| коростей.
Типы подвесов гироскопов. В гироскопах с механическим ротором различают механический, поплавковый, газовый, магнитный, электростатический типы подвесов. В большинстве Г. у. используются гироскопы с механич. подвесом, выполненным в виде карданова подвеса (см. Гироскоп).
В различных двух- и трёхстепенных гироскопах для разгрузки механич.опор, применяются жидкостные, или поплавковые, подвесы (напр., в поплавковом интегрирующем гироскопе), вследствие чего подобные гироскопы мало подвержены вибрационным, ударным и др. возмущающим воздействиям и обладают высокой точностью.
Существенное повышение точности Г. у. достигается при применении гироскопов с газовым подвесом. Ротор такого, гироскопа обычно имеет сферич. форму и опирается на чрезвычайно тонкий газовый слой, образующийся между шаром-ротором и спец. опорой. Такой шар. является практически свободным гироскопом. Газовые опоры могут также применяться в осях подвеса ротора и кар-дановых колец.
В нек-рых Г. у. используется гироскоп; с магнитным подвесом, ротор к-рого, выполненный в виде ферритовой сферы, поддерживается магнитным полем во. взвешенном состоянии. Необходимые ха~ рактеристики поля автоматически регулируются спец. следящей системой. Другой разновидностью магнитного подвеса является т. н. криогенный подвес ротора, в к-ром используется взаимодействие магнитных полей, создаваемых токами в сверхпроводниках. Поддерживающие силы магнитного поля возникают при изменении положения ротора по отношению к элементам подвеса. Материал ротора, катушек электромагнитов и спец. экранов приводится в сверхпроводящее состояние путём глубокого охлаждения.
В гироскопе с электростатич. подвесом ротор представляет собой полую сферу, наружная поверхность к-рой имеет высокую проводимость. Ротор помещается между электродами, к к-рым подводится высокое напряжение, регулируемое спец. следящей системой. Под действием электростатич. сил ротор центрируется в пространстве между электродами.
Основные Г. у. По назначению Г. у. подразделяют на след, группы: 1) Г. у. для определения угловых отклонений объекта. Сюда относятся различные астатич. и позиц. гироскопы, а именно: гироскопы направления, определяющие азимутальные отклонения объекта (углы рыскания корабля или летат. аппарата), и гировертикали или гиромаятники,определяющие отклонения объекта относительно плоскости горизонта (углы килевой и бортовой качки, корабля, углы тангажа и крена летат. аппарата); 2) Г. у. для определения угловых скоростей и угловых ускорений объекта, в к-рых используются дифференцирующие гироскопы. К ним относятся гиротахометры и вибрационные гироскопы, определяющие угловые скорости вращения объекта и гиротахоакселерометры, определяющие угловые скорости и угловые ускорения вращения объекта; 3) Г. у. для определения интегралов от входных величин, в к-рых используются интегрирующие гироскопы: гироскопич. интеграторы угловых скоростей, определяющие углы отклонения объекта; интегро-дифференцирующие гироскопы, определяющие углы и угловые скорости вращения объекта, а также гироскопич. интеграторы линейных ускорений, к-рые служат для нахождения линейной скорости объекта; 4) Г. у. для стабилизации объекта или отд. приборов и устройств, а также для определения угловых отклонений объекта, наз. гироста-6илизаторами\ 5) Г. у. для решения навигационных задач. Сюда относятся: гирокомпасы, определяющие курс объекта и азимут (пеленг) ориентируемого направления; гиромагнитные компасы, определяющие магнитный курс объекта, гирошироты, предназначенные для определения широты места; гирошироткомпа-сы, с помощью к-рых определяются курс и широта местоположения объекта; гирогоризонткомпасы, служащие для определения курса объекта и углов отклонения его относительно плоскости горизонта; инерциальные навигационные системы, к-рые предназначены для нахождения ряда параметров, необходимых для навигации объектов; гироорбитанты, к-рые служат для определения углов рыскания, искусств, спутника Земли; гирорулевые, обеспечивающие автоматич. управление курсом корабля.
Г. у. применяют в морском флоте, авиации, ракетной и космич. технике, нар. х-ве для решения разнообразных задач навигации и управления подвижными объектами, а также при проведении нек-рых спец. работ (маркшейдерских, геодезич., топографич. и др.- см. Гиротеодолит).
Мит.: Крылов A. H., Общая теория гироскопов и некоторых технических их применений. Собр. трудов, т. 8, М.-Л., 1950; Булгаков Б. В., Прикладная теория гироскопов, 2 изд., M., 1955; Николаи E. Л., Теория гироскопов, Л. -M., 1948; Ишлинский А. Ю., Механика гироскопических систем, M., 1963; К у д-ревич Б. И., Теория гироскопических приборов, т. 1 - 2, Л., 1963 - 65; M е р-кин Д. Р., Гироскопические системы, M., 1956; Ройтенберг Я. H., Гироскопы, M., 1966; Граммель Р., Гироскоп, его теория и применения, пер. с нем., т. 1-2, M.,- 1952; Пельпор Д. С., Гироскопические приборы и автопилоты, M., 1964; Pивкин С. С., Теория гироскопических устройств, ч. 1 - 2, Л., 1962-64 (библ.). Л. Ю. Ишлинский, С. С. Ривкин.
ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ИНТЕГРАТОР, гироскопическое устройство, содержащее т. н. интегрирующий гироскоп, который служит для определения интеграла от воздействующей на него величины. Различают Г. и. угловой скорости и Г. и. линейных ускорений.
Г. и. угловой скорости служит для определения угла поворота объекта. Наиболее совершенным является поплавковый Г. и. (рис. 1). Ротор 1 гироскопа установлен в рамке 2, представляющей собой поплавок цилиндрич. формы; ось вращения поплавка установлена в подшипниках 3, расположенных в корпусе 4 прибора, имеющего также цилиндрич. форму. Зазор 5 между поплавком и корпусом, а также всё свободное пространство внутри корпуса заполнено жидкостью с большой плотностью. Указанная система образует жидкостный подвес. Подъёмная сила жидкости должна быть равна весу гироузла; при этом подшипники 3 подвеса оказываются практически полностью разгруженными; жидкость в зазоре между цилиндрич. поверхностями поплавка и корпуса прибора обеспечивает демпфирование, момент к-poro пропорционален угловой скорости вращения поплавка. Применение жидкостного подвеса частично предохраняет ось подвеса (ось вращения поплавка) от воздействия на неё вибраций, ударов и др. В приборе предусмотрено автоматич. регулирование темп-ры, что необходимо для поддержания постоянства плотности и вязкости жидкости, а также постоянства положения центра тяжести поплавкового гироузла и центра давления жидкости относительно оси вращения гироузла.
Рис. 1. Схема поплавкового гироскопического интегратора: а - упрощённая принципиальная; б - кинематическая; 1 - ротор; 2 - рамка (поплавок); 3 - подшипники; 4 - корпус прибора; 5 - зазор между корпусом и поплавком; 6 - датчик угла; 7 - датчик моментов; Oxyz-оси, связанные с рамкой (поплавком); - оси системы отсчёта.
При повороте объекта вокруг оси (входная ось или ось чувствительности) с угловой скоростьювозникает гироскопич. момент , где H - кинетический момент гироскопа, вызывающий вращение поплавка (рамки) вокруг оси (выходная ось) с угловой скоростью (где - угол поворота поплавка). При этом на поплавок начинает действовать момент демпфирования (6 - коэфф. демпфирования), уравновешивающий гироскопич. момент. Равенство после интегрирования даёт что позволяет по углу поворота поплавка вокруг оси , снимаемого с датчика 6, определять искомый угол поворота а объекта вокруг оси
Поплавковый Г. и. является прецизионным прибором. Основные достоинства двухстепенных поплавковых Г. и. состоят в высокой точности (собственный уход - десятые и сотые доли градуса в 1 ч); малой подверженности вибрационным, ударным и др. возмущающим воздействиям ; возможности использования для решения широкого класса задач, возлагаемых на гироскопич. устройства. Поплавковые Г. и. применяются в гироскопах направления, гировертикалях, системах гироскопич. стабилизации, используемых на различных летат. аппаратах и кораблях.
Г. и. линейных ускорений служит для определения составляющей линейной скорости центра тяжести объекта вдоль заданного направления. Г. и. представляет собой гироскоп с тремя степенями свободы, центр тяжести к-рого смещён относительно точки подвеса. Вследствие этого Г. и. чувствителен к постулат, ускорениям объекта, т. к. возникающий при этом момент сил инерции вызывает прецессию гироскопа с угловой скоростью, пропорциональной указанному моменту, т. е. величине ускорения объекта. Тогда угол прецессии будет пропорционален линейной скорости объекта, что позволяет, измерив этот угол, найти искомую скорость.
Г. и. реагирует на кажущееся ускорение объекта, т. е. на разность между абс. ускорением объекта и гравитац. ускорением (ускорением силы тяготения). Вследствие этого показания прибора пропорциональны интегралу от кажущегося ускорения, т. е. кажущейся скорости. На рис. 2 приведена принципиальная схема Г. и. с трёхстепенным неуравновешенным (тяжёлым) гироскопом гиромаятникового типа. Ротор 1, установленный в гирокамере 2, статически неуравновешен относительно оси качания O'x' в наружном кардановом кольце (рамке) 3; относительно оси (Oy) вращения рамки система полностью уравновешена. Для обеспечения перпендикулярности оси Oz гироскопа к оси (Oy) служит система коррекции, состоящая из контактного приспособления 4 я управляемого им стабилизирующего двигателя 5.
Рис. 2. Принципиальная схема гироскопического интегратора линейных ускорений: 1 - ротор, 2 - гирокамера; 3 - наружное карданово кольцо (рамка); 4 - контактное приспособление; 5 - стабилизирующий двигатель; 6 - потенциометр; - оси системы отсчёта; Oxyz - оси, связанные с гирокамерой.
Г. и. реагирует на составляющую w линейного ускорения объекта вдоль оси Показания Г. и. (величина линейной скорости объекта), пропорциональные уг-
лу а поворота рамки 3, снимаются с потенциометра 6. Если ось , совпадающая с продольной осью объекта, горизонтальна, то из формулы для угловой скорости прецессии наружной рамки после интегрирования получается а = , где v0 - нач. скорость
вдоль оси , H- кинетич. момент гироскопа; т - масса ротора и гирокаме-ры; 1 - смещение вдоль оси Oz центра тяжести ротора и гирокамеры относительно точки подвеса; v - искомая составляющая скорости объекта вдоль оси , к-рая и определяется по значению угла, снимаемого с потенциометра 6.
Если объект движется под углом к плоскости горизонта (в частности, вертикально), то для определения скорости v объекта из угла а следует вычесть тот угол, на к-рый повернётся рамка под действием силы тяготения.
Г. и. линейных ускорений применяются гл. обр. в ракетной технике. Возможно применение Г. и. в гироинерциальной вертикали (см. Гировертикаль), где он заменяет акселерометр и интегратор. А. Ю. Ишлинский, С. С. Ривкин.
ГИРОСТАБИЛИЗАТОР, гироскопическое устройство, предназначенное для стабилизации отдельных объектов или приборов, а также для определения угловых отклонений объектов. По принципу действия Г. делятся на непосредственные, силовые и индикаторные.
Непосредственные Г.- устройства, в к-рых непосредственно используются стабилизирующие свойства трёх-степенного гироскопа. Применяются в качестве успокоителей бортовой качки корабля, стабилизаторов вагона однорельсовой ж. д. и др. (вес и габариты подобных Г. весьма существенны), а также для стабилизации чувствит. элементов систем управления. Напр., Г. (рис. 1), состоящий из гирокамеры 1 с ротором, установленной в наружном кардановом кольце (раме) 2, осуществляет непосредственную стабилизацию антенны 3 и координатора 4. Координатор вырабатывает сигналы, пропорциональные углам отклонения оси антенны от заданного направления OA. Эти сигналы через усилители-преобразователи 5 и 6 - поступают на датчики моментов 7 и 8 системы коррекции, осуществляющей автоматич. слежение оси антенны за указанным направлением. Подобные Г. наз. гироскопическими следящими системами.
Рис. 1. Принципиальная схема гироскопической следящей системы; 1 - гирокамера с ротором; 2 - наружное карданово кольцо (рама); 3 - антенна; 4 - координатор; 5,6 - усилители-преобразователи; 7,8 - датчики моментов.
Силовые Г. ( гирорамы) - электромеханич. устройства, содержащие, кроме гироскопов, спец. двигатели для преодоления воздействия на стабилизируемый объект внешних возмущающих моментов. Применяются на кораблях, летат. аппаратах и др. объектах для стабилизации отд. приборов и устройств. Кроме того, по принципу силовой гироскопич. стабилизации работают нек-рые типы гироскопов направления, гировертикалей и комбинированных устройств, наз. гироазимутгоризонтами. Силовые Г. в зависимости от числа гироскопов в раме могут быть одно- и двухги-роскопными, а по числу осей стабилизации - одно-, двух- и трёхосными. У одноосного силового Г. с одним гироскопом (рис. 2) осн. элементами являются гирокамера 1 с ротором; рама 2, играющая роль наружного карданова кольца и жёстко связанная со стабилизируемым объектом; датчик угла 3, установленный на оси прецессии Ox; усилитель 4; стабилизирующий двигатель 5, предназначенный для приложения относительно оси стабилизациимоментов, компенсирующих действующие на раму внешние возмущающие моменты; маятник-корректор 6 и датчик моментов 7, являющиеся элементами системы коррекции Г. При действии внешнего возмущающего момента M, стремящегося повернуть раму вокруг оси , гирокамера 1 по свойствам гироскопа начнёт прецессировать вокруг оси Ox; при этом возникает гироскопич. момент , противодействующий моменту M. В дальнейшем при повороте гирокамеры вокруг оси Ox на нек-рый угол датчик угла 3 через усилитель 4 включит стабилизирующий двигатель 5, прикладывающий относительно оси момент стабилизации Мс, противоположный моменту M. В результате гирокамера начнёт прецессировать в обратном направлении и остановится (при постоянной величине M) в положении, для которого MC+M=O. T. о., в силовом Г. гироскоп осуществляет стабилизацию лишь в первый момент; в дальнейшем её обеспечивает стабилизирующий двигатель, что позволяет стабилизировать значит, массы при сравнительно небольшом весе и габаритах самого гироскопа. На практике применяют также двухгироскопные Г., обладающие рядом преимуществ по сравнению с одногироскопными.
Рис. 2. Принципиальная схема одноосного силового гиростабилизатора с одним гироскопом: 1 - гирокамера с ротором; 2 - рама; 3 - датчик угла; 4 - усилитель; 5 - стабилизирующий двигатель; 6 - маятник-корректор; 7 - датчик моментов; - оси системы отсчёта; Охуz - оси, связанные с гирокамерой; - ось прецессии; - ось стабилизации; - погрешность стабилизации; - угол прецессии.
Сочетание двух одноосных Г. даёт двухосный Г., стабилизирующий платформу относительно плоскости горизонта; этот Г. может быть также использован в качестве гировертикали силового типа. Сочетание трёх одноосных Г. даёт трёхосный силовой гиростабилизатор (гироазимутгоризонт) - устройство, состоящее из гироскопа направления (гиро-азимута)и гировертикали (гирогоризонта). Он служит для измерения трех углов, определяющих положение объекта, и применяется на кораблях и самолётах. Трёхосный Г. используется также для пространственной стабилизации нек-рой платформы (гиростабилизирован-ная платформ а). Подобные Г. применяют в инерциалъных навигационных системах.
Индикаторные Г.- системы автоматич. регулирования, в к-рых гироскопич. устройства, установленные на стабилизируемом объекте (напр., платформе), являются чувствит. или задающими элементами, определяющими положение объекта и управляющими следящими системами; стабилизация же объекта (платформы) осуществляется с помощью следящих систем. В качестве чувствит. элементов, реагирующих на угловые скорости или углы отклонения платформы, применяют двухстепенные (напр., поплавковые интегрирующие) гироскопы и гиротахометры или трёхстепенные аста-тич. гироскопы. Индикаторные Г. используют в инерциальных навигац. системах, устанавливаемых на кораблях и летат. аппаратах. А. Ю. Ишлинский, С. С. Ривкин.
ГИРОСТАБИЛИЗИРОВАННАЯ ПЛАТФОРМА, гироскопическое устройство для пространственной стабилизации к.-л. объектов или приборов, а также для определения углов поворота основания, на к-ром установлена Г. п. Подробнее см. Гиростабилизатор.
ГИРОТАХОМЕТР, указатель угловой скорости, прецессионный, или скоростной, гироскоп, датчик угловой скорости, гироскопическое устройство для определения угловой скорости объекта, на к-ром оно установлено. Наиболее распространены Г., основанные на использовании двухстепенного астатич. гироскопа. В таком Г. (рис.) ротор 1 гироскопа установлен в кардановом кольце (рамке) 2, поворот к-рого ограничивается пружиной 3, создающей восстанавливающий момент. Погашение собств. колебаний гироскопа осуществляется демпфером 4.
Принципиальная схема гиротахометра: 1 - ротор; 2 - карданово кольцо; 3 - пружина; 4 - демпфер; 5 - потенциометр; - оси системы отсчёта, Охуz - оси, связанные с кардановым кольцом.
При вращении объекта вокруг оси (входная ось) с нек-рой угловой скоростью рамка повернётся вокруг оси (выходная ось) на угол р, связанный с равенством: , где H - кинетич. момент гироскопа, с - коэфф., зависящий от жёсткости пружины и места её крепления. Значения 3 снимаются с потенциометра 5 и по ним определяется искомая величина. Порог чувствительности Г. к угловой скорости объекта измеряется десятыми долями градуса в сек. Существуют и более точные Г., в к-рых используется поплавковый подвес (см. Гироскопический интегратор).
Г. применяются на летат. аппаратах в качестве указателей поворотов и чув-ствит. элементов систем автоматич. стабилизации. На кораблях Г. применяют в успокоителях качки и в др. системах. Возможно использование Г. и в инерциалъных навигационных системах.
Существуют также приборы, наз. гиротахоакселерометрами, определяющие одновременно и угловую скорость, и угловое ускорение объекта. В них используется астатич. гироскоп с 3 степенями свободы. Подобные приборы применяют, напр., в автопилотах самолётов.
А. Ю. Ишлинский, С. С. Ривкин.
ГИРОТЕОДОЛИТ, гироскопич. визирное устройство, предназначенное для ориентирования туннелей, шахт, топогра-фич. привязки и др. Г. служит для определения азимута (пеленга) ориентируемого направления и широко используется при проведении маркшейдерских, геодезич., топографич. и др. работ. По принципу действия Г. является |
