10.5. Измерители угловых параметров движения самолета
Угловое положение самолета относительно плоскости горизонта характеризуется углами крена у и тангажа в1, а в плоскости горизонта — углом рыскания гр. Изменения этого положения оцениваются угловыми скоростями и ускорениями, которые являются первой и второй производной угловых координат по времени.
Для измерения угловых положений, скоростей и ускорений используются гироскопические приборы и датчики. Они позволяют визуально определять величины интересующих летный состав параметров, а также вводить эти данные в виде электрических сигналов в автоматические или полуавтоматические системы управления и навигации.
Прежде чем описывать устройства измерителей, познакомимся в общих чертах с основами теории гироскопов.
Гироскоп представляет собой быстровращающееся твердое тело (ротор), имеющее одну неподвижную точку и две или три степени свободы в пространстве.
На смотреть статью под номером 10.23 показано схематическое устройство гироскопа с тремя степенями свободы. Ось ОХ, относительно которой совершается вращение ротора 3, называется главной осью гироскопа. Для создания степеней свободы относительно осей OY и OZ ротор устанавливается в рамках карданова подвеса. Его оси внешней 1 и внутренней 2 рамок подвеса взаимно перпендикулярны и и пересекаются с главной осью гироскопа в центре подвеса — в точке О, которая неподвижна в пространстве.
В практике приборостроения наиболее широкое применение нашли астатические гироскопы, у которых центр подвеса совпадает с центром масс ротора. У статических гироскопов эти точки не совпадают. Для анализа поведения астатического гироскопа воспользуемся правой системой. В ней принято, что векторы угловой скорости движения элементов гироскопа и моментов сил направлены на наблюдателя в том случае, если их движение происходит против часовой стрелки.
Анализ уравнений (10.1) и (10.2) показывает, что для повышения устойчивости гироскопа необходимо создавать высокооборотные гироскопы с большим полярным моментом инерции ротора. Для этого в практике конструирования гироскопических приборов в качестве роторов используются якори электродвигателей, получившие наименование гиромоторов.
Нетрудно заметить, что при прекращении действия внешних моментов прецессия свободного гироскопа также прекращается, т. е. гироскопы безынерционны. Реальный гироскоп отличается от свободного тем, что на него неизбежно оказывают воздействие внешние моменты в виде моментов трения в опорах подвеса, несбалансированность ротора и другие явления.
Свободный гироскоп сохраняет положение своей главной оси в пространстве неизменным относительно неподвижных звезд. Однако находящемуся на Земле и перемещаемуся вместе с ней наблюдателю кажется, что ось ротора со временем поворачивается относительно первоначального положения (смотреть статью под номером 10.24). Это вызывается тем, что главная ось гироскопа, сохраняя неизменным направление в мировом пространстве, меняет свое положение по отношению к земной поверхности вследствие суточного вращения Земли и перемещения самолета во время полета. Наблюдаемое движение главной оси гироскопа называется «кажущимся» движением гироскопа. Следовательно, свободный гироскоп может быть использован как указатель выбранного направления полета и вертикали места только при непродолжитлеьных полетах. При длительных полетах необходимо периодически или непрерывно корректировать положение его главной оси с учетом скорости вращения Земли, путевой скорости и высоты полета самолета.
Трехстепенные гироскопы используются в авиационных гироприборах для измерения углового положения самолета (в авиа. горизонтах, гировертикалях и гирополукомпасах).
Двухстепенные гироскопы лишены одной из рамок подвески и используются для измерения угловой скорости, в результате чего получили наименование скоростных гироскопов. Они широко применяются в конструкциях указателей поворота, выключателей коррекции, интегрирующих устройствах и инерциальных системах навигации.
Рассмотрим практическое применение гироскопов в авиационных пилотажнонавигационных приборах и системах.
Направление прецессии таково, что при своем движении под действием внешних моментов вектор Q угловой скорости ротора стремится совместиться с вектором внешнего момента по кратчайшему пути.
В общем корпусе прибора смонтирован указатель поворота и индикатор скольжения. Его внешний вид представлен на смотреть статью под номером 10.25, а.
Чувствительным элементом указателя поворота (смотреть статью под номером 10.25, б) служит скоростной гироскоп с горизонтальной главной осью, параллельной поперечной оси самолета. Ротор гироскопа заключен в рамку 2, связанную с корпусом прибора двумя пружинами 3. С рамкой кинематически связана стрелка 4.
Если самолет совершает прямолинейный горизонтальный полет, стрелка занимает нейтральное положение относительно шкалы 5. При кренах самолета рамка гироскопа поворачивается вместе с корпусом прибора и не вызывает отклонения стрелки.
При повороте самолета, например, влево с угловой скоростью сопов, подшипники корпуса воздействуют на полуоси стабилизированной рамки с силой F. Эти силы создают момент MY, который является внешним для гироскопа. Под его воздействием происходит прецессия гироскопа вокруг оси ОХ с угловой скоростью сопр. Поворот рамки с помощью кривошипного механизма передается на стрелку. Она отклоняется и указывает по шкале прибора направление поворота самолета. Прецессионное движение гироскопа продолжается до тех пор, пока гироскопический момент не уравновесится моментом от натяжения пружины. С окончанием разворота гироскопический момент исчезает, и пружины возвращают стрелку в исходное положение.
Поскольку угол поворота стрелки зависит от угловой скорости разворота, оцифровкой шкалы прибора можно пользоваться только при определенной скорости полета, которая указывается на шкале,
Гироскоп очень чувствителен к поворотам самолета относительно вертикальной оси. Даже при незначительном его рыскании по курсу возникают колебания стрелки, что затрудняет пилотирование. Для их уменьшения в приборе предусмотрено демпфирующее устройство. Оно состоит из цилиндра 7 и поршня 6, шток которого кинематически связан с рамкой. При быстром перемещении рамки и поршня под действием какоголибо возмущающего фактора в объеме цилиндра под поршнем создается повышенное давление воздуха. Так как воздух за это время не успевает выйти через капиллярное отверстие в донышке цилиндра, его перемещение замедляется. В результате этого стрелка отклоняется более плавно и обеспечивает четкое указание направления разворота.
Для контроля правильности выполнения виража применяется указатель скольжения. Его принцип действия основан на использовании свойства физического маятника устанавливаться в направлении результирующего вектора действующих на него сил.
Указатель скольжения (смотреть статью под номером 10.26, а) представляет собой изогнутую стеклянную трубку . В ее внутренней полости помещен шарик 3 из черного стекла. Для демпфирования его движения объем трубки заполнен незамерзающей прозрачной жидкостью — толуолом. Компенсация изменения объема толуола при изменении температуры достигается неполным заполнением камеры 2 жидкостью.
Под действием этих двух сил шарик устанавливается вдоль равнодействующей R. В том случае, если вираж выполняется правильно, т. е. без скольжения, равнодействующая находится в плоскости симметрии самолета, и шарик займет среднее положение между рисками, указывая так называемую «кажущуюся» вертикаль. Если же вираж выполняется со скоростью, превышающей расчетную для данного радиуса, центробежная сила превысит расчетную, и самолет будет иметь внешнее скольжение. При выполнении виража с меньшей, чем расчетная, скоростью, самолет летит с внутренним скольжением. При возникновении внешнего или внутреннего скольжения шарик перемещается вдоль трубки и показывает направление скольжения.
Одновременное использование показаний указателя поворота и указателя скольжения в процессе пилотирования позволяет поддерживать прямолинейный горизонтальный полет и выполнять координированные развороты.
Центральные гировертикали предназначены для определения углов отклонения осей самолета от истинной вертикали места. Они служат датчиками углов крена и тангажа, которые выдаются в бортовые системы в виде пропорциональных им электрических сигналов.
На смотреть статью под номером 10.27, а изображена электрокинематическая схема центральной гировертикали типа ЦГВ.
В подшипниках корпуса 2 закреплена внешняя рамка 5 карданова подвеса. Внутренней рамкой служит цилиндрическая платформа 7. Ее ось Y стабилизируется по вертикали двумя гироскопами 8 и 14, роторы которых вращаются в противоположных направлениях. Этим компенсируются моменты трения в их осях. С помощью полуосей платформа смонтирована внутри внешней рамки 5, которая, в свою очередь, крепится к корпусу 2 с помощью полуосей. На самолете ЦГВ устанавливается вблизи центра масс таким образом, чтобы ее ось X совпадала с направлением продольной оси самолета.
Поскольку на измерительных осях гировертикали устанавливаются несколько потенциометров или сельсинов, с которых снимаются электрические сигналы, пропорциональные углам крена и тангажа, оси рамок нагружаются моментами от этих датчиков. Это снижает точность измерения. Для компенсации влияния возникших моментов в гировертикали применена система силовой стабилизации, обеспечивающая разгрузку измерительных осей.
Она состоит из потенциометрических датчиков разгрузки 6 и 13, намотанных на кожухи гироскопов, и электродвигателей 10 и 4. Электродвигатель 4 установлен на платформе 7 и через редуктор связан с внешней рамкой 5; электродвигатель 10 закреплен на этой рамке и через редуктор связан с корпусом 2.
Работа силовой стабилизации происходит следующим образом. Допустим, относительно оси X внешней рамки действует внешний момент МВХ. С его появлением гироскоп 8 прецессирует относительно оси Y. Снимаемый с потенциометра 6 сигнал рассогласования поступает на электродвигатель 10, который, создавая крутящий момент на полуоси внешней рамки, уравновесит внешний момент М„Х. В результате прецессия гироскопа прекращается, а затем под действием разгрузочного двигателя гироскоп возвратится в исходное положение. Аналогично компенсируется внешний момент MQY следящей системой потенциометра 13 и электродвигателя 4.
Стабилизация оси Y платформы в вертикальной плоскости и компенсация кажущегося ухода ЦГВ обеспечивается системой вертикальной коррекции, состоящей из жидкостного маятникового корректора 17 и двигателей 3 и 11.
Корректор укреплен на днище платформы гироскопов и конструктивно выполнен в виде медного сосуда 17 (смотреть статью под номером 10.27, б). Его внутренний объем не полностью заполнен токопроводящей жидкостью с небольшим удельным электрическим сопротивлением. На крышке корректора смонтированы четыре взаимно изолированных электрода. Пятый, центральный электрод, соединен с источником питания.
Если ось Z платформы строго вертикальна и отсутствуют боковые ускорения, каждый электрод имеет одинаковую поверхность соприкосновения с жидкостью, и воздушный пузырек находится посередине. Следовательно, электрические цепи двигателей 3 к 11 обесточены.
При уходе главной оси ЦГВ от вертикали, например, в сторону кабрирования, электроды 18 и 19 неравномерно перекрываются токопроводящей жидкостью. Так, электрод 18 контактирует с ней по большей, а электрод 17 — по меньшей площади или даже полностью изолирован воздушным пузырьком.
В результате с их контактов на электродвигатель 3 поступит электрический сигнал управления, который создает вращающий момент на гироскоп 14 относительно оси Хх. Под его воздействием платформа прецессирует относительно оси Y по направлению к вертикальному положению. После того, когда она займет вертикальное положение, ее коррекция прекращается.
Поперечная коррекция осуществляется аналогичным образом электродвигателем 11 и электродами 19, 20 и центральным.
Для быстрой выставки оси платформы в вертикальное положение при запуске гироскопов служат механические маятники и 15, цепи которых замкнуты через контакторы биметаллических реле и кнопки арретирования.
Если платформа «завалена» на угол более 2°, маятники 1 и 15 замыкают свои контакты и при нажатой кнопке арретирования подают полное напряжение на разгрузочные электродвигатели 10 и 4, которые устанавливают платформу 7 вертикально с точностью до 2°. После этого маятники 1 и 15 размыкают свои контакты. Дальнейшее восстановление положения платформы с точностью до 0,25° обеспечивается системой вертикальной коррекции.
Значения углов крена и тангажа в виде пропорциональных им электрических сигналов снимаются с потенциометров 9 и 12, а затем подаются различным потребителям с погрешностью не более ±15 угловых минут.
Авиагоризонты предназначены для определения положения самолета в пространстве относительно истинного горизонта, т. е. для измерения углов крена и тангажа.
На современных самолетах нашли широкое применение дистанционные авиагоризонты типа АГД (смотреть статью под номером 10.28).
Комплект авиагоризонта состоит из гиродатчика и одного или двух указателей.
Гиродатчик устанавливается в районе центра масс самолета и служит для выдачи с сельсиновдатчиков электрических сигналов, пропорциональных углам крена и тангажа, на указатели или другие самолетные потребители. Его чувствительным элементом служит электрический гироскоп с тремя степенями свободы, у которого главная ось расположена вертикально. Системы силовой стабилизации и вертикальной коррекции аналогичны подобным системам в ЦГВ и позволяют с достаточно высокой точностью контролировать углы крена самолета до 360° и углы тангажа в пределах ±80°. Для сокращения времени готовности комплекта к работе в гиродатчике предусмотрен электромеханический арретир, который, срабатывая, выставляет главную ось гироскопа в вертикальное положение.
Указатель конструктивно состоит из двух приборов: собственно указателя авиагоризонта и указателя скольжения 7. Следящие системы каналов тангажа и крена выполнены на сельсинах.
Углы крена отсчитываются на шкале 8 по положению консоли крыла силуэта самолета 10. Угол тангажа определяется по полусферической шкале 6 относительно нулевого индекса 3, имеющегося на силуэте самолета.
На лицевой панели корпуса указателя размещены кремальера 9 центровки тангажа, кнопка арретирования 4 и лампа 5 сигнализации отсутствия питания и арретирования. Кремальерой 9 механизм центровки шкалы тангажа перемещает эту шкалу относительно центра силуэта самолета в пределах ±12°, тем самым совмещая его с линией искусственного горизонта шкалы. Индекс 1 центровки шкалы механически связан с кремальерой.
На самолетах с экипажем в составе двух пилотов устанавливается два комплекта авиагоризонта. Их гиродатчики объединяются системой сравнения сигналов по крену и тангажу. Работоспособность обоих авиагоризонтов контролируется сравнением величин выходных сигналов с сельсиновдатчиков, находящихся в гиродатчиках. Если разность сигналов превышает 7°, блок сравнения вырабатывает сигнал, который обеспечивает срабатывание исполнительного реле. При этом автоматически отключается автопилот и одновременно загораются световые табло «Отказ АГД» и «Отключение АП», а также включается звуковая сигнализация.
Гирополукомпасы. При полетах в районах высоких широт магнитное склонение и наклонение настолько велики, что использование магнитного компаса для определения курса затруднено, а во многих случаях даже невозможно. Это обстоятельство привело к созданию гирополукомпасов типа ГПК.
На смотреть статью под номером 10.29 представлена электрокинематическая схема гирополукомпаса ГПК52.
Чувствительным элементом ГПК служит гироскоп с тремя степенями свободы, главная ось которого горизонтальна. Стабилизация горизонтального положения главной оси обеспечивается работой системы коррекции, состоящей из жидкостного маятникового корректора и реверсивного электродвигателя 1.
При повороте ее в нужную сторону электродвигатель 6, отрабатывая, поворачивает шкалу и связанные с ее осью щетки потенциометра — датчика на заданный угол.
Показания ГПК снимаются как непосредственно со шкалы, так и дистанционно с помощью логометрических повторителей 7 курса типа ПДК.
Отсутствие колебаний, поворотных погрешностей и влияния магнитных полей позволяет гирокомпасу с высокой точностью контролировать углы разворота и линию пути самолета при полете по заданной ортодромии.
При уходе оси ротора гироскопа из плоскости горизонта маятниковый корректор выдает па этот двигатель сигнал рассогласования. Начиная работать, он накладывает момент на вертикальную полуось крепления внешней рамки 10. Вследствие возникающей прецессии ось ротора возвращается в исходное положение.
Для исключения влияния виража при развороте самолета на точность работы гирополукомпаса предусмотрено выключение системы горизонтальной коррекции выключателем коррекции 9. Он представляет собой скоростной гироскоп с горизонтально расположенной главной осью. При вираже самолета гироскоп прецессирует, и токопроводящая щетка, замыкающая электрическую цепь жидкостного корректора и электродвигателя 1, сходит с рабочего сектора, выключая систему горизонтальной коррекции. Стабилизированный таким образом гироскоп неподвижен в пространстве, но по отношению к Земле имеет «кажущееся» движение. Это движение называют уходом гироскопа в азимуте. Величина ухода зависит от широты местности. Коррекция гироскопа в азимуте осуществляется электродвигателем 2. Он управляется с пульта штурмана потенциометром широтной коррекции 4. При одностороннем уходе гироскопа двигатель 2 управляется потенциометром 3 балансировочной коррекции.
Как устроен гироскоп: суть, принцип работы, где применяется
Однажды я наблюдал разговор двух друзей, точнее подруг:
А: О, знаешь, у меня новый смартфон, в нем есть даже встроенный гироскоп
Б: Аа, да, я тоже скачала себе, поставила гироскоп на месяц
А: Эмм, ты точно уверена, что это гироскоп?
Б: Да, гироскоп для всех знаков зодиака.
Чтобы таких диалогов в мире стало чуть меньше, предлагаем узнать, что такое гироскоп и как он работает.
Гироскоп: история, определение
Гироскоп – прибор, имеющий свободную ось вращения и способный реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором он установлен. При вращении гироскоп сохраняет свое положение неизменным.
Само слово происходит от греческих gyreuо – вращаться и skopeo – смотреть, наблюдать. Впервые термин гироскоп был введен Жаном Фуко в 1852 году, но изобрели прибор раньше. Это сделал немецкий астроном Иоганн Боненбергер в 1817 году.
Гироскопы представляют собой вращающиеся с высокой частотой твердые тела. Ось вращения гироскопа может изменять свое направление в пространстве. Свойствами гироскопа обладают вращающиеся артиллерийские снаряды, винты самолетов, роторы турбин.
Простейший пример гироскопа – волчок или хорошо всем известная детская игрушка юла. Тело, вращающееся вокруг определенной оси, которая сохраняет положение в пространстве, если на гироскоп не действуют какие-то внешние силы и моменты этих сил. При этом гироскоп обладает устойчивостью и способен противостоять воздействию внешней силы, что во многом определяется его скоростью вращения.
Например, если мы быстро раскрутим юлу, а потом толкнем ее, она не упадет, а продолжит вращение. А когда скорость волчка упадет до определенного значения, начнется прецессия – явление, когда ось вращения описывает конус, а момент импульса волчка меняет направление в пространстве.
Виды гироскопов
Существует множество видов гироскопов: двух и трехстепенные (разделение по степеням свободы или возможным осям вращения), механические, лазерные и оптические гироскопы (разделение по принципу действия).
Рассмотрим самый распространенный пример — механический роторный гироскоп. По сути это волчок, вращающийся вокруг вертикальной оси, которая поворачивается вокруг горизонтальной оси и в свою очередь закреплена в еще одной раме, поворачивающейся уже вокруг третьей оси. Как бы мы не поворачивали волчок, он всегда будет находится именно в вертикальном положении.
Применение гироскопов
Благодаря своим свойствам гироскопы находят очень широкое применение. Они используются в системах стабилизации космических аппаратов, в системах навигации кораблей и самолетов, в мобильных устройствах и игровых приставках, а также в качестве тренажеров.
Интересует, как такой прибор может поместиться в современный мобильный телефон и зачем он там нужен? Дело в том, что гироскоп помогает определить положение устройства в пространстве и узнать угол отклонения. Конечно, в телефоне нет непосредственно вращающегося волчка, гироскоп представляет собой микроэлектромеханическую систему (МЭМС), содержащую микроэлектронные и микромеханические компоненты.
Как это работает на практике? Представим, что вы играете в любимую игру. Например, гонки. Чтобы повернуть руль виртуального автомобиля не нужно нажимать никаких кнопок, достаточно лишь изменить положение своего гаджета в руках.
Как видим, гироскопы – удивительные приборы, обладающие полезными свойствами. Если вам понадобится решить задачу на расчет движения гироскопа в поле внешних сил, обращайтесь к специалистам студенческого сервиса, которые помогут вам справится с ней быстро и качественно!
Как это работает. Гироскоп
Механизм, изобретенный в начале XIX века, сегодня находит применение практически повсеместно. Гироскопы используются в системах навигации кораблей и самолетов, в мобильных устройствах, игровых приставках и квадрокоптерах. Рассказываем об удивительном гироскопе – его истории, устройстве и принципе действия.
От детского волчка до полетов в космос
В основе многих научных открытий лежит наблюдение за простыми повседневными вещами. Так и один из важных приборов, применяющихся в составе современных устройств, – гироскоп – родился из старинной детской игрушки, известной как волчок. Сильно раскрученный волчок, удерживающий вертикальное положение даже при воздействии на него внешних сил, привлек внимание ученых. Изучая его свойства, люди науки задумывались о практическом применении эффекта. Волчком интересовались англичанин Исаак Ньютон, российский академик Леонард Эйлер, опубликовавший в 1765 году труд «Теория движения твердых тел», и другие ученые.
Первые механические гироскопы появились в начале XIX века. Но только в 1852 году французский физик Леон Фуко предложил использовать устройство для контроля изменения направления и дал ему название «гироскоп». Первый промышленный гироскоп был создан в конце XIX века − австрийский инженер Людвиг Обри придумал использовать его для стабилизации курса торпеды.
Следующим шагом в истории гироскопии стало создание лазерного гироскопа. Подготовка к его «рождению» заняла практически весь XX век, ведь для этого нужно было подтянуть квантовую физику и создать новые методы обработки материалов. Разработка лазерных гироскопов началась в 1970-х годах, а массовое применение пришлось на 2000-е. Сегодня мы находимся на этапе развития нового поколения гироскопов – волновых твердотельных и микромеханических.
В наше время гироскопы применяются в самых разных областях: для стабилизации фото- и видеокамер, в мобильных устройствах и игровых контроллерах, в огнестрельном оружии и робототехнике, в гироскутерах и квадрокоптерах, в системах навигации и управления в авиации, на кораблях и в космосе. Современные гироскопы на МЭМС-технологиях могут достигать миллиметровых размеров.
Устройство механического гироскопа
Как мы уже выяснили, гироскопы различаются в зависимости от принципа действия. Волчок, или юла – это простейший вариант механического гироскопа. Если массивный волчок раскрутить до достаточно высокой скорости, он сможет долго простоять в вертикальном положении, пока не затормозится, а также практически не отклоняться по вертикальной оси при применении к нему силы. Волчок не падает благодаря тому, что вращающееся тело стремится сохранить величину своей угловой скорости и направление оси вращения. Свободно вращающийся волчок под воздействием внешней силы отклоняется не в направлении этой силы, а перпендикулярно ей. Это явление называется прецессией.
Рассмотрим устройство на примере чуть более сложного роторного гироскопа с тремя степенями свободы. Подобный гироскоп, способный выполнять роль гирокомпаса, демонстрировал Леон Фуко. Три степени свободы гироскопа обеспечиваются с помощью карданового подвеса. Он состоит из двух колец: большого кольца, которое может вращаться вокруг вертикальной оси, и малого кольца, вращающегося вокруг горизонтальной оси. Внутри малого кольца закрепляется вращающееся тело – ротор. В результате благодаря кардановой системе подвеса ось ротора может иметь любое направление.
Механический гироскоп в движении
Для начала работы ротор раскручивается: чем быстрее раскручено колесо ротора, тем выше его сопротивление изменениям направления оси вращения. Как бы мы ни вращали все устройство, движущийся внутри него ротор сохраняет направление оси вращения в пространстве.
На этих свойствах вращающегося гироскопа основана работа гирокомпаса. Например, в авиации гирокомпас позволяет определять положение самолета в отсутствие ориентиров. Если самолет кренится в продольной или поперечной плоскости, с помощью гирокомпаса пилот увидит это отклонение по приборам. Кроме того, гирокомпас необходим в работе автопилота.
При очевидной полезности у механического гироскопа есть ряд недостатков. Для его стабильной работы нужны уникальные подшипники и предельная балансировка. Кроме того, на точность показаний влияет неизбежное трение в осях устройства.
Лазерный гироскоп − до сих пор на высоте
Избавиться от перечисленных слабых мест механики удалось в гироскопах следующего поколения − лазерных. В основе работы лазерного гироскопа – эффект Саньяка, открытый еще в 1913 году. Его суть заключается в том, что время прохождения светового луча по замкнутому контуру зависит от того, покоится или вращается данный контур, а также от направления его вращения. Применить этот эффект в гироскопии удалось только с появлением лазеров.
Первые работы по созданию лазерного гироскопа были начаты практически одновременно в США и СССР. В 1962 году американские ученые В. Мацек и Д. Девис создали и запустили первый макетный образец лазерного гироскопа на базе кольцевого газового He-Ne-лазера. В середине 1963 года аналогичный результат был достигнут советскими учеными Л.Н. Курбатовым (НИИПФ) и В.Н. Курятовым (НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха, сегодня входит в холдинг «Швабе» Ростеха).
Бесплатформенная навигационная система БИНС-СП-1 с лазерным гироскопом
Впоследствии наиболее значимые разработки лазерных гироскопов были организованы в НИИ «Полюс» под руководством его основателя М.Ф. Стельмаха, а начиная с 1969 года запущено промышленное производство и поставки серийных образцов.
Сегодня применяются лазерные гироскопы трех основных типов – вибрационный, фарадеевский и зеемановский. У первого частотная подставка основана на механическом реальном вращении гироскопа путем угловых вибраций, у второго и третьего – на искусственном, электрически управляемом расщеплении частот встречных волн в гироскопе. Лазерные гироскопы используются в составе инерциальных навигационных систем, позволяющих определять местоположение самолета без опоры на внешние источники информации.
Помимо НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха на сегодняшний день масштабными производителями лазерных гироскопов являются Раменский приборостроительный завод и Тамбовский завод «Электроприбор», входящие в «Концерн Радиоэлектронные технологии». Их гироскопы применяются в навигационных устройствах, которые устанавливаются на десятки моделей российских самолетов и вертолетов. Несмотря на общую тенденцию к миниатюризации техники и на совершенствование гироскопов на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС-технологии), лазерные гироскопы в силу своей высокой точности продолжают доминировать на рынке навигационных устройств.
События, связанные с этим
Как это работает. Высотомер
Ка-62: из военных в гражданские
Как работает гироскоп в самолете
Для людей, которые не могут воспринимать одновременно большое количество новой информации, установлены хештеги (#короче, #проще говоря) в конце каждого мини-текста.
На самом деле, если ротор гироскопа не вращается, то его поведение не отличается от обычного твёрдого тела. Грубо говоря, без вращения ротора этот прибор бесполезен.
Если вы попробуете ударить по рамке прибора, то это вызовет только её вращение.
Всё изменится, если ротор будет вращаться с определённой угловой скоростью, допустим, относительно оси OY.
Теперь ударим по рамке ещё раз. На первый взгляд, видимого эффекта нет. Гироскоп не отклонится от исходного положения. Но если приглядеться, то мы заметим, что прибор колеблется с небольшой амплитудой. Затем эти колебания быстро затухают.
Приложенный момент к первой или второй рамке вызывает их вращение, но это вращение намного медленнее, чем если бы ротор был неподвижен.
Это медленное движение, вызванное внешним моментом, называется прецессионным вращением гироскопа, или прецессией гироскопа.
Если вам захочется изменить направление внешнего момента (ударить по рамке в другую сторону), то и направление прецессии гироскопа изменится.
Однако, если внешний момент постоянен, то изменить направление прецессии может изменение направление вектора углового скорости ротора.
Другими словами, быстровращающийся ротор оказывает сопротивление любому приложенному усилию, которое пытается изменить направление оси его вращения.