Реферат: Гирокомпас Вега

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:

Н [d a /dt-(u cos j +V_E /R) b + (u sin j +V_E /R tg j )] = С_Г ( b - b _c ); (1.1)

Н [d b /dt-V_N /R+(u cos j +V_N /R) a ] =-С _B ( a - a _c );

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 ;

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--