CC BY
112
УДК 621
ДВУХОСНЫЙ ИНДИКАТОРНЫЙ ГИРОСТАБИЛИЗАТОР
Е. А. Разин Научный руководитель - Г. Г. Назаров
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
Рассмотрены классификация гиростабилизатора, принцип работы двухосного индикаторного гиростабилизатора, его кинетическая схема, его уравнения движения.
Ключевые слова: инерциалъный измерительный блок, гироскопы, акселерометры. ДВУХОСНЫЙ ИНДИКАТОРНЫЙ ГИРОСТАБИЛИЗАТОР
Е. А. Разин Научный руководитель - Г. Г. Назаров
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
Рассмотрены классификация гиростабилизатора, принцип работы двухосного индикаторного гиростабилизатора, его кинетическая схема, его уравнения движения.
Keywords: inertial measurement unit, gyroscopes, accelerometers.
Развитие современной ракетной, а также авиационной техники приводит к значительному росту скорости, маневренности и высоты полета летательных аппаратов. Важные задачи по управлению аппаратами решаются с помощью гироскопических систем и устройств. Так же, на гироскопические системы возложены сложные задачи по стабилизации и управлению специальными бортовыми системами. К созданию гиростабилизаторов и привели требования достижения высокой точности стабилизации бортовых систем, обладающих существенным весом и моментом инерции на установленном пространстве.
Гиростабилизатором (ГС) называется прибор, в котором слежение за внешним моментом исполняется с помощью гироскопа, так же он компенсирует момент с помощью двигателя, сохраняя в неизмененном положении стабилизируемую массу.
Классификация ГС разнообразна, однако невзирая на это основное условие, которое к ним предъявляется это точность сохранения заданного положения платформы при действии на нее разнообразных динамических возмущений со стороны объекта, на котором установлена.
Классификация гиростабилизаторов
Гиростабилизатор
№ п/п По количеству стабилизирующих осей По применяемому чувствительному элементу
1 Одноосный гиростабилизатор Силовые с дважды интегрирующим гироскопом
2 Двухосный гиростабилизатор Индикаторно-силовые с поплавковым интегрирующим гироскопом или с датчиком угловых скоростей
3 Трехосный гиростабилизатор Индикаторые с динамически настраиваемым гироскопом
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2020. Том 1
Двухосные гиростабилизаторы (ДГ) применяют для стабилизации и управления радиолокационными антеннами, прицелами, аэрофотоаппаратами, а также в качестве чувствительных элементов автопилотов и инерциальных систем.
В двухосных гиростабилизаторах два одноосных соединены в единую систему, принцип действия каждого из них не отличается от принципа действия одноосного гиростабилизатора или гирорамы.
В зависимости от числа применяемых гироскопов различают двухгироскопные и четырёхгироскопные гировертикали.
Также, двухосные ГС применяются в системах самонаведения зенитных ракет. Самонаведением является способ управления, при котором, требуемые сигналы для наведения ракеты на цель вырабатываются в аппаратуре ракеты за счёт отражения или излучения целью какого-либо вида энергии.
Для вырабатывания информации о перемещении цели используют устройство, называемое головкой самонаведения. Для того чтобы вырабатывать сигнал управления головка самонаведения должна быть нечувствительной к колебаниям ракеты и следить за целью автоматически. Гиростабилизатор работает в двух режимах - стабилизации и слежения за целью.
Выделяются основные возмущающие моменты, действующие вокруг осей стабилизации:
- возникающие в опорах осей карданова подвеса гиростабилизатора, моменты трения;
- возникающие при статической несбалансированности элементов ГС в неустановившемся режиме полёта, инерционные моменты;
- возникающие при поворотах корпуса ГС вследствие геометрической погрешности кардана, инерционные моменты платформы и рамок карданова подвеса;
- возникающие при движении «обкатки» и при карданном повороте рамок карданова подвеса, инерционные моменты порождаемые вращением с ускорением роторов электродвигателей разгрузки;
- моменты «тяжения» проводов.
Двухосный индикаторный гиростабилизатор (ДГС) можно рассматривать как систему автоматического регулировки, гироскопические приборы в которых, установленные на платформе, являются чувствительными элементами, определяющими расположением предмета, а также управляющими следящими системами. В ходе стабилизации на чувствительный элемент силового воздействия на платформу не оказывает.
Чувствительным элементом двухосного индикаторного стабилизатора могут быть шаровой гироскопы или трехстепенный, динамически настраиваемый. На рисунке 1 изображена кинематическая схема двухосного индикаторного гиростабилизатора.
Гироскоп устанавливается на платформу так, чтобы вектор кинетического момента Н был направлен вдоль стабилизируемой оси платформы. Это положение гироскопа соответствует нулевым сигналам с датчиков углов 1 и 2. Кроме датчиков углов по осям гироскопа установлены датчики моментов 3 и 4.
Кинематическая схема индикаторного ДГС
Движение гироскопа на платформе описывается следующими уравнениями:
Аг{шуп + аг) + Kdlal —Ншх = Мнупр + Мнеозм,
Вгшх + Kd2ßr + Ншу = Мвупр + Мввозм,
где - Ar, Вг моменты инерции гироскопа относительно наружной и внутренней осей; Kd1, Kd2 - коэффициенты демпфирования; MH.ynp , M„.eo3M , Me.ynp , Me,eo3M - управляющие и возмущающие моменты. rnx ,rny -проекции угловой скорости гироузла на связанные оси.
Платформа укреплена в раме с опорами, которые располагаются в корпусе. На осях наружной рамки гироскопа имеются датчики углов, управляемые через усилитель двигателями стабилизации, обеспечивающими стабилизацию платформы относительно осей Oy и Oz.
Датчики моментов используются в режиме приведения стабилизатора. Съём сигналов, пропорциональных углам тангажа и рыскания, производится с помощью датчиков углов.
Платформа ДГС имеет две степени свободы относительно объекта, а вращение платформы вокруг оси, которая перпендикулярна плоскости заключающей оси стабилизации, происходит вместе с объектом.
На динамику гиростабилизатора и его точностные свойства существенно влияет выбор гироскопического чувствительного элемента в индикаторных гиростабилизаторах. Рассмотрим гиростабилизатор на базе трехстепенного гироскопа (ТГ). Трехстепенный гироскоп - астатический, центр тяжести совпадает с точкой пересечения осей карданова подвеса. Сила тяжести не имеет влияния на движение оси такого гироскопа и её уходы при внешних возмущениях могут вызываться лишь моментами сил в осях подвеса. При отсутствии моментов внешних сил гироскоп называется свободным. В, установленном на высокосовершенных подшипниках с незначительным трением хорошо сбалансированном (астатическом) и достаточно быстро вращающемся, гироскопе момент внешних сил практически отсутствует, так что гироскоп долго сохраняет почти неизменной свою ориентацию в пространстве. Поэтому гироскоп, закрепленный на основании, может указывать угол поворота. Гироскоп - главная часть таких приборов, как указатель горизонта, сторон света, курса, поворота, гирокомпас. Внутри этих приборов вращаются со скоростью в несколько десятков тысяч оборотов в минуту, укрепленные в кардановом подвесе, небольшие роторы волчки. Корпус прибора можно поворачивать, при этом ось вращающегося гироскопа будет сохранять тоже положение в пространстве.
Библиографические ссылки
1. Анухин, В.И. Допуски и посадки. Выбор и расчет, указание на чертежах: учеб. пособие. / В.И. Анухин. 5-е изд., перераб. и доп. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2012. - 219 с.
2. Коновалов, С.Ф, Гироскопические системы. Проектирование гироскопических систем, 4.III: Учебное пособие / С.Ф. Коновалов, Е.А Никитин, Л.М Селиванова; под ред. Д.С. Пельпор М.: Высшая школа, 1980. 128 с.
3. Лысов, А.Н. Теория гироскопических стабилизаторов / А.Н. Лысов, A.A. Лысова. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2009. - 115 с.
4. Моментные электродвигатели и индукционные датчики угла для прецизионных электроприводов и цифровых безредукторных следящих систем. Государственный научный центр Российской Федерации, федеральное государственное унитарное предприятие центральный научно-исследовательский институт «Электроприбор». - СПб: Электроприбор, 2005. - 78 с.
© Разин Е. А., 2020
