемы, идущий на формирование названного момента. Данная регулировка позволяет полностью устранить широтную девиацию δ ϕ и выполняется в порту, на неподвижном основании, когда V E = 0. Вторая составляющая момента H(V E /R+) tg ϕ в низких и средних широтах значительного влияния на показания гирокомпаса не оказывает. Если ожидается плавание в широтах выше 70, то после регулировки резистором sin ϕ по специальной методике регулируется и данная составляющая момента L ky. Для этого в схеме предусмотрен резистор tg ϕ. Теперь первое уравнение системы (3.4) имеет вид: H α + K y X = 0 (3.6) Найдем положение равновесия гиросферы в азимуте ( α = 0; β = 0; Ẋ = 0). Из последнего уравнения X = 0. Тогда второе уравнение системы (3.4) дает следующий результат: α r = δ V = V N R+ ω+ cos ϕ + V E. (3.7) Данное выражение является уравнением скоростной девиации гирокомпаса. Она зависит только от параметров движения судна и не зависит от параметров гирокомпаса. Это означает, что для любого типа гирокомпасов при одинаковых параметрах движения судна скоростная девиация одинакова. Как видно из второго уравнения системы (3.4), скоростная девиация возникает из-за дополнительного вращения плоскости горизонта вокруг линии Е W, которая при малом угле α r практически совпадает с осью y гироскопа. Как уже отмечалось, ЧЭ гирокомпаса приходит к линии, вокруг которой вращается плоскость горизонта. Рассмотрим, как действуют на гироскоп возникающие при этом моменты (рис. 3.3).

30 Гироазимуткомпас Вега 32 Рис. 3.3 Допустим, судно находилось в начальный момент времени в широте ϕ 1. ЧЭ гирокомпаса находился в плоскостях меридиана N S и горизонта Г 1 Г 1. Следуя курсом N, судно переместилось в широту ϕ 2, для которой положение плоскости горизонта Г 2 Г 2. Гироскоп вследствие первого свойства стремится сохранить прежнее положение. Следовательно, при движении судна на север главная ось гироскопа поднимается над плоскостью горизонта (при движении на юг опускается под горизонт). С индикатора горизонта поступает сигнал в азимутальный канал, отрабатывая который датчик моментов ДМ А создает момент K y X. Под его воздействием гироскоп прецессирует в азимуте, уходя из плоскости меридиана (в данном случае к W ). Сигнал с ИГ поступает и в вертикальный канал управления, где формируется демпфирующий момент K z X, направленный вниз. В положении равновесия гироскоп окажется отклоненным в азимуте на угол α r = δ V. Очевидно, что причиной возникновения скоростной девиации является отклонение главной оси гироскопа от плоскости горизонта, возникающее вследствие движения судна. Следовательно, создав вертикальный момент, компенсирующий указанное отклонение, можно и компенсировать скоростную девиацию. В гирокомпасе Вега вычислительное устройство рассчитывает сигнал, пропорциональный V N /R+, и подает его в вертикальный канал управления (рис. 1.1). Датчик моментов ДМ В, отрабатывая сигнал, дополни- тельной закруткой вертикальных торсионов формирует вертикальный

31 Гироазимуткомпас Вега 33 корректирующий момент L kz = H V N, (3.8) R+ который компенсирует скоростную девиацию. В процессе эксплуатации ГАК Вега может возникнуть необходимость подрегулировки момента L kz при смене гироблока, при изменении инструментальной точности вычислительного устройства и т.д. Для этой цели предусмотрен резистор V N, с помощью которого регулируется сигнал вычислительной схемы до достижения равенства (3.8). С подачей на чувствительный элемент корректирующих моментов L ky и L kz уравнения (3.4) примут вид: H α + K y X = 0 H α H ω+ cos ϕ + V E α + K z X = 0 R+ τẋ + X = K иβ. (3.9) Данная система представляет собой уравнения движения гирокомпаса Вега на судне, идущем постоянными курсом и скоростью. Как уже отмечалось, гирокомпас Вега получил название корректируемого, так как на его ЧЭ подаются корректирующие моменты, компенсирующие широтную и скоростную девиацию. В положении равновесия при α = 0, β = 0, Ẋ = 0 Анализ уравнений (3.9) и (3.10). α r = 0 β r = 0 X r = 0. (3.10) 1. С подачей корректирующих моментов из показаний гирокомпаса исключаются широтная и скоростная девиации. Чувствительный элемент находится в плоскостях истинного меридиана и горизонта. 2. Так как ЧЭ находится в плоскости горизонта, то с индикатора горизонта сигнал отсутствует, значит, отсутствуют маятниковый и демпфирующий моменты. Прецессию гироскопа за меридианом и плоскостью горизонта обеспечивают корректирующие моменты.

32 Гироазимуткомпас Вега Маятниковый и демпфирующий моменты существуют только тогда, когда главная ось гироскопа отклонена от плоскости истинного меридиана. В этом случае вследствие вращения Земли возникает угол β, и по сигналам с индикатора горизонта формируются названные моменты. Под их воздействием чувствительный элемент приходит к положению равновесия. Следует отметить, что исключение скоростной девиации методом коррекции положения чувствительного элемента позволяет снизить инерционные девиации и повысить точность показаний гирокомпаса на маневрировании. В дальнейшем этот вопрос будет рассмотрен более подробно. Итак, у гирокомпаса, установленного на судне, идущем постоянными курсом и скоростью, с помощью корректирующих моментов исключена широтная и скоростная девиация. Для неподвижного основания, когда V N = 0, δ V = 0, V E = 0, уравнения (3.9) примут вид: H α + K y X = 0 H β Hω+ cos ϕ α + K zx = 0 τẋ + X = K иβ. (3.11) Это означает, что широтная девиация исключена созданием момента L ky. Скоростная девиация отсутствует, т.к. основание неподвижно, следовательно L kz = 0. Эту же систему получим, если в первое уравнение системы (2.5) для неподвижного основания введем момент L ky. В положении равновесия, когда α = 0, β = 0, Ẋ = 0, главная ось гиоскопа находится в плоскостях истинного меридиана и горизонта, т.е. уравнения (3.10) справедливы и для гирокомпаса на неподвижном основании. Из сказанного в данном параграфе следуют важные выводы: 1. Гирокомпасу со взаимоперпендикулярными управляющими моментами присуща широтная девиация как для неподвижного, так и подвижного основания. 2. На подвижном основании у гирокомпаса Вега, как и у любого другого, возникает скоростная девиация. 3. Широтная девиация исключается из показаний гирокомпаса коррекцией его чувствительного элемента в азимуте созданием момента L kу, а скоростная коррекцией ЧЭ вертикальным моментом L kz.

33 Гироазимуткомпас Вега Корректирующие моменты обеспечивают слежение за плоскостями меридиана и горизонта. При этом как на подвижном, так и на неподвижном основании чувствительный элемент находится в указанных плоскостях Период незатухающих колебаний В параграфе 1.2 рассмотрены незатухающие колебания гирокомпаса, их физический смысл и характер движения чувствительного элемента. Проведем их анализ с точки зрения основ автоматики и определим период T 0 для реальной схемы, когда поданы корректирующие моменты. Обратимся к уравнениям (3.9). Колебания ЧЭ являются незатухающими, когда отсутствует демпфирующий момент, то есть во втором уравнении этой системы K z X = 0. Поскольку период незатухающих колебаний значительно больше, чем постоянная времени индикатора горизонта (Т 0 τ), то угол β меняется медленно и можно считать, что груз индикатора горизонта займет определенное положение и длительное время будет в нем находится. Тогда Ẋ = 0, следовательно X = K иβ. С учетом сказанного получим следующие уравнения H α + K y K и β = 0 β ω+ cos ϕ + V E α = 0. R+ (3.12) Для решения уравнений разделим переменные. Продифференцируем первое уравнение системы и вместо β подставим ее значение из второго уравнения: где ω+ α + K y K и cos ϕ + V E/R+ α = 0, (3.13) H ω+ K y K и cos ϕ + V E/R+ = ω 2 H 0; (3.14) ω 0 круговая частота незатухающих колебаний. Характеристическое уравнение, соответствующее уравнению (3.13), является алгебраическим квадратным (при α = λ): λ 2 + ω 2 0 = 0 (3.15)

34 Гироазимуткомпас Вега 36 и имеет мнимые корни λ 1,2 = ±iω 0, где i = 1. Это говорит о том, что переходный процесс незатухающий гармонический. Общее решение уравнения (3.13): α = C 1 cos ω 0 t + C 2 sin ω 0 t, (3.16) где С 1 и С 2 постоянные интегрирования, зависящие от начальных условий. В первый период времени (t 0 = 0), α(0) = α 0, α(0) = 0, следовательно, для этих условий (в дальнейшем значением C 2 можно пренебречь ввиду его малости) α = α 0 cos ω 0 t. (3.17) Итак, без демпфирующего момента гиросфера совершает периодические, незатухающие колебания с частотой ω 0. Фактически благодаря моментам трения затухание все-таки будет происходить, однако очень медленно и, в зависимости от начального угла отклонения α 0, может длиться несколько суток. Известно, что Т 0 = 2π/ω 0, тогда из формулы (3.13) T 0 = 2π H K y K и (ω+ cos ϕ + V E/R+ ). (3.18) Получено уравнение периода незатухающих колебаний гирокомпаса Вега на судне, идущем постоянными курсом и скоростью. Как видно, оно аналогично уравнению для гирокомпаса с непосредственным управлением. Эта аналогия требует рассмотрения вопроса о критической широте. При движении судна на запад может возникнуть эффект остановки Земли, когда знаменатель дроби равен нулю (ω+ cos ϕ + V E/R+ = 0). Тогда период стремится к бесконечности, то есть гирокомпас теряет компасные свойства. Однако благодаря приложению корректирующих моментов, в частности L ky (3.5), этого явления не возникает. Для неподвижного основания (V E = 0) T 0 = 2π H K y K и ω+ cos ϕ. (3.19) Из двух последних уравнений видно, что период незатухающих колебаний гирокомпаса Вега зависит от его параметров Н и K y, широты

35 Гироазимуткомпас Вега 37 места и скорости движения судна. Вопрос о величине периода незатухающих колебаний будет рассмотрен в главе Устойчивость чувствительного элемента в меридиане Автоматическая система является устойчивой, если ее параметры удовлетворяют критериям устойчивости Рауса-Гурвица. Такие параметры найдены для гирокомпасов с непосредственным управлением. Однако применить их для гирокомпаса Вега нельзя, ввиду его значительных отличий в конструкции от упомянутых гирокомпасов. Основные отличия, которые влияют на устойчивость гирокомпаса (демпфирующие моменты) приложены по разным осям; у гирокомпасов с непосредственным управлением на ЧЭ поступают только управляющие моменты, а у гирокомпаса Вега управляющие и корректирующие моменты. Для определения устойчивости ЧЭ гирокомпаса Вега в азимуте решим уравнения (3.9) относительно переменной α. Из первого уравнения системы находим X = H K y α, отсюда Ẋ = H K y α. Подставим полученные выражения в третье уравнение τ H α + H α = K и β, K y K y продифференцируем его и выразим β β = H (τ α. + α). K и K y Данное значение подставим во второе уравнение вместо β. Все члены уравнения отрицательны, поэтому знак минус заменяем на плюс и произведем сокращение на величину Н. Кроме того, для того чтобы избавиться от дробных коэффициентов, домножим все члены на K и K у. Проведя перечисление преобразования, получим уравнение движения в

36 Гироазимуткомпас Вега 38 азимуте чувствительного элемента гирокомпаса Вега : Hτ. α +H α + K и K z α + K и K y ω+ cos ϕ + V E α = 0. (3.20) R+ Как видно полученное выражение есть дифференциальное уравнение третьего порядка. Ему соответствует характеристическое уравнение третьей степени (при α = λ) Hτλ 3 + Hλ 2 + K и K z λ + K и K y ω+ cos ϕ + V E = 0. (3.21) R+ Данное уравнение позволяет определить, при каких параметрах гирокомпас Вега удовлетворяет критериям Рауса-Гурвица. 1. Подбор параметров должен быть таким, чтобы первый коэффициент был положительным и не равным нулю (Н τ > 0). 2. Произведение или сумма коэффициентов внешних членов уравнения должна быть больше произведения или суммы коэффициентов внутренних членов: или HτK и K y τ > ω+ cos ϕ + V E > HK и K z R+ K z K y (ω+ cos ϕ + V E/R+ ). 3. Параметры гирокомпаса должны быть подобраны так, чтобы корни характеристического уравнения были: λ 1 = m λ 2 = n + iω d λ 3 = n iω d, где ω д круговая частота затухающих колебаний. (3.22) Как видно, первый корень отрицательный, два других комплексные сопряженные с отрицательной вещественной частью. Параметры m и n по сути также являются круговой частотой и носят ее размерность. При указанном подборе корней уравнение (3.20) имеет следующее решение: α = Ae mt + e nt (C 1 cos ω d t + C 2 sin ω d t).

37 Гироазимуткомпас Вега 39 Первый член данного уравнения представляет собой апериодическую часть траектории движения гиросферы. В этой части затухание происходит по экспоненте. У гирокомпасов с непосредственным управлением данный член уравнения значителен. Это связано с тем, что в начальный период после запуска гирокомпаса движение масла в успокоителе не установилось и демпфирующий момент находится в противофазе с маятниковым. Только через мин сдвиг по фазе между моментами станет близким к π/2, и названный член исчезнет. У гирокомпаса Вега по сигналам с ИГ маятниковый и демпфирующий моменты начинают действовать одновременно, а сдвиг в пространстве между ними всегда π/2. Поэтому первый член уравнения очень мал (Ае mt 0), и им пренебрегают. Таким образом, с высокой степенью точности затухающие колебания гирокомпаса Вега описываются следующим уравнением: α = e nt (C 1 cos ω d t + C 2 sin ω d t), (3.23) где С 1 и С 2 постоянные интегрирования, определяемые из начальных условий. Из данных рассуждений можно сделать вывод, что главная ось гиросферы совершает гармонические затухающие колебания, причем амплитуды этих колебаний уменьшаются по экспоненциальному закону (рис. 1.4). Период затухающих колебаний T d = 2π/ω d в средних широтах составляет мин. [4]. К аналогичному результату можно прийти решая уравнения (3.9) по переменной β. Подводя итог сказанному в данном параграфе, можно заключить: чувствительный элемент гирокомпаса Вега, имея первоначальное отклонение в азимуте, приходит в плоскости меридиана и горизонта, совершая гармонические затухающие колебания. Это говорит об его устойчивости в названном положении.

Реферат: Гирокомпас Вега

Курсовая работа на тему:

Одной из характерных черт развития современного морского флота является повышение скорости судов.Это поставило перед навигационным оборудованием сложную зада­чу — обеспечить безопасность мореплавания судов такого типа. В решении этой задачи важное место занимает создание гиро­компасов, которые могли бы при высокой скорости, а следователь­но, и лучшей маневренности судов, вырабатывать истинный курс с высокой точностью. Этому требованию в большой степени отве­чают гирокурсоуказатели с электромагнитным управлением.

Основное отличие гирокомпасов с электромагнитным управле­нием от ранее известных типов заключается в том, что в них в ка­честве чувствительного элемента (ЧЭ) используется астатический гироскоп, а для придания ему компасных свойств применяются датчики моментов, действующих по осям прецессии гироскопа в зависимости от угла отклонения его главной оси от плоскости горизонта.

Угол отклонения главной оси гироскопа измеряется физиче­ским маятником, установленным на камере гироскопа, но не на­кладывающим моментов на гироскоп. Такой маятник (его лучше называть индикатором горизонта) вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный углу отклонения главной оси гироско­па от плоскости горизонта. После соответствующего преобразова­ния этот сигнал используется для возбуждения датчиков момента.

В обычных гирокомпасах измерение угла отклонения главной оси гироскопа от плоскости горизонта и наложение управляющих моментов на гироскоп выполняются одним элементом — физиче­ским маятником, жестко связанным с гироскопом или гироско­пическим ЧЭ — гиросферой. Если понимать под методом управ­ления гироскопом способ наложения управляющих моментов, то в отличие от классических гирокомпасов с непосредственным уп­равлением от физического маятника схему нового гирокомпаса, у которого физический маятник играет роль только индикатора горизонта, часто называют гирокомпасом с косвенным управле­нием. В этом гирокомпасе ЧЭ — трехстепенной поплавковый ги­роскоп, связь которого с Землей осуществляется посредством ин­дикатора горизонта, а наложение управляющих моментов на ги­роскоп производится через торсионы при помощи следящих при­водов. В зависимости от характера управляющих моментов курсоуказатель может работать в двух режимах: гирокомпаса и гироазимута — гироскопа направления.

ТТХ гирокомпаса «Вега»

«Вега» является двухрежимным корректируемым гироскопи­ческим курсоуказателем (ГКУ) с косвенным управлением. Этот малый по размерам прибор со сравнительно высокими точностными, параметрами рассчитан на работу в условиях больших инерционных возбуждений.

Подвес чувствительного элемента жидкостно-терсионный. Период незатухающих колебаний в расчетной (60°) широте «150 мин. Нормальная работа ГКУ возможна в широтах до 80° в одном из режимов: ГК (основной режим) при скорости до 50 уз и гироазимут (вспомогательный режим) до 70 уз.

Точность показаний ГКУ в режиме ГК при различных усло­виях плавания в широтах меньше 70° характеризуется следую­щими цифрами: погрешность на неподвижном судне ± 0,5°; по­грешность на прямом курсе при постоянной скорости до 30 уз и качке с амплитудой 2°±0,8°, с амплитудой 25° ± 1,5°, погрешность при маневрировании на скоростях до 30 уз достигает ±2°. Вообще ГКУ выдерживает воздействие качки с амплитудой 45° и рыскания судна со скоростью 12° в секунду при ампли­туде рыскания 30°. В режиме гироазимута допустимая скорость дрейфа ±1° в час. Время ускоренного приведения ГКУ в мери­диан 60 мин. Предельная погрешность синхронной передачи ±0,1°. В связи с высокой рабочей температурой поддерживаю­щей жидкости (75°С) введен электрический подогрев. Гаран­тийный срок работы гироблока 10000 ч. Время непрерывной работы ГКУ 2000 ч.

Питание ГКУ осуществляется от судовой сети трехфазного переменного тока (380 или 220 В, 50 Гц).

Устройство и принцип работы курсоуказателя.

Принципиаль­ное устройство двухрежимного курсоуказателя с электромагнит­ным управлением показано на рис. 1.1.

Гиромотор заключен в герметически запаянную сферу — по­плавок 1 , состоящую из двух полусфер, соединенных между со­бой короткой цилиндрической шейкой. Гиросфера помещена во внешнюю следящую сферу 2, и пространство между ними запол­нено тяжелой вязкой (поддерживающей) жидкостью 3. Плот­ность поддерживающей жидкости и вес гиросферы выбраны так, что при определенной температуре жидкости гиросфера при­обретает нейтральную плавучесть. Рабочая температура поддер­живается автоматически системой терморегулирования.

Гиросфера связана со следящей сферой двумя парами торсионов, которые служат для наложения на гироскоп управляющих моментов и центрирования гиросферы относительно следящей сферы. Вертикальные торсионы 6 одним концом закреплены в корпусе следящей сферы, а другим — в кардановом кольце 9, свободно охватывающем шейку гиросферы. Горизонтальные тор­сионы 11 одним концом прикреплены к оболочке гиросферы, а другим—к карданному кольцу гироскопа. Жесткость на круче­ние пары вертикальных торсионов и жесткость пары горизонталь­ных торсионов рассчитаны определенным образом, исходя из кон­структивных параметров прибора.

Все четыре торсиона установлены в плоскости, перпендику­лярной оси собственного вращения гироскопа, и позволяют следя­щей сфере поворачиваться относительно гиросферы .вокруг гори­зонтальных или вертикальных торсионов и вместе с оболочкой ги­росферы — вокруг оси кинетического момента.

Питание на гиромотор и статоры двухкомпонентных датчиков угла 4, расположенных по оси собственного

вращения гироскопа на противоположных сторонах гиросферы 1, подается по гибким спиральным токоподводам 8, свободно навитым вокруг торсионов или через сами торсионы.

Следящая сфера 2 имеет снаружи цапфы, расположенные параллельно оси собственного вращения гироскопа, посредством которых она свободно подвешена на подшипниках в горизон­тальном внутреннем кольце 10 стабилизированного карданова подвеса.

Горизонтальное кольцо 10 подвешено по оси, параллельной оси горизонтальных торсионов, в вертикальном внешнем кольце подвеса 5, которое может поворачиваться вокруг вертикальной оси, образованной подшипниками, установленными в корпусе прибора. Прибор своим основанием крепится к палубе.

Вертикальное кольцо 5 приводится во вращение через зубча­тую передачу двигателем азимутальной стабилизации 13, уста­новленным в корпусе прибора. Это вращение передается на верти­кальные торсионы, которые накладывают на гироскоп вертикаль­ный момент. В вертикальном кольце .5 установлен двигатель горизонтальной стабилизации 12, который через зубчатую пере­дачу поворачивает горизонтальное кольцо 10 вокруг его оси под­веса, закручивая горизонтальные торсноны и накладывая таким образом на гироскоп горизонтальный момент. Стабилизация сле­дящей сферы в горизонте вокруг оси ее подвеса осуществляется смещением вниз центра тяжести сферы относительно оси подвеса.

Двухкомпонентные индукционные датчики угла, статоры ко­торых расположены на гиросфере 1, а съемные (роторные) обмот­ки закреплены на следящей сфере 2, вырабатывают напряжения, пропорциональные углам рассогласования между гиросферой и следящей сферой относительно вертикальных и горизонтальных торсионов. Датчики угла включены по дифференциальной схеме, что исключает погрешности в измерении углов рассогласования, вызываемые линейными перемещениями гиросферы относительно следящей сферы. Сигналы рассогласования от датчиков угла через усилители стабилизации 14, расположенные в самом приборе, по­ступают на соответствующие двигатели, которые обеспечивают непрерывные согласования следящей сферы 2 с гиросферой /. Та­ким образом, прибор работает в режиме свободного гироскопа.

Для превращения свободного гироскопа в гирокомпас необхо­димо наложить на гироскоп моменты вокруг горизонтальной xx и вертикальной zz осей, пропорциольные углу отклонения глав­ной оси гироскопа от плоскости горизонта.

Связь гироскопа с плоскостью горизонта осуществляется при помощи индикатора горизонта 7, представляющего собой высоко­чувствительный физический маятник с индукционным съемом сигнала, задемпфированный вязкой жидкостью.

Индикатор горизонта 7 можно установить непосредственно на гиросфере 1 или следящей сфере 2. Однако из конструктивных соображений он установлен на следящей сфере так, что реагирует только на отклонения оси подвеса yy следящей сферы от плоско­сти горизонта и вырабатывает напряжение, пропорциональное этому отклонению. Сигнал индикатора горизонта 7 суммируется в противофазе с сигналами датчиков угла, и разность этих сигналов подается через усилители на двигатели стабилизации 12 или 13.

Двигатели 12, 13 приводят во вращение следящую сферу 2 от­носительно горизонтальных и вертикальных торсионов до тех пор, пока сигнал индикатора горизонта 7, поданный в схему суммиро­вания в определенном масштабе, не сравняется с сигналом от соответствующего датчика угла. Горизонтальные и вертикальные торсионы окажутся закрученными на углы, пропорциональные уг­лу отклонения главной оси гироскопа от горизонта, что обеспечи­вается схемой суммирования сигналов. Момент, прикладываемый вследствие этого горизонтальными торсионами 11 к гироскопу, аналогичен маятниковому моменту обычных маятниковых гиро­компасов. Под действием этого момента гироскоп прецессирует в азимуте, совершая незатухающие колебания около меридиана.

Момент, прикладываемый вертикальными торсионами 6, ана­логичен демпфирующему моменту маятниковых гирокомпасов, под действием которого гироскоп прецессирует к горизонту. В резуль­тате совместного действия этих моментов гироскоп, совершая затухающие колебания, период и фактор которых зависят от вы­бранных параметров прибора, будет приходить в меридиан.

Для перехода от режима гирокомпаса в режим гпроазимута достаточно лишь отключить горизонтальный маятниковый момент, сохранив вертикальный момент, необходимый для удержания оси гироскопа в плоскости горизонта. Практически это осуществляется простым поворотом ручки переключателя режимов, установленного в приборе. Для компенсации методических ошибок, возникающих в показаниях прибора при работе в режимах гирокомпаса и гиро-азимута, в приборе имеется электромеханическое счетно-решающее устройство, которое вырабатывает необходимые сигналы, поступа­ющие на двигатели стабилизации.

Величины корректирующих моментов, прикладываемых по обе­им осям гироскопа в результате ввода сигналов в следящие систе­мы, изменяются в зависимости от скорости, курса и широты таким образом, что главная ось гироскопа удерживается в направлении на N как в режиме гирокомпаса, так и в режиме гироазимута. Показания курса, выработанного прибором, транслируются датчи­ками грубого и точного отсчета, например сельсинами, связанны­ми с двигателем азимутальной стабилизации.

Особенности работы курсоуказателя в режиме гирокомпаса.

Схема управления. Для того чтобы дать общее представление об устройстве гирокомпаса с электромагнитным управлением и объяс­нить наиболее интересные особенности его работы, воспользуемся лишь самыми необходимыми теоретическими положениями

Уравнения движения гирокомпаса с управлением ЧЭ посредст­вом торсионов (см. рис.1) при обычно принимаемых упрощени­ях можно представить выражениями:

где Н — кинетический момент гироскопа;

b — угол отклонения гироскопа от горизонта в вертикаль­ной плоскости;

a — угол отклонения гироскопа от меридиана в горизон­тальной плоскости;

a_с , b_с — координаты следящей сферы, отсчитываемые аналогич­но координатам a и b гироскопа;

j — широта места;

и — угловая скорость вращения Земли;

R — радиус Земли;

V_N ,V_E — северная и восточная составляющие скорости судна;

( b — b _c ) —угол рассогласования следящей сферы относительно ги-росферы вокруг горизонтальных торсионов, т. е. угол закрутки горизонтальных торсионов, обладающих жест­костью Сг ;

( a — a _c ) —угол рассогласования следящей сферы относительно гиросферы, т. е. угол закрутки вертикальных торсионов, обладающих жесткостью Св ;

Если углы закрутки ( b— b _c ) и ( a— a _c ), а следовательно, гори­зонтальный Сг( b— b_с ) и вертикальный Св ( a— a_с ) моменты, при­кладываемые к гироскопу, будут пропорциональны углу отклоне­ния главной оси гироскопа от горизонта и соответствующим обра­зом подобраны по величине и направлению, то курсоуказатель бу­дет работать в режиме гирокомпаса. Величины и направления мо­ментов определяются крутизной сигналов датчиков угла и инди­катора горизонта и схемой их суммирования.

Один из возможных вариантов схемы суммирования сигналов показан на рис. 1.2. Эта схема, в которой применен индикатор го­ризонта с большой постоянной времени, позволяет осуществить следующее суммирование сигналов:

где k3 – крутизна сигнала датчиков угла;

k1 – крутизна сигнала индикатора горизонта;

k2 и m – масштабные коэффициенты.

Для простоты постоянную постоянную времени индикатора горизонта не учитываем.

Обозначив через n= k1 k2/( k1 k2+ k3 ) , преобразуем выражения (1. 2)и(1. 3) в равенства:

из которых следует, что на вход усилителей следящих систем по­ступает управляющий сигнал, пропорциональный углу b . Кроме того, на схеме суммирования показана возможность введения в систему сигналов коррекции eх и e z , о выборе которых будет ска­зано ниже.

Имея в виду, что частота собственных колебаний следящих систем значительно больше частоты собственных колебаний гиро-сферы, а переходный процесс в них затухает очень быстро, в урав­нениях движения гирокомпаса можно оперировать соотношениями(1.4), которые не учитывают динамики следящих систем. Подстав­ляя равенства (1.4) в выражения (1.1), получим уравнения, иден­тичные уравнениям обычного гирокомпаса с физическим маятни­ком.

Анализируя эти уравнения, нетрудно найти, что период собст­венных колебаний гирокомпаса определяется выражением

а коэффициент затухания :

Очевидно, что величины периода колебаний и коэффициента за-гухания зависят не только от кинетического момента гиросферы Н и жесткостей Сг и Св, но и от коэффициентов п и т, характери­зующих масштаб моментов, прикладываемых к гироскопу, по от­ношению к углу отклонения главной оси гироскопа от плоскости горизонтаb . Если в обычном маятниковом гироскопе момент пря­мо пропорционален углу b , а величина его равна Р1 b , где Р1— максимальный маятниковый момент, то в гирокомпасе с электро­магнитным управлением зависимость момента от угла b опреде­лялась бы выражением Р ln b .

Меняя коэффициент п, можно изменять масштаб маятникового момента, а меняя коэффициент т — масштаб демпфирующего мо­мента, и тем самым изменять величину периода незатухающих колебаний и коэффициента затухания.

Такая принципиальная и техническая возможность позволяет сравнительно просто решать следующие задачи:

ускоренное приведение гирокомпаса в меридиан, для чего не­обходимо уменьшить период незатухающих колебаний:

получение приемлемой точности курсоуказания при маневри­ровании, для чего, как известно, нужно увеличить период.

Для уменьшения периода коэффициент n следует увеличивать, а для увеличения периода — уменьшать.

Изменение коэффициента п можно осуществлять в схеме сум­мирования путем изменения масштабного коэффициента k2 , кото­рый специально введен в схему, поскольку коэффициенты k1 и k3 для данной конструкции постоянны. Однако при такой схеме сум­мирования, которая показана на рис.2, диапазон изменения ко­эффициента п ограничен.

Действительно, преобразуя выражение для n к виду

нетрудно убедиться, что при увеличении k2 величина n приближа­ется к единице. Это означает, что крутизна момента не может быть больше жесткости горизонтальных торсионов Сг, которая и будет определять величину наименьшего периода собственных ко­лебаний гирокомпаса.

Что же касается наибольшего периода, то его величина ограни­чивается практически значениями возмущающихся моментов, ко­торые возникают вследствие статических ошибок следящих систем и нелинейности характеристик датчиков угла и индикатора гори­зонта. При соизмеримости величин этих моментов с управляющи­ми моментами система теряет свои качества и становится нерабо­тоспособной.

Работа следящих систем. Для правильного функционирования гирокомпаса наряду со схемой управления существенным являет­ся надлежащая работа следящих систем, от которых требуется высокая точность и большое быстродействие. Эти требования вы­текают, как следствие, из самого принципа работы гирокомпаса, устройство которого рассмотрено выше.

Азимутальная н горизонтальная следящие системы выполняют в гирокомпасе две основные функции:

управление гироскопом путем наложения моментов через торсионы, которые непрерывно удерживаются закрученными на опре­деленный угол;

слежение за гироскопом путем отработки всех угловых переме­щений корпуса прибора, которые передаются на следящую сферу, вызывая рассогласование между гироскопом и следящей сферой.

При угловых перемещениях судна карданов подвес вместе с корпусом прибора как бы обкатывается вокруг гироскопа, кото­рый в режиме гирокомпаса, благодаря своим свойствам, остается неподвижным относительно системы координат, связанной с Зем­лей, если не принимать во внимание переносного движения вместе с судном.

Наличие статических ошибок в следящих системах приводит к наложению на гироскоп возмущающих моментов, величины кото­рых прямо пропорциональны статической ошибке и жесткости торсионов. В результате этого в показаниях прибора возникают погрешности, допустимые значения которых могут быть получены лишь при весьма малых статических ошибках следящих систем.

Воздействие на прибор всякого рода периодических несиммет­ричных возмущений, например качки, может привести к появлению постоянных составляющих в динамических ошибках следящих систем и, как следствие, к дополнительным погрешностям в пока­заниях прибора. Поэтому к следящим системам гирокомпаса долж­ны предъявляться очень высокие требования.

Что касается влияния собственных колебаний следящих систем на работу гирокомпаса, то поскольку частота этих колебаний зна­чительно больше частоты собственных колебаний гиросферы, а пе­реходный процесс в следящих системах при правильном выборе параметров затухает очень быстро, влияние колебании следящих систем практически не должно сказываться.

Однако выбранная для двухрежимного курсоуказателя конст­руктивная схема подвеса ЧЭ обусловливает взаимное влияние азимутальной и горизонтальной следящих систем при наличии наклонов следящей сферы вокруг оси ее подвеса, совпадающей с осью кинетического момента гироскопа—с осью уу (см. рис.1).

При таких наклонах, благодаря жесткой связи гиросферы со следящей сферой посредством торсионов, оси горизонтальных и вертикальных торсионов будут рассогласованы с осями приложе­ния моментов от соответствующих двигателей на некоторый угол g.

Упрощая физику явления и принимая во внимание малость уг­лов закрутки горизонтальных ( b— b_с ) и вертикальных ( a — a _c ) тор­сионов, измеряемых датчиками угла, и приведенных углов поворота осей двигателей горизонтальной d_{b и} азимутальной d_a стабилиза­ции, связь между этими углами можно выразить формулами:

Формулы (1.8) характеризуют взаимное влияние горизонталь­ной и азимутальной следящих систем при наклоне следящей сфе­ры. Как показывает анализ, наличие перекрестных связей приво­дит к неустойчивости следящих систем, если не принять специаль­ных мер. Наиболее простым способом, обеспечивающим устойчи­вость системы при любых углах g , является полное устранение перекрестных связей путем включения в контуры следящих систем преобразователя координат. В качестве преобразователя коорди­нат используется синусно-косинусный вращающий трансформа­тор (СКВТ), который включается в цепи следящих систем между датчиками угла и усилителями по схеме, показанной на рис.3.

Поступающее на входные обмотки преобразователя коорди­нат напряжение U, пропорциональное углам закрутки соответст­вующих торсионов, будет связано с приведенными углами пово­рота осей двигателей следующими уравнениями:

Решив уравнения (1.8) и (1.9) совместно, нетрудно убедить­ся, что соотношения между углами закрутки торсионов и углами поворота соответствующих двигателей не зависят от утла наклона следящей сферы, т. е. горизонтальная и азимутальная следящие системы полностью развязаны.

Скоростная девиация. Для того чтобы определить положение равновесия гирокомпаса при движении судна прямым курсом с постоянной скоростью, найдем частные решения системы уравне­нийи (1.1) и (1.3), полагая при этом

что легко достигается соответствующим выбором параметров: при­бора. В положении равновесия имеем:

Таким образом, ЧЭ гирокомпаса при движении судна с по­стоянной скоростью приходит в определенное положение равно­весия, которое по координатам a и b практически ничем не отли­чается от положения равновесия одногироскопного маятниково­го гирокомпаса с демпфированием посредством момента, направ­ленного по вертикальной оси гироскопа, как это сделано, напри­мер, в маятниковых гирокомпасах «Сперри».

Действительно, отклонение гироскопа в азимуте a * складыва­ется из скоростной девиации, определяемой приведенным выше выражением (первый член в формуле для a *), и так называемой широтной девиации (второй член той же формулы). При скоростях движения корабля около 60 узлов в широтах 70—80° значения скоростной и широтной девиаций будут достигать столь больших величин, что их компенсация известными методами становится практически невозможной.

Учитывая, что значения курса в двухрежимном гирокомпасе в силу его конструктивных особенностей можно снимать лишь с картушки (или датчика), связанной со следящей сферой, т. е. по координате a _c , для компенсации скоростной и широтной де­виаций можно использовать метод, сущность которого сводится к следующему.

Если на входы усилителей следящих систем вместе с сигна­лами от датчика угла подать определенные сигналы коррекции аналогично тому, как это делается с сигналом индикатора гори­зонта, то к гироскопу по обеим осям стабилизации будут при­ложены соответствующие корректирующие моменты. В этом слу­чае выражения (1.4) можно записать:

гдеe _x и e _z ; — сигналы коррекции, являющиеся функциями широты и скорости судна.

Для нахождения этих функций воспользуемся системой четы­рех уравнений (1.1) и (1.12), в которую входит шесть неизвестных функций a , a _c , b , b_с , e _x , e _z —две из них можно-задать произ­вольно.

Для получения от гирокомпаса истинного курса зададимся следующими произвольными значениями координатa _c и b в поло­жении равновесия:

Это условие означает, что в положении равновесия нуль следя­щей сферы будет в плоскости меридиана, а ось кинетического мо­мента гироскопа — в плоскости горизонта.

Частные решения системы уравнений (1.1), (1.12) с учетом ус­ловия (1.13) дают формулы сигналов коррекции:

и выражения для положения равновесия по двум другим коорди­натам будут:

Следовательно, при вводе в схему управления сигналов коррек­ции e _z и e _x , определяемых выражениями (1.14), из показаний ги­рокомпаса полностью исключаются скоростная и широтная девиа­ции. Кроме того, величина отклонения оси кинетического момента гироскопа от меридиана a*, определяемая формулой (1.15), резко уменьшается по сравнению со скоростной девиацией, имевшей ме­сто до ввода коррекции, и при скорости порядка 60 узлов в широте 70° достигает всего 0°,2.

Уменьшение скоростной девиации гиросферы a* обусловлено наложением вертикального корректирующего момента e _z .

Баллистические девиации. Природа баллистических девиаций курсоуказателя в режиме гирокомпаса в принципе та же, что и у обычных маятниковых гирокомпасов. Разница только в том, что возникающие во время маневрирования ускорения не возмущают гироскоп, поскольку он астатический и обладает нейтральной пла­вучестью, а воздействуют на индикатор горизонта, который при этом вырабатывает дополнительный сигнал, пропорциональный величине dV_N / g dt , т. е. пропорциональный северной составляющей ускорения.

Этот сигнал вызовет соответствующее закручивание горизон­тальных и вертикальных торсионов, которое будет продолжаться в течение всего времени действия ускорения, и в результате приве­дет к отклонению гиросферы от положения равновесия, в котором она находилась до начала маневрирования. По окончании дейст­вия ускорения гиросфера, совершая затухающие колебания, начнет приходить к своему положению равновесия.

Аналогично тому, как это делается для обычного маятникового гирокомпаса, можно и для двухрежимного гирокомпаса найти ус­ловие апериодического перехода в новое положение равновесия или «условие невозмущаемости».

Исследования показывают, что в отличие от маятникового ги­рокомпаса апериодический переход гирокомпаса с электромагнит­ным управлением в новое положение равновесия теоретически можно получить при значении периода незатухающих колебаний, отличающемся от периода Шулера, который как известно, равен 84,4 мин.

Его величина приближенно, без учета собственной скорости судна, определяется следующим соотношением:

и может составлять несколько сотен минут.

Эта особенность двухрежимного гирокомпаса с торсионно-жидкостным подвесом ЧЭ объясняется тем, что в отличие от обычных гирокомпасов на гироскоп с помощью упругой связи во время маневрирования накладываются корректирующие моменты по вертикальной оси.

В гирокомпасах такого типа, где скоростная девиация компен­сируется наложением момента, действующего по вертикальной оси гироскопа, исключение баллистических девиаций путем наст­ройки схемы управления на величину периода, отвечающего усло­вию невозмущаемости, трудно выполнимо.

Одна из причин, затрудняющих реализацию найденного усло­вия, заключается в том, что для получения больших периодов к гироскопу должны прикладываться весьма малые управляющие моменты, величины которых меньше или соизмеримы с возникаю­щими моментами, имеющими место из-за статических ошибок следящих систем и нелинейности их звеньев.

В гирокомпасе с электромагнитным управлением использован более простой способ устранения баллистических девиаций. Для этого маятник индикатора горизонта сильно задемпфирован, а углы его отклонения от равновесного положения ограничены специальными упорами до относительно малой величины. Кроме того, чтобы снизить скорость баллистического перемещения гиро­скопа за время действия ускорения, период незатухающих коле­баний в рабочем режиме гирокомпаса выбирается большим — до 120—180 мин.

Возможен еще один простой и, по-видимому, более эффектив­ный способ устранения баллистических девиаций.

Если в индикаторе горизонта предусмотреть устройство, кото­рое автоматически отключало бы сигнал индикатора горизонта от схемы управления гироскопом, когда маятник под действием ус­корения достигает одного из упоров, то гироскоп вместо прецессирования с малой скоростью во время действия ускорения стано­вится свободным. Можно ожидать, что в этом случае отклонение гироскопа за время маневрирования будет меньшим, чем при первом способе компенсации. Следует заметить, что в обоих случа­ях при маневрировании корректирующие моменты остаются при­ложенными к гироскопу.

Эффективным способом устранения баллистических девиаций для гирокомпасов с электромагнитным управлением является способ компенсации силы инерции, воздействующей на маятник индикатора горизонта при наличии линейных ускорений.

Выражение полной силы, которая должна быть приложена к маятнику индикатора горизонта для компенсации баллистиче­ских девиаций гирокомпаса, создаваемых изменением скорости и курса, можно записать в виде

V –скорость судна.

В качестве устройства для компенсации силы инерции, действующей на маятник, в индикаторе горизонта можно установить электромагнитный датчик момента, на который подается сигнал,. пропорциональный силе F.

Можно представить схему электромеханического прибора, решающего зависимость (1.18) и вырабатывающего нужный сигнал по автоматически вводимым значениям скорости и курса.

Чтобы не усложнять конструкцию индикатора горизонта, мож­но полученный сигнал коррекции суммировать в противофазе с сигналом, снимаемым с индикатора горизонта, предварительно» пропустив сигнал коррекции через фильтр с постоянной времени,. равной постоянной времени индикатора горизонта. Такое реше­ние наиболее целесообразно для описываемой схемы.

Приведенный способ компенсации баллистических девиаций предпочтительнее, чем настройка незатухающих колебаний гиро­компаса на период невозмущаемости по следующим соображе­ниям.

Теоретически такую коррекцию можно осуществить для лю­бого типа маневрирования судна независимо от скорости. При этом период незатухающих колебаний может быть выбран в прин­ципе любым, и, кроме того, нет необходимости менять парамет­ры гирокомпаса в зависимости от широты. Описанный способ компенсации позволяет полностью компенсировать баллистиче­ские девиации, в том числе и девиацию затухания без выключе­ния демпфирования на время маневра.

Интеркардинальная девиация. При движении судна в услови­ях качки следящая сфера гирокомпаса раскачивается вокруг-своей оси подвеса в такт с качкой под действием составляющей ускорения в плоскости Е—W.

Составляющая ускорения в плоскости N—S, воздействующая на маятник следящей сферы, меняя свое направление синхронно-с качкой, создает вертикальный момент, аналогично тому как это происходит у обычных маятниковых компасов, но в отличие от них в гирокомпасе с электромагнитным управлением этот мо­мент сам по себе не вызывает интеркардинальной девиации.

Инерционные моменты, действующие на следящую сферу во время качки, приводят лишь к дополнительным динамическим нагрузкам на двигатели азимутальной и горизонтальной следящих систем, но не дают существенных ошибок в показаниях гироком­паса.

Основная причина, определяющая появление интеркардиналь­ной девиации у гирокомпаса с косвенным управлением, заключа­ется в том, что составляющая ускорения в плоскости N—S дейст­вует и на маятник индикатора горизонта. Она вызывает появле­ние сигнала, пропорционального ускорению и меняющего знак в такт с качкой. Этот сигнал поступает на двигатели, которые при­кладывают к гироскопу через торсионы знакопеременные момен­ты. Поскольку одновременно происходит раскачивание следящей сферы, оси двигателей рассогласовываются с осями соответствую­щих торсионов на угол, примерно равный амплитуде качки. В ре­зультате, когда сигнал от индикатора горизонта поступает на двигатели, моменты, прикладываемые к гироскопу торсионами, создают две составляющие — горизонтальную и вертикальную.

Так как горизонтальные торсионы имеют жесткость, во много раз большую, чем вертикальные, то вертикальная составляющая моментов от горизонтальных торсионов по абсолютной величине значительно превосходит остальные вертикальные моменты. Она и образует постоянный вертикальный момент, вызывающий ин-геркардинальную девиацию гирокомпаса па качке. Как видно, ме­ханика появления интеркардинальной девиации у гирокомпасов с электромагнитным управлением иная, чем у обычных маятнико­вых гирокомпасов, но схема образования постоянного вертикально­го момента при качке по существу одинакова.

Величина интеркардинальной девиации, закон ее изменения и зависимость от параметров гирокомпаса и качки для гирокомпаса с электромагнитным управлением в принципе остаются такими же, как и для одногироскопных маятниковых компасов.

Из известных способов компенсации интеркардинальной де­виации для гирокомпаса с электромагнитным управлением наи­более рациональным оказалось применение индикатора горизонта с сильно демпфированным маятником.

Введение в чувствительный маятниковый элемент вязкого тре­ния позволяет осуществить сдвиг по фазе, близкий к 90°, между действующим ускорением и моментом, прикладываемым к гиро­скопу, в результате чего эффект влияния качки на гирокомпас сводится к минимуму.

Уравнение движения такого индикатора горизонта при воздей­ствии на него горизонтального ускорения для малых углов можно .записать в виде

l — длина маятника;

q — угол отклонения маятника от вертикали;

с — коэффициент демпфирования;

а — горизонтальное линейное ускорение качки. Передаточную функцию индикатора горизонта, движение ко­торого описывается уравнением (1.19), можно представить выра­жением

Практически величина T_м во много раз меньше периода качки. Поэтому введя в индикатор горизонта сильное демпфирование, правомерно пренебречь членом передаточной функции, содержа­щим р 2 . Тогда коэффициент ослабления амплитуды колебаний маятника по сравнению с амплитудой колебаний динамической вертикали будет приближенно определяться формулой

Например, для индикатора горизонта с постоянной времени t =60 сек при качке с частотой (w = 1,2’/сек) ослабление выход­ного сигнала, снимаемого с индикатора горизонта, будет около 72. Если учесть еще и сдвиг фазы между колебаниями маятника и действующим ускорением, то уменьшение выходного сигнала, а следовательно, и интеркардинальной девиации гирокомпаса ока­жется более значительным.

Влияние индикатора горизонта с большой постоянной времени на собственные колебания гирокомпаса очень мало, поскольку постоянная времени составляет менее 1 % от величины периода колебаний гирокомпаса.

Поведение гирокомпаса с электромагнитным управлением на качке отличается от обычных маятниковых компасов одной суще­ственной особенностью. В этом гирокомпасе, помимо постоянной составляющей по вертикальной оси от моментов, вызванных сиг­налами индикатора горизонта, при качке появляется постоянная составляющая на ту же ось от знакопеременных моментов, накла­дываемых на гиросферу горизонтальными торсионами вследст­вие динамических ошибок следящих систем. Эта погрешность, имеющая четвертной характер, зависит от жесткости горизон­тальных торсионов и при больших динамических ошибках ее вели­чина может достигнуть существенного значения.

Другая особенность заключается в характере карданной ошиб­ки гирокомпаса. Эта ошибка вызвана тем, что в рассматриваемой конструкции одногироскопного курсоуказателя карданов подвес ЧЭ обеспечивает снятие отсчета курса в плоскости палубы, а не в плоскости горизонта.

Величина карданной ошибки определяется формулой

где Кг — курс в горизонтальной плоскости;

q — угол крена (бортовой качки);

y — угол дифферента (килевой качки).

Карданная ошибка при следовании судна курсами 0, 90, 180 и 270° равна нулю и достигает максимума на промежуточных курсах 45, 135, 225 и 315°. Несмотря на то, что даже при симмет­ричной качке возникает постоянная карданная ошибка, практи­чески при использовании курсоуказателя для целей судовождения ею можно пренебречь. При правильной бортовой качке с амплиту­дой в 10° и следовании промежуточными курсами средняя вели­чина карданной ошибки не превышает 0°,3.

Работа курсоуказателя в режиме гироазимута.

Для работы курсоуказателя в режиме гироазимута необходимо, чтобы ось кинетического момента гиросферы удерживалась в горизонте, а по обеим осям прецессии гиросферы были приложены коррек­тирующие моменты для компенсации отклонения гиросферы за счет суточного вращения Земли и собственного движения объекта. В гирокурсоуказателе с электромагнитным управлением для осу­ществления режима гироазимута достаточно отключить маятни­ковый момент, пропорциональный сигналу индикатора горизонта, на горизонтальной оси прецессии гиросферы, сохранив при этом демпфирующий момент от индикатора горизонта на вертикальной оси для удержания главной оси гироскопа в горизонте. Необхо­димо также сохранить корректирующие моменты по обеим осям прецессии. В этом случае равенства (1.12), определяющие зави­симости моментов от сигналов управления и коррекции, примут

Полагая, что корректирующие сигналы e _x и e _z определяются, как и прежде, формулами (1.14) и, подставляя выражения (1.23) в уравнения (1.1), найдем частные решения системы (1.1) и (1.3) в виде:

Формулы (1.24), определяющие положение равновесия ЧЭ прибора в режиме гироазимута, тождественны формулам (1.15), определяющим положение равновесия ЧЭ в режиме гирокомпаса. Это свидетельствует о том, что при движении объекта в момент перехода из режима гирокомпаса в режим гироазимута ЧЭ ника­ких возмущений не получает и остается в прежнем положении, которое он занимал, работая в режиме гирокомпаса. Следователь­но, в режиме гироазимута курсоуказатель сохраняет направле­ние меридиана, выработанное в режиме гирокомпаса, естественно, с накапливающейся во времени ошибкой, которая определяется присущей данному гироскопу скоростью дрейфа.

При обратном переходе из режима гироазимута в режим гиро­компаса курсоуказатель в начальный момент будет иметь некото­рую девиацию, так как за время работы в режиме гнроазимута гироскоп вследствие собственного ухода отклонится от меридиана. Затем, совершая затухающие колебания, гирокомпас придет в положение равновесия.

Следует отнести к достоинствам курсоуказателя с электро­магнитным управлением то обстоятельство, что при переходе из одного режима в другой не требуется изменять корректирующие сигналы, тем более, что благодаря вводу в схему управления та­кого вида коррекции ЧЭ находится вблизи меридиана практиче­ски в обоих режимах работы прибора.

Основной погрешностью гироазимута является собственный дрейф гироскопа. Гирокурсоуказатель с косвенным управлением позволяет уменьшать эту погрешность теоретически до величины нестабильности скорости ухода гироскопа. Для этого достаточно ввести в схему управления сигнал, напряжение которого пропор­ционально постоянной составляющей скорости ухода гироскопа, и просуммировать с сигналом датчиков угла гироскопа в соот­ветствующих масштабе и фазе как это делается при вводе кор­ректирующих сигналов. В результате этого к гироскопу по гори­зонтальной оси прецессии окажется приложенным момент, кото­рый скомпенсирует постоянную составляющую скорости ухода гироскопа.

При воздействии на курсоуказатель, работающий в режиме гироазимута, ускорений качки, гироазимут имеет дополнительный систематический уход. Этот уход возникает из-за появления по­стоянной составляющей момента по горизонтальной оси прецессии гироскопа. Знакопеременные сигналы индикатора горизонта вы­зывают меняющийся в такт качке момент, накладываемый тор-сионами на гиросферу вокруг ее вертикальной оси. Благодаря од­новременному раскачиванию следящей сферы в такт качке вокруг оси ее подвеса (по углу g ) проекция знакопеременного момента дает постоянную составляющую на горизонтальную ось прецес­сии, которая и вызывает систематический уход гироазимута на качке.

Анализ факторов, влияющих на эту погрешность гироазимута, показывает, что меры, принятые для уменьшения погрешности гирокомпаса на качке, а именно, применение индикатора гори­зонта с большой постоянной времени и гидравлического демпфе­ра на оси подвеса следящей сферы, существенно уменьшают погрешность гироазимута на качке.

Что касается влияния ускорений от маневрирования на неста­бильность ухода гироазимута, то теоретически оно зависит от времени действия ускорений и мало по величине. Практически в силу тех же технических решений, которые компенсируют влия­ние ускорений на качке, это влияние не имеет существенного значения.

На основании краткого анализа изложенного принципа дейст­вия двухрежимного курсоуказателя с электромагнитным управле­нием можно сделать некоторые выводы в отношении его преиму­ществ перед обычными маятниковыми гирокомпасами:

конструкция торсионно-жидкостного подвеса ЧЭ, который представляет собой астатический поплавковый гироскоп, обеспе­чивает гидростатическую разгрузку подвеса и отсутствие сухого трения в его осях, что уменьшает возмущения, вызываемые си­лами инерции;

электрическая схема управления параметрами гирокомпаса (периодом, степенью демпфирования) и режимами работы прибора позволяет, переключая электрические цепи, изменять параметры гирокомпаса и режимы работы в зависимости от условий пла­вания и эксплуатационных требований;

в гирокомпасе с электрической схемой управления сравни­тельно простыми средствами обеспечивается полная компенсация скоростной девиации для больших скоростей движения судна при условии ввода в прибор данных скорости и широты с достаточной точностью. При этом методе компенсации скоростной девиации существенно, что сам гироскоп практически все время остается в меридиане;

электрическая схема управления создает практическую воз­можность полной компенсации баллистических девиаций гиро­компаса пр-и маневрировании судна. Для этого может использо­ваться индикатор горизонта с коррекционньш датчиком момента и несложный электромеханический прибор, вырабатывающий нужный сигнал коррекции. При указанном способе компенсации баллистических девиаций нет необходимости изменять парамет­ры гирокомпаса в зависимости от широты и выключать демпфи­рование на время действия ускорений;

конструкция и схема двухрежимного гироскопического курсоуказателя обеспечивает его работу в режиме гирокомпаса или гироазимута, а также в режиме гиромагнитного компаса. Это расширяет сферу применения приборов такого типа.

Основной прибор ВГ-1А.

Функцию гироскопического указа­теля меридиана выполняет прибор ВГ-1А (рис. 4). В корпусе прямоугольной формы 6 со сферическим колпаком 5 разме­щены трехстепенный поплавковый гироблок (ТПГ), элементы следящих систем стабилизации, детали схем терморегулирова­ния и управления.

ТПГ выполнен в виде герметичной камеры (следящей сферы), заполненной специальной вязкой жидкостью (рис. 5). В этой камере с помощью вертикальных и горизонтальных тор-сионов подвешен поплавок с гиромотором. На гироблоке по ли­нии N—3 установлены роторы индукционных датчиков углов / (ДУ) рассогласования гиросферы со следящей сферой (ста­торы ДУ находятся на гиросфере). Сверху и снизу на камере в кольцевых пазах 2 установлены дополнительные обогрева­тели для интенсивного разогрева жидкости при пуске компаса. Их включением управляет термореле 4 (Т/—003). На кронштей­нах к крышке гироблока приспособлены штепсельные разъемы 5 для подачи питания на гироблок и снятия информации с дат­чиков углов. Снизу к камере подвешен груз 6 для придания маятниковости гироблоку в кардановом подвесе. Гироблок че­тырьмя приливами 3 с отверстиями для крепежных винтов укладывается на установочное кольцо. С западной стороны ка­меры на установочном кольце находится индикатор горизонта (ИГ), с северной—пузырьковый уровень для визуального конт- роля за балансировкой установочного кольца при сборке (уро­вень находится под колпаком). На двух цапфах, параллельных главной оси гироблока, установочное кольцо укладывается в подшипники на внутреннем кардановом кольце 6 (рис. 8). Для гашения колебаний гироблока относительно оси подвеса установочного кольца предусмотрен дисковый масляный демпфер.

С южной стороны в месте крепления цапфы в кардановом подвесе вмонтирован плоский вращающийся трансформатор (ПТ-003). Статор его неподвижен, а роторная обмотка связана с цапфой и поворачивается вместе с ней. Этот вращающийся трансформатор называют координатным преобразователем. Его включение в схему вызвано тем, что при повороте гироблока вокруг оси XX на угол ^ под воздействием внешних возму­щающих сил в связи с маятниковостью гироблока и отсутст­вием стабилизации относительно главной оси происходит вза­имное влияние горизонтной и азимутальной следящих систем (принцип работы следящих систем рассмотрен в § 18). Дей­ствительно, при выходе гироблока из отвесного положения мо­менты Ьгс и Ьтс, создаваемые торсионами, оказываются повер­нутыми в плоскости У02. на угол О. В таком случае горизон­тальный и вертикальный моменты будут состоять из суммы проекций указанных моментов на эти оси. В результате нор­мальная величина корректирующих моментов искажается и в показаниях прибора возникают погрешности. Для исключе­ния взаимного влияния следящих систем в схему управления подаются соответствующие сигналы, снимаемые с ротора преоб­разователя координат.

Внутреннее карданово кольцо 6 с гироблоком с помощью цапф и подшипников укладывается на наружное карданово кольцо, выполненное в виде вилки 7, ось которой установлена в подшипнике на основании 10 и может разворачиваться вокруг оси 2.2. на 360°. Сверху к вилке крепится шкала курсов 8 с це­ной деления 1°. .

Ось вилки через редуктор связана с азимутальным двигате­лем следящей системы стабилизации / и двумя синусно-коси-нусными вращающимися трансформаторами 2 и 11 (СКВТ), включенными в схему трансляции курса (на транспортных и промысловых судах задействован только один СКВТ). На ось вилки насажен токосъемник 13 с серебряными кольцами и стальными щетками, закрываемый пластмассовой крышкой.

На горизонтальном (внутреннем) кардановом кольце укреп­лен зубчатый сектор, который посредством механической пере­дачи связан с горизонтным двигателем следящей системы ста билизации, установленным в нижней части вилки. При враще­нии этого двигателя камера гироблока разворачивается вокруг оси УУ.

Рабочая температура (75 °С) в приборе поддерживается кольцевым нагревателем 5, прикрепленным к основанию че­тырьмя стойками 9. Управляет его работой термореле 3 (7У002), размещенное на основании 10. Рядом установлен биметалличе­ский термодатчик 4 (ГгООО), включающий аварийную сигналь­ную систему при достижении температурой жидкости верхнего предела (80°С).

На основании расположены три штепсельных разъема (два со стороны носа). Для работы с гиросекцией вне корпуса при­бора установлены четыре опорные ножки 12. Гиросекция своим основанием укладывается в корпус прибора.

Верхняя часть колпака 5 сделана из органического стекла, полярная шапка закрашена изнутри, оставлена прозрачной лишь кольцевая полоска напротив курсовой шкалы 3 (рис.65). Курсовая черта—красная полоска 4— нанесена на прозрач­ном кольце со стороны кормы. Колпак привинчивается к кор­пусу прибора четырьмя невыпадающими винтами 7.

В корпусе 6 установлены усилители следящих систем: слева азимутальный 2, справа горизонтный, рядом с усилителями под квадратными крышками размещены реле схемы управления 1 (слева) и регуляторы «дрейф» и «поправка».

На верхней панели 12 расположены четыре световых табло:

«пуск», «подготовка», «гирокомпас» и «гироазимут»; на перед­ней—переключатель 9 («подготовка»—«работа»> и ручка 8 регулировки «скорости приведения» (ускоренного в меридиан).

На задней стенке имеются три «штепсельных разъема, из них верхний предназначен для подключения контрольных приборов при регулировке приборов, через нижние осуществляется связь основного прибора с другими.

Корпус прибора на четырех амортизаторах крепится к уста­новочной плите 11с тремя овальными отверстиями для крепеж­ных шпилек (два с задней стороны и одно с передней), поэтому плиту (вместе с корпусом) можно поворачивать в пределах ±5° для устранения постоянной поправки в показаниях гиро­компаса. Для контроля за углом разворота прибора на устано­вочной плите с задней стороны нанесена шкала 10 с ценой деления 0,5°.