Asas teori gunaan giroskop. Andaian teori asas giroskop

Pengalaman menunjukkan bahawa gerakan precessional giroskop di bawah tindakan daya luar biasanya lebih rumit daripada yang diterangkan di atas dalam rangka teori asas. Jika anda memberi giroskop tolakan yang mengubah sudut (lihat Rajah 4.6), maka precession akan berhenti menjadi seragam (sering disebut: biasa), tetapi akan disertai dengan putaran kecil dan gegaran bahagian atas giroskop - pemakanan. Untuk menerangkannya, adalah perlu untuk mengambil kira ketidakpadanan jumlah vektor momentum sudut L, halaju sudut serta-merta putaran, dan paksi simetri giroskop.

Teori tepat giroskop adalah di luar skop kursus fizik am. Ia mengikuti daripada hubungan bahawa hujung vektor L bergerak mengikut arah M, iaitu, berserenjang dengan menegak dan paksi giroskop. Ini bermakna bahawa unjuran vektor L pada menegak dan pada paksi giroskop kekal malar. Satu lagi pemalar ialah tenaga

(4.14)

di mana - tenaga kinetik giroskop. Menyatakan dan dari segi sudut Euler dan terbitannya, kita boleh gunakan persamaan Euler, huraikan pergerakan badan secara analitik.

Hasil huraian sedemikian adalah seperti berikut: vektor momentum sudut L menerangkan kon precession yang tidak bergerak di angkasa, dan paksi simetri giroskop bergerak mengelilingi vektor L sepanjang permukaan kon nutasi. Bahagian atas kon nutasi, serta bahagian atas kon precession, terletak pada titik di mana giroskop ditetapkan, dan paksi kon nutasi bertepatan dengan arah L dan bergerak bersamanya. Halaju sudut nutasi ditentukan oleh ungkapan

(4.15)

di mana dan ialah momen inersia badan giroskop tentang paksi simetri dan tentang paksi yang melalui titik tumpu dan berserenjang dengan paksi simetri, ialah halaju sudut putaran di sekeliling paksi simetri (rujuk (3.64)) .

Oleh itu, paksi giroskop terlibat dalam dua pergerakan: nutasi dan precession. Trajektori pergerakan mutlak bahagian atas giroskop adalah garisan rumit, contohnya ditunjukkan dalam Rajah. 4.7.

nasi. 4.7.

Sifat trajektori di mana bahagian atas giroskop bergerak bergantung pada keadaan awal. Dalam kes Rajah. 4.7a, giroskop dipusingkan mengelilingi paksi simetri, dipasang pada dirian pada sudut tertentu terhadap menegak, dan dilepaskan dengan berhati-hati. Dalam kes Rajah. 4.7b, ia juga diberikan sedikit tolak ke hadapan, dan dalam kes rajah. 4.7c - tolak ke belakang sepanjang precession. Lengkung dalam rajah. 4.7 adalah agak serupa dengan sikloid yang diterangkan oleh titik pada rim roda yang bergolek pada satah tanpa tergelincir atau dengan tergelincir dalam satu arah atau yang lain. Dan hanya dengan memaklumkan giroskop tentang tolakan awal dengan magnitud dan arah yang jelas, adalah mungkin untuk mencapai bahawa paksi giroskop akan mendahului tanpa nutasi. Lebih cepat giroskop berputar, lebih besar halaju sudut nutasi dan lebih kecil amplitudnya. Dengan putaran yang sangat cepat, nutasi menjadi hampir tidak dapat dilihat oleh mata.

Ia mungkin kelihatan pelik: mengapa giroskop, yang diputar, ditetapkan pada sudut menegak dan dilepaskan, tidak jatuh di bawah tindakan graviti, tetapi bergerak ke sisi? Di mana tidak tenaga kinetik pergerakan precessional?

Jawapan kepada soalan-soalan ini hanya boleh didapati dalam kerangka teori giroskop yang tepat. Malah, giroskop benar-benar mula jatuh, dan gerakan precessional muncul sebagai akibat daripada undang-undang pemuliharaan momentum sudut. Malah, sisihan ke bawah paksi giroskop membawa kepada penurunan dalam unjuran momentum sudut pada arah menegak. Penurunan ini mesti diimbangi oleh momentum sudut yang dikaitkan dengan gerakan precessional paksi giroskop. DARI titik tenaga Dari segi pandangan, tenaga kinetik precession muncul disebabkan oleh perubahan dalam tenaga potensi giroskop

Jika, disebabkan geseran dalam sokongan, nutasi dipadamkan lebih cepat daripada putaran giroskop di sekeliling paksi simetri (sebagai peraturan, ia berlaku), maka tidak lama selepas "permulaan" giroskop, nutasi hilang dan tulen presesi kekal (Rajah 4.8). Dalam kes ini, sudut kecondongan paksi giroskop ke menegak ternyata lebih besar daripada pada mulanya, iaitu tenaga keupayaan giroskop berkurangan. Oleh itu, paksi giroskop mesti direndahkan sedikit untuk dapat mendahului sekitar paksi menegak.

nasi. 4.8.

Daya gyroscopic.

Mari beralih kepada pengalaman mudah: ambil aci AB dengan roda C dipasang padanya (Gamb. 4.9). Selagi roda tidak dipusing, tidak sukar untuk memutar aci di angkasa dengan cara sewenang-wenangnya. Tetapi jika roda tidak berpusing, maka cuba untuk memusingkan aci, sebagai contoh, masuk satah mendatar dengan sedikit halaju sudut membawa kepada kesan yang menarik: aci cenderung untuk melarikan diri dari tangan dan berputar dalam satah menegak; ia bertindak pada tangan dengan daya tertentu dan (Rajah 4.9). Ia dikehendaki menggunakan usaha fizikal yang ketara untuk mengekalkan aci dengan roda berputar dalam satah mendatar.

Kami memutar giroskop di sekelilingnya mengelilingi paksi simetrinya kepada halaju sudut tinggi (momentum L) dan mula memutarkan bingkai dengan giroskop tetap di dalamnya mengelilingi paksi menegak OO "dengan halaju sudut tertentu seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.10. Momen sudut L, akan menerima kenaikan yang mesti disediakan oleh saat kuasa M digunakan pada paksi giroskop. sekejap M, seterusnya, dicipta oleh sepasang daya yang timbul daripada putaran paksa paksi giroskop dan bertindak pada paksi dari sisi bingkai. Menurut undang-undang ketiga Newton, paksi bertindak pada bingkai dengan daya (Rajah 4.10). Daya ini dipanggil gyroscopic; mereka cipta momen giroskopik Penampilan daya giroskopik dipanggil kesan gyroscopic. Daya giroskopik inilah yang kita rasa apabila kita cuba memusingkan paksi roda berputar (Gamb. 4.9).

di manakah halaju sudut pusingan paksa (kadang-kadang mereka berkata: pendahuluan paksa). Dari sisi gandar, momen yang bertentangan bertindak pada galas

(4.)

Oleh itu, aci giroskop ditunjukkan dalam Rajah. 4.10 akan menekan ke atas dalam galas B dan memberikan tekanan pada bahagian bawah galas A.

Arah daya giroskopik boleh didapati dengan mudah menggunakan peraturan yang dirumuskan oleh N.E. Zhukovsky: daya giroskopik cenderung untuk menggabungkan momentum sudut L giroskop dengan arah halaju sudut pusingan paksa. Peraturan ini boleh ditunjukkan dengan jelas menggunakan peranti yang ditunjukkan dalam Rajah. 4.11.

1.1.1. Definisi istilah "gyroscope"

Selaras dengan keadaan semasa dan prospek pembangunan teknologi gyroscopic giroskop dalam erti kata yang luas, peranti yang mengandungi unsur berputar atau berayun dan membenarkan, atas dasar ini, untuk mengesan dan mengukur putaran dalam ruang inersia tapak di mana peranti INI dipasang dipanggil. Takrifan ini sepadan dengan makna istilah giroskop, yang diperkenalkan pada tahun 1852 oleh ahli fizik Perancis L. Foucault (1819-1868), yang dibentuk daripada dua perkataan Yunani; giros - putaran dan skopein - untuk melihat, memerhati, iaitu dalam terjemahan bebas, giroskop ialah penunjuk putaran.

Sebagai giroskop, badan pepejal, cecair dan gas berputar boleh digunakan, kemungkinan menggunakan sifat giroskop zarah - nukleus atom atau elektron dengan putaran atau momen orbit - telah terbukti secara praktikal. Giroskop laser telah dicipta berdasarkan penjana kuantum optik.

Walau bagaimanapun, pada masa ini, dalam peranti teknikal, terutamanya dalam tentera laut, giroskop paling banyak digunakan, yang menggunakan simetri dinamik yang berputar dengan pantas. padu(pemutar), digantung sedemikian rupa sehingga paksi putarannya sendiri boleh sewenang-wenangnya menukar arah di angkasa. Oleh itu, bahagian utama giroskop ialah pemutar dan penggantungannya.

Paksi putaran rotor dipanggil paksi utama giroskop (paksi angka). Mana-mana dua paksi lain yang terletak pada satah putaran rotor sendiri dan berserenjang antara satu sama lain dan pada paksi utama dipanggil khatulistiwa.

Konsep "pemutar berkelajuan tinggi" bermaksud halaju sudut putaran pemutar sendiri adalah banyak tertib magnitud yang lebih besar daripada halaju sudut yang boleh dimilikinya berbanding paksi khatulistiwa,

Pusat penggantungan giroskop ialah titik yang kekal sebagai satu-satunya titik tetap semasa semua pergerakan putaran pemutar. Jika pusat jisim giroskop bertepatan dengan pusat ampaian, maka giroskop dipanggil astatik, atau seimbang, jika tidak sepadan - berat.

Giroskop dikatakan bebas jika tiada momen daya luar bertindak ke atasnya. Dalam kejuruteraan, giroskop percuma sering difahami sebagai giroskop astatik dengan momen daya geseran yang sangat kecil pada ampaian.

1.1.2. Suspensi yang digunakan dalam giroskop

Tahap kesempurnaan giroskop yang dibina berdasarkan pemutar pepejal sebahagian besarnya bergantung pada kualiti penggantungannya. Melalui penggantungan, pemutar giroskop disambungkan ke pangkalan (objek, platform) di mana ia dipasang. Penggantungan giroskop dianggap lebih baik, semakin kurang pergerakan sudut tapak dihantar ke pemutar.

Semua giroskop (elemen penderiaan giroskop) boleh dibahagikan kepada dua kelas bergantung pada objek penggantungan:

ruang (cangkang) yang mengandungi pemutar berputar pantas (atau sistem pemutar). Dalam kelas giroskop ini, gimbal, hidrostatik (dalam kombinasi dengan penggantungan elektromagnet atau elastik), serta penggantungan gas-statik digunakan;

pemutar berputar pantas. Dalam kelas giroskop ini, penggantungan digunakan - elektrostatik, hidrodinamik, elektromagnet, kriogenik, gas-dinamik, dan juga berputar anjal.

Dalam giroskop yang menggunakan medan elektrostatik atau elektromagnet atau tekanan cecair atau gas untuk penggantungan, rotor itu sendiri atau ruang yang mengandungi rotor, sebagai peraturan, mempunyai bentuk sfera. Bentuk ini adalah yang paling mudah dari sudut pandangan untuk memastikan simetri daya sokongan bertindak.

Jika komponen asas giroskop yang diperlukan adalah pemutar dan penggantungan, maka giroskop yang dimaksudkan untuk digunakan dalam peranti giroskop mesti mempunyai: pemutar (ruang dengan pemutar), pemacu (untuk memberikan pemutar gerakan putarannya sendiri) , dan dalam beberapa kes penderia sudut (untuk menjejaki di belakang kedudukan sudut giroskop), dan penderia tork untuk menindih kawalan dan momen pembetulan.

Buku ini bertujuan sebagai alat bantu mengajar untuk pelajar teknikal yang lebih tinggi institusi pendidikan pakar dalam bidang instrumentasi giroskopik. Ia menggariskan asas gunaan yang digunakan dalam sistem untuk menstabilkan dan mengawal objek bergerak, serta prinsip peranti, ciri reka bentuk, metodologi dan beberapa kesilapan instrumental instrumen giroskopik pemutar tunggal.
Perhatian yang besar diberikan untuk menerangkan entiti fizikal fenomena gyroscopic. Untuk pemahaman yang lebih baik peruntukan teori buku disediakan Kuantiti yang besar contoh untuk menggalakkan kajian bebas subjek, terutamanya pelajar fakulti surat-menyurat dan petang.
Buku ini mungkin berguna kepada pekerja saintifik dan kejuruteraan yang terlibat dalam reka bentuk, pengiraan dan penyelidikan peranti.

Isi kandungan
Kata pengantar
pengenalan
§ 1. Tugas utama pelayaran
§ 2. Tindak balas jarum magnet dan bandul kepada gangguan luar
§ 3. Sifat badan yang berputar dengan pantas
Bab I Sifat Fizikal
§ 4. Pecutan putaran
§ 5. Daya yang diperlukan untuk menyampaikan pecutan putaran kepada badan
§ 6. Momen tindak balas giroskopik
§ 7. Menentukan momen tindak balas giroskopik dalam kes umum
§ 8. Undang-undang precession
Bab II Persamaan gerakan dan analisisnya
§ 9. Skim kinematik utama penggantungan giroskop
§ 10. Persamaan gerakan sistem giroskopik
§ 11. Permudahkan persamaan gerakan sistem giroskopik
§ 12. Kajian dalam penghampiran pertama persamaan gerakan pemutar di sekeliling paksi utama giroskop
§ 13. Linearisasi sistem persamaan gerakan giroskop
§ 14. Pergerakan giroskop di bawah pengaruh momen daya luar serta-merta ke atasnya (penghampiran pertama)
§ 15. Pergerakan giroskop di bawah tindakan momen malar daya luar (penghampiran pertama)
§ 16. Trajektori tiang giroskop
§ 17. Pergerakan giroskop di bawah pengaruh momen daya luar, berubah mengikut undang-undang harmonik
§ 18. Tindakan momen daya luar pada giroskop dengan dua darjah kebebasan
Bab III Penambahbaikan hasil kajian tentang gerakan giroskop dalam ampaian kardan
§ 19. Perubahan dalam momen daya luaran yang bertindak pada giroskop berbanding paksi utamanya, pada kelajuan putaran pemutar yang stabil
§ 20. Hanyutan sistematik yang timbul daripada ayunan nutasi giroskop
Seksyen 21. Sebab fizikal, yang menentukan hanyutan sistematik giroskop hasil daripada ayunan nutasinya
§ 22. Hanyutan sistematik giroskop yang dihasilkan oleh ayunannya
§ 23. Pergerakan giroskop dalam ampaian gimbal sehingga pemutarnya mencapai halaju sudut malar bagi putarannya sendiri
Bab IV Persamaan gerakan giroskop dalam sistem koordinat bergerak dan analisisnya
§ 24. Merangka persamaan gerakan giroskop dalam sistem koordinat bergerak
§ 25. Persamaan mudah gerakan giroskop dalam sistem koordinat bergerak
§ 26. Kajian dalam penghampiran pertama gerakan giroskop dalam sistem koordinat bergerak
§ 27. Pergerakan giroskop dalam ampaian gimbal, yang tapaknya tetap tidak bergerak pada permukaan bumi berbanding dengan satah ufuk dan meridian
§ 28. Penyimpangan daripada mercu tanda bumi bagi giroskop dalam ampaian gimbal, asasnya tidak bergerak di permukaan bumi, dan paksi ampaian menduduki kedudukan sewenang-wenangnya
§29
Seksyen 30
§ 31. Hanyutan sistematik giroskop, disebabkan oleh putaran asas peranti
§ 32. Pengaruh putaran asas peranti pada sifat pergerakan giroskop dengan dua darjah kebebasan
Bab V
§ 33. Daya geseran dan ciri-ciri momen yang mereka cipta
§ 34. Keperluan utama untuk momen daya geseran dalam penyokong instrumen giroskopik
§ 35. Pengaruh daya geseran likat pada gerakan giroskop
§ 36. Pengaruh daya geseran kering pada sifat gerakan giroskop
§ 37. Pengaruh momen daya geseran kering dalam sokongan ampaian pada sifat pergerakan giroskop semasa ayunan harmonik tapaknya
§ 38. Pengaruh daya geseran kering pada giroskop pada rawak turun naik asasnya
Bab VI Giroskop Astatik
§ 39. Penggunaan giroskop astatik dalam sistem kawalan untuk objek bergerak
§ 40. Alat giroskopik menegak dan ufuk
§ 41. Giroskop astatik untuk mengukur sudut sisihan objek dari arah gerakan tertentu
§ 42. Faktor yang menyebabkan ralat semasa mengukur sudut putaran objek dengan giroskop astatik
§ 43. Ralat kard giroskop astatik
§ 44. Kajian tentang ralat kardan giroskop astatik
§ 45. Pemasangan giroskop astatik mengikut tanda tanda darat
§ 46. Trajektori pergerakan tiang giroskop ke kedudukan yang diperbetulkan
§ 47. Ketepatan mengekalkan kedudukan tertentu di angkasa dengan giroskop astatik
Bab VII Giroskop Arah
§ 48. Prinsip peranti giroskop arah
§ 49. Analisis operasi giroskop arah paling mudah
§ 50. Meratakan paksi utama giroskop arah
§ 51
§ 52. Persamaan gerakan giroskop arah yang dipasang pada objek yang bergerak di sepanjang loksodrom, dan analisisnya
§ 53. Pergerakan giroskop arah dengan alat meratakan bandul
§ 54. Giroskop arah dengan peranti pengiraan
§ 55
§ 56. Ralat giroskop arah yang disebabkan oleh peranti meratakan. Penggantungan giroskop dwi kardan
Bab VIII Kompas Gyromagnetik
§ 57. Prinsip pengendalian kompas gyromagnetik
§ 58. Persamaan gerakan kompas gyromagnetik
§ 59. Pergerakan kompas gyromagnetik dengan pembetulan berkadar dengan ayunan terlembap jarum magnet
§ 60. Pergerakan kompas gyromagnetik yang dilengkapi dengan alat pembetulan dengan ciri berkadar, apabila getaran paksa jarum magnet
§ 61. Ayunan kendiri kompas gyromagnetik dengan ciri geganti pembetulan
Bab IX Kompas Giroskopik
§ 62. Girokompas Foucault
§ 63. Penggunaan praktikal Girocompass Foucault
§ 64. Gyrocompass untuk tapak tetap
§ 65. Gyrocompass nautika
§ 66. Ayunan berterusan girocompass
§ 67 Penyelidikan ayunan yang tidak terendam girocompass dalam anggaran kedua
§ 68. getaran yang dilembapkan girocompass
§ 69. Kerja girocompass pada objek bergerak. Sisihan kelajuan
§ 70. Pengaruh pecutan objek bergerak pada operasi girocompass
§ 71. Syarat untuk peralihan aperiodik girocompass ke kedudukan keseimbangan baru
§ 72. Gyrocompass dwi-mod
Bab X Gyrovertical
§ 73. Skim termudah bagi bandul gyro-menegak
§ 74. Sisihan berkelajuan tinggi pendulum giro-menegak. Keadaan yang tidak terganggu
§ 75. Menenangkan ayunan pendulum giro menegak
§ 76. Gyrohorizon
§ 77. Varieti utama gambar rajah litar pembetulan gyrohorizon
§ 78. Pengaruh ciri pembetulan pada pergerakan gyrohorizon ke kedudukan keseimbangan
§ 79. Pengaruh gangguan berkala pada gerakan gyrohorizon
§ 80. Penilaian perbandingan jenis utama ciri sistem pembetulan untuk instrumen giroskopik
§ 81. Pergerakan gyrohorizon apabila pusat gravitinya disesarkan berbanding dengan titik ampaian
§ 82. Sisihan gyrohorizon semasa pusingan objek
§ 83. Pampasan untuk pengaruh pecutan objek pada giro menegak
§ 84. Giro inersia menegak
Bab XI Alat Giroskopik untuk Mengukur Halaju dan Pecutan Sudut
§ 85. Jenis utama girotakometer
§ 86. Girotakometer dengan tiga darjah kebebasan
§ 87. Girotakometer dengan dua darjah kebebasan
§ 88. Varieti girotakometer dengan dua darjah kebebasan
§ 89. Kelakuan girotachometer dengan dua darjah kebebasan semasa getaran objek
§ 90. Takometer giro getaran
§ 91. Alat giroskopik untuk mengukur halaju sudut dan pecutan
Bab XII Bingkai Giroskopik
§ 92. Prinsip peranti bingkai kuasa giroskopik
§ 93. Kelakuan bingkai giroskopik pada tapak boleh alih
§ 94. Pelbagai bingkai giroskopik
§ 95. Pampasan untuk pengaruh putaran asas bingkai giroskopik di sekeliling paksi presesinya
§ 96. Kestabilan bingkai giroskopik
§ 97
§ 98. Ketepatan penstabilan bingkai giroskopik
§ 99. Pengaruh daya geseran dalam penyokong ampaian bingkai giroskopik pada ketepatan penstabilan
Bab XIII Instrumen Giroskopik dalam Sistem Kawalan, Penstabilan dan Kawalan Automatik
§ 100. Penggunaan instrumen giroskopik dalam penstabilan automatik dan sistem kawalan untuk objek bergerak
§ 101. Gambar rajah blok dan fungsi pemindahan instrumen giroskopik tanpa selektiviti
§ 102. Gambar rajah struktur dan fungsi pemindahan alat giroskopik yang diperbetulkan
§ 103. Membezakan giroskop
§ 104. Mengintegrasikan giroskop
§ 105. Giroskop penyepaduan dan geganti giroskop
§ 106. Kemungkinan menggunakan giroskop untuk menentukan lokasi objek
§ 107. Perakam giroskopik
kesusasteraan

giroskop dipanggil badan tegar simetri, berputar dengan pantas di sekeliling paksi simetri (putaran sendiri). Paksi ini boleh mengubah orientasinya di angkasa. Contoh jasad sedemikian ialah bahagian atas dengan titik tetap O (Rajah.4.1.a), giroskop dengan dua (Rajah.4.1.b) dan tiga (Rajah.4.1.c) darjah kebebasan.

Disebabkan oleh beberapa sifat khusus, peranti giroskopik digunakan secara meluas dalam kejuruteraan. Sifat-sifat ini boleh dijelaskan sepenuhnya menggunakan teori asas (anggaran) giroskop.

Biarkan badan homogen membuat putaran pantas di sekeliling paksi sendiri simetri dengan halaju sudut, dan paksi ini, seterusnya, berputar dengan halaju sudut mengelilingi paksi tetap (lihat Rajah 4.1.a). Untuk halaju sudut mutlak, formula adalah sah.

Mari sambungkan sistem koordinat Оxyz dengan badan supaya paksi itu bertepatan dengan paksi putarannya sendiri; paksi sistem ini ialah paksi utama inersia badan.

Ungkapan untuk unjuran momentum sudut badan pada paksi dan mempunyai bentuk

di manakah momen paksi inersia badan yang sepadan.

Dalam kes umum, arah vektor dan tidak bertepatan. Walau bagaimanapun, jika , maka dan boleh ditulis lebih kurang

. (4.2)

Kesamaan (4.2) menyatakan andaian asas teori asas giroskop: momentum sudut giroskop diarahkan sepanjang paksi simetrinya sendiri.

Untuk mengkaji gerakan giroskop (lebih tepat, paksinya), kita menggunakan teorem tentang perubahan momentum sudut (2.18) dalam tafsiran Resal: halaju hujung vektor momentum sudut adalah sama dengan momen utama kuasa luar berkenaan dengan titik tetap Oh, i.e.

Perkaitan (4.3) membolehkan seseorang untuk mencari hukum gerakan paksi giroskop dengan momen tertentu daya luar, atau dengan gerakan tertentu giroskop untuk menentukan momen daya yang menyebabkan gerakan sedemikian.

Mari kita pertimbangkan sifat utama giroskop dengan tiga darjah kebebasan, ditunjukkan dalam Rajah.4.1.c. Jika giroskop seimbang, maka mengikut (4.3) . Dalam kes ini, paksi giroskop kekal tidak berubah arahnya dalam sistem koordinat inersia untuk sebarang pergerakan pangkal giroskop. Harta yang dinyatakan ternyata berguna dalam pembinaan gyrohorizontals dan hoverticals, serta penunjuk arah untuk bintang tetap bersyarat.

Ambil perhatian bahawa jika kita memilih dengan cara yang istimewa, kita boleh mencapai bahawa giroskop mengekalkan arah paksinya yang sama dalam rangka rujukan bukan inersia (contohnya, dalam rangka rujukan yang dikaitkan dengan Bumi). Harta terakhir digunakan dalam reka bentuk girocompass.

Lain-lain harta yang penting ternyata giroskop yang berputar dengan pantas tidak sensitif terhadap tindakan daya jangka pendek. Sebabnya hanya semasa tindakan daya sedemikian (sebenarnya, selepas tindakan jangka pendek daya, paksi giroskop melakukan ayunan nutasi kecil yang dilembapkan, yang diabaikan dalam teori asas giroskop).

Semua sifat giroskop ini digunakan secara meluas dalam sistem navigasi.

Kedahuluan paksi giro

Jika daya malar bertindak pada paksi giroskop yang berputar dengan pantas (lihat Rajah 4.1.c), maka menurut (4.3), hujung vektor memperoleh kelajuan dalam arah momen , i.e. paksi giroskop akan mula bergerak berserenjang dengan garis tindakan daya yang dikenakan (terdapat pendahuluan giroskop). Halaju sudut precession boleh didapati dengan menyamakan ungkapan berikut untuk :

Oleh itu, kita mendapat

, (4.5)

di manakah sudut nutasi, i.e. sudut antara vektor dan (lihat Rajah.4.1.a). Pada rajah. 4.1.dalam sudut nutasi ialah .

CONTOH 4.1. Pada jarak berapakah OS = sepatutnya pusat graviti girocompass dianjak supaya paksi putarannya sentiasa menghala ke kutub geografi Bumi?

KEPUTUSAN. Oleh kerana Bumi berputar pada paksinya dengan halaju sudut , adalah perlu bahawa paksi girocompass mendahului dengan (sudah tentu, jika, apabila membuka girocompass, paksinya diarahkan ke kutub geografi Bumi). Daripada Rajah.4.1.a ia berikutan bahawa momen daya berat. Kami menggantikan ungkapan yang terhasil ke dalam (4.4) dan mencari jarak yang menarik kepada kami

Ambil perhatian bahawa dalam kes yang dipertimbangkan, halaju sudut precession tidak bergantung pada sudut nutasi , yang mengekalkan nilainya dari permulaan pergerakan girocompass.

Momen giroskopik

Mari kita beralih kepada pertimbangan masalah songsang dinamik giroskop.

Biarkan giroskop dengan dua darjah kebebasan (lihat Rajah.4.1.b) berputar dengan halaju sudut mengelilingi paksi simetri ABnya sendiri, dan paksi, seterusnya, berputar dengan halaju sudut mengelilingi paksi menegak. Momen daya luaran, di bawah tindakan yang didahului oleh giroskop, dicipta oleh daya yang dikenakan pada paksi giroskop dari sisi galas A dan B. Menurut undang-undang ketiga Newton, daya yang sama dan diarahkan bertentangan bertindak pada galas. dari sisi paksi giroskop. Momen utama daya ini berbanding dengan titik tetap O dipanggil momen giroskopik. Ia boleh dikira berdasarkan (4.3) dan (4.4):

Ini membayangkan peraturan Gruet-Zhukovsky: apabila paksi giroskop berputar dengan pantas precession dikomunikasikan, paksinya cenderung untuk ditubuhkan dengan cara yang sesingkat mungkin supaya arah vektor dan bertepatan.

CONTOH 4.2. Tentukan daya sifat giroskopik yang bertindak pada galas pemutar turbin semasa peredaran bot (lihat Rajah 4.2). Momen paksi inersia pemutar turbin, halaju sudut putarannya, jarak antara penyokong AB= , jejari edaran dan kelajuan bot diketahui.

KEPUTUSAN. Menggantikan dalam (4.6) nilai momen giroskopik (di sini - modulus daya ) dan , kita dapati: .

Ambil perhatian bahawa tindak balas yang ditemui boleh melebihi tindak balas daripada berat turbin dengan ketara. Bertindak melalui galas pada badan kapal, mereka boleh menyebabkan ia dipotong. Kesan yang sama diperhatikan dalam pesawat yang dipacu kipas secara bergilir-gilir.

Soalan dan tugas untuk mengawal diri

1. Merumuskan andaian utama teori asas giroskop.

2. Tulis teorem tentang perubahan momentum sudut dalam tafsiran Resal.

3. Bagaimana untuk mencari halaju sudut prasesi paksi giroskop jika momen daya luar yang bertindak ke atasnya diketahui (momen paksi inersia giroskop dan kelajuan putarannya di sekeliling paksinya sendiri diberikan)?

4. Apa itu momen giroskopik dan bagaimana untuk mengiranya jika momen paksi inersia giroskop diketahui, serta halaju sudut precession dan putaran yang betul.

5. Selesaikan masalah berikut daripada: 40.1; 40.4; 40.8; 40.12.

Teori Kesan Elementary

Andaian Utama

Apabila dua jasad bersentuhan pada titik bersentuhan, daya tindakan dan tindak balas yang sama arah berlawanan timbul. Undang-undang perubahan daya ini ditunjukkan dalam Rajah 5.1. Momentum daya semasa tindakannya ditakrifkan sebagai

Memandangkan semasa impak, masa tindakan daya adalah kurang berbanding selang masa yang mana pergerakan biasanya dipertimbangkan, nilai diandaikan sifar. Dalam kes ini, pertimbangan hasil tindakan daya dalam satu tempoh masa digantikan dengan pertimbangan penggunaan impuls serta-merta magnitud terhingga (5.1). Tindakan serta-merta bagi daya yang momentumnya mempunyai nilai terhingga dipanggil pukulan, dan daya yang sepadan ialah kekuatan mogok.

Elemen utama mana-mana peranti giroskop ialah giroskop. Giroskop perkataan asal Yunani: gyros - putaran, skopein - memerhati. Istilah giroskop diperkenalkan oleh saintis Perancis L. Foucault, yang dalam teknologi dipanggil badan simetri berputar cepat (rotor) yang dipasang dalam penggantungan khas. Dalam instrumen penerbangan, sebagai peraturan, penggantungan gimbal digunakan. Asas instrumen giroskop penerbangan ialah giroskop tiga darjah dan dua darjah.

Giroskop tiga darjah (Rajah 3.1). Ia terdiri daripada rotor 1 , dalaman 2 dan luar 3 Ram. Pemutar giro 1 berputar dalam penyokong di sekeliling paksi O Z masuk bingkai dalam, bersama-sama dengan rotor, boleh diputar di sekitar paksi Oh Xv, dan bingkai luar mempunyai kebebasan putaran di sekeliling paksi 0 Un relatif kepada tapak tetap. Oleh itu, pemutar giroskop mempunyai tiga darjah kebebasan, kerana ia boleh berputar di sekitar tiga paksi sistem Oh hwoon z, bersilang pada satu titik O. Giroskop sedemikian dipanggil giroskop tiga darjah. Jika pusat graviti giroskop bertepatan dengan titik O, maka ia dipanggil astatik.

Rajah 3.1. Giroskop dengan tiga darjah kebebasan.

1-pemutar, 2-paksi pusingan sendiri, 3-bingkai gimbal dalam, 4-bingkai gimbal luar, 5-paksi gimbal dalam, 6-paksi gimbal luar.

Giroskop dengan pemutar berputar pantas mempunyai beberapa sifat yang menjadikannya digunakan secara meluas dalam instrumen pesawat. Ciri-ciri utama giroskop tiga darjah adalah keupayaan untuk mengekalkan kedudukan malar paksi putaran rotor di ruang dunia, imuniti terhadap hentakan dan hentakan (kestabilan), dan keupayaan untuk melakukan gerakan precessional.

Pertimbangkan manifestasi visual sifat giroskop tiga darjah di eksperimen makmal. Mari kita halakan paksi pemutar giroskop yang berputar dengan pantas ke titik tertentu di angkasa. membuat pergerakan berayun tapak dalam satah yang berbeza, kita dapati bahawa paksi pemutar mengekalkan arah yang diberikan kepadanya. Apabila memukul mana-mana bingkai giroskop dengan tukul dengan hujung getah, kita melihat ayunan samar paksi pemutar, yang cepat mati. Kedudukan paksi pemutar di angkasa secara praktikal tidak berubah. Dengan menekan pada bingkai dalam (mencipta momen daya luaran mengenai paksi Oh Xv), kita dapati bahawa giroskop berputar mengelilingi paksi 0 Un bingkai luar, manakala bingkai dalam kekal pegun. Oleh itu, giroskop tidak berputar ke arah daya luaran, tetapi dalam satah berserenjang dengan arah daya ini. Pergerakan giroskop sedemikian di bawah tindakan momen daya luaran dipanggil precessional.

Fenomena, yang terdiri daripada rintangan badan yang berputar dengan pantas untuk cuba mengubah kedudukannya di angkasa, dipanggil kesan giroskopik. Untuk menjelaskan intipati kesan giroskop, pertimbangkan giroskop tiga darjah, dibebaskan secara bersyarat daripada bingkai penggantungan gimbal (Rajah 3.2).

Anggap dahulu bahawa giroskop tidak berputar" dan gunakan pada satu ketika DAN kuasa luar. Di bawah pengaruh daya, giroskop akan mula berputar mengelilingi paksi mendatar 0x masuk. Satu lagi akan menjadi hasil daripada tindakan kekerasan , jika pemutar giroskop diberi halaju sudut besar Ω . Dalam kes ini, pemutar giroskop akan mempunyai momen kinetik, di mana J- momen inersia pemutar mengenai paksi O Z masuk. Mari kita nyatakan penghujung vektor momentum sudut surat AT. Momen utama daya luaran yang dikenakan pada giroskop bertepatan dengan arah paksi Wahai Khv. Selaras dengan teorem Resal, kelajuan v hujung vektor momentum sudut (iaitu titik AT) secara geometri sama dengan momen utama daya luar . Oleh itu, kelajuan v diarahkan selari dengan paksi Oh Xv dan sama saiz . Oleh itu, di bawah tindakan daya pada giroskop berputar, pergerakan giroskop tidak berlaku ke arah daya F B, yang berlaku dalam kes pemutar tidak berputar, tetapi berserenjang dengan arah daya. , iaitu tentang paksi 0 Un. Gerakan ini adalah gerakan precessional giroskop. Hakikat bahawa di bawah tindakan seketika giroskop tidak berputar tentang paksi Oh hv, mengatakan bahawa sebagai tambahan kepada momen, beberapa momen lain bertindak padanya, sama dengan momen dan berlawanan arah.

nasi. 3.2. Skim tindakan daya dan momen semasa putaran giroskop

KEPERLUAN UNTUK REKA BENTUK ALAT GIROSKOPI

Seperti yang ditunjukkan dalam bahagian sebelumnya, giroskop mesti ada Momentum sebanyak mungkin. Momentum sudut giroskop ialah hasil darab momen inersia pemutar berkenaan dengan paksi putaran Iz kepada kelajuan sudut putaran H=IzΩ . Oleh itu, adalah mungkin untuk meningkatkan momen kinetik dengan meningkatkan momen inersia. Oleh kerana momen inersia badan revolusi dinyatakan dalam bentuk

(3.1)

di mana t- berat badan; R- jejari, adalah berfaedah untuk meletakkan jisim rotor sejauh mungkin dari paksi putaran. Dalam hal ini, pemutar giromotor mempunyai konfigurasi seperti ditunjukkan dalam Rajah. 3.3. Rotor motor giro 1 juga merupakan angker motor aruhan AC; sauh mempunyai roda tupai. Pemegun enjin sedemikian ialah belitan dalaman 2 .

Rajah 3.3 giromotor dalam bahagian: 1-pemutar, 2-pemegun.

Reka bentuk pemutar dipilih terutamanya untuk pertimbangan momen inersia maksimum dan ketiadaan ubah bentuk pemutar daripada tindakan daya emparan yang berlaku semasa putaran pemutar.

Motor giro pesawat dikuasakan oleh voltan tiga fasa U= 36 V dengan kekerapan f= 400 Hz. Oleh kerana ia adalah motor tak segerak dengan gelinciran, kelajuan pemutar motor giro n = 22000 ÷ 23000 rpm Terdapat giromotor dengan halaju sudut yang jauh lebih tinggi, tetapi disebabkan oleh hakikat bahawa hayat perkhidmatan galas giromotor tersebut adalah berkadar songsang dengan halaju sudut rotor, dalam penerbangan awam mereka tidak digunakan.

Rajah 3.4 galas berputar:

1- gandar, 2-cincin dalam, 3- cincin tetap

Rajah 3.5 skema elektromekanikal bagi ampaian giroskopik

1- cincin dalam, 2.4-cincin tengah, 4-cincin luar, D1, D2-motors

Memandangkan keupayaan giroskop untuk mengekalkan kedudukan paksi utamanya dengan tepat di angkasa bergantung pada magnitud momen yang bertindak di sepanjang paksi gimbalnya, apabila mereka bentuk giroskop, mereka cuba meminimumkan momen ini.

Galas bergolek berketepatan tinggi dengan momen geseran rendah digunakan sebagai penyokong untuk paksi penggantungan gimbal giroskop.

Untuk instrumen yang sangat tepat, seperti giroskop untuk sistem kursus, yang dipanggil galas berputar dengan dua baris bola digunakan, dan gelang dalam 2 (Rajah 3.4) melakukan putaran paksa berbanding paksi 1 dan gelang tetap 3 .

N. E. Zhukovsky menunjukkan kemungkinan asas untuk mengurangkan pengaruh geseran dalam peranti sedemikian. Idea N. E. Zhukovsky dikurangkan kepada yang berikut: jika terdapat 100 benang yang diregangkan di mana beberapa objek, sebagai contoh, pensil, terletak, maka, menggerakkan semua benang ke kanan, pensil itu akan dibawa oleh mereka kerana geseran juga ke betul. Jika anda mengalihkan benang ke kiri, maka pensel akan bergerak ke kiri. Memaksa setiap benang genap bergerak ke kanan, dan yang ganjil ke kiri, kita akan mempunyai pensel tidak bergerak. Sudah tentu, ini dengan syarat bahawa bahagian yang sama jisim pensel jatuh pada setiap benang dan pekali geseran permukaan sentuhan pensel - benang adalah sama di mana-mana. Dalam contoh ini, geseran tidak hilang, ia hanya membatalkan.

Pada rajah. 3.5 menunjukkan reka bentuk rangka dalaman ampaian gimbal (unit gimbal). Seperti yang dapat dilihat dari rajah, gelang dalam 2 dan 4 galas kiri dan kanan boleh diputar oleh motor D1 dan D2. Selain itu, cincin berputar dengan halaju sudut yang sama, tetapi dalam arah yang bertentangan. Daya geseran yang terhasil bertindak pada paksi dalaman giroskop dengan bantuan momen yang arahnya bertentangan, jadi jumlah nilainya hampir kepada sifar, dan kesan berbahaya momen geseran menjadi lemah. Sekiranya jumlah nilai momen geseran menyebabkan giroskop terdorong pada kelajuan rendah tertentu, maka dengan menukar arah putaran enjin secara berkala (menggunakan suis B dengan sesondol khas), anda boleh menukar arah momen ini, dan oleh itu arah precession, yang akhirnya mengurangkan gyroscope precession dari momen geseran dalam paksi gimbal Dengan bantuan skema sedemikian, adalah mungkin untuk mengurangkan "hanyut" giroskop sendiri beberapa kali berbanding dengan konvensional. galas bergolek.

Rajah 3.6 tindakan pada giroskop graviti.

Terdapat giroskop dengan galas aerodinamik di sepanjang paksi gimbal. Galas sedemikian adalah sesendal dan gandar, di antaranya terdapat jurang udara dan gandar, seolah-olah, "terapung" di udara. Galas sedemikian juga mempunyai momen geseran yang sangat kecil, tetapi atas beberapa sebab ia belum digunakan dalam penerbangan awam.

Giroskop mestilah seimbang dengan teliti, iaitu pusat jisim motor gyro mesti bertepatan dengan titik persilangan paksi gimbal. Jika tidak, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. 3.6, giroskop dipengaruhi oleh momen dari pecutan graviti.

Perlu diingatkan bahawa semasa operasi instrumen gyroscopic penerbangan, adalah perlu untuk mematuhi peraturan operasi teknikal dan penerbangan, kerana ketepatan operasi dan ketahanannya bergantung pada ini. Ia juga mesti diingat bahawa peranti gyroscopic adalah peranti mahal.

3.3. Motor aruhan giroskopik

Motor giroskopik direka untuk mempercepatkan jisim roda tenaga untuk tempoh masa tertentu kepada kelajuan nominal dan untuk penstabilan seterusnya dengan penggunaan tenaga yang minimum. Pada masa ini, motor giroskopik elektrik dan, khususnya, asynchronous, telah menemui aplikasi yang meluas.

Motor giroskopik tak segerak (AGD) disepadukan secara struktur ke dalam satu unit dengan roda tenaga (Rajah 3.7). Untuk memperuntukkan dimensi dan jisim yang diberikan bagi momen kinetik terbesar

H = J W, (3.2)

di mana J- momen inersia roda tenaga mengenai paksi putaran; W- halaju sudut, mereka cenderung untuk meletakkan jisim berputar pada jarak maksimum dari paksi putaran. Untuk tujuan ini, reka bentuk terbalik bagi motor tak segerak dengan rotor sangkar tupai luar 1 (Rajah 3.7) dan dengan stator tetap dalaman 2 digunakan. Untuk meningkatkan momen kinetik, pemutar luar diletakkan di dalam sesendal khas 3, yang meliputi 4, 5 dipasang. Sesendal diperbuat daripada loyang atau berilium.

Peningkatan dalam momen kinetik untuk jisim tertentu rotor luar juga dikaitkan dengan peningkatan maksimum dalam halaju sudutnya W(kelajuan n). Kelajuan putaran AGD moden terletak di dalamnya n = 15000 ¸ 60000 rpm dengan bilangan pasangan tiang p = 1; 2. Kadangkala, untuk meningkatkan kelajuan putaran AGD, ia dikuasakan daripada sumber autonomi dengan kekerapan yang meningkat. f = 500 ¸ 2000 Hz. Kelajuan maksimum AGD adalah terhad, sebagai peraturan, oleh kualiti galas bebola.

Nisbah momentum sudut H kepada jisim AGD dipanggil faktor kualiti enjin giroskopik. Peningkatannya dipastikan oleh peningkatan ketumpatan bahan bahagian struktur yang berputar pada jarak yang jauh dari paksi, dan dengan penurunan di dalamnya untuk semua elemen lain.

Tiada muatan pada aci AGD. Ia beroperasi dalam mod melahu, mengatasi momen geseran pemutar luaran terhadap medium gas dan geseran dalam galas, pada kecekapan sifar. Kecekapan bersyarat AGD dianggap sebagai nisbah kuasa kehilangan mekanikal kepada jumlah penggunaan kuasa, yang mencirikan kesempurnaan motor tak segerak dalam istilah elektromagnet. Nilai kecekapan bersyarat bergantung pada kuasa, reka bentuk dan parameter AGD terletak di dalamnya h = 0.2 ¸ 0.9.

nasi. 3.7. Reka bentuk motor giroskopik tak segerak (AGD)

Untuk meningkatkan kestabilan kelajuan putaran dengan perubahan ketumpatan persekitaran yang berkaitan dengan perubahan ketinggian penerbangan pesawat, slip nominal AGD dipilih dalam S n \u003d 0.015 ¸ 0.12. Dalam sesetengah kes, untuk mengecualikan pengaruh ketinggian penerbangan pada operasi AGD, ia akan diletakkan di dalam ruang gas atau vakum khas. Mengurangkan kehilangan pengudaraan dicapai dalam AGD dengan menggilap permukaan luar rotor.

Meningkatkan ciri-ciri AGD dengan meningkatkan jisim rotor, sebaliknya, membawa kepada peningkatan dalam tempoh proses pelancarannya, yang berkisar antara berpuluh-puluh saat hingga berpuluh-puluh minit. Untuk memastikan ciri permulaan yang boleh diterima, apabila mereka bentuk AGD, mereka berusaha untuk mencapai kepelbagaian tork permulaan M p / M n > 1.5, gandaan tork maksimum (kapasiti beban lampau) M EM M / M n \u003d 2 ¸ 5 dan slip kritikal S cr= 0.3 ¸ 0.4. Di bawah momen nominal JANM memahami jumlah momen kerugiannya dalam mod nominal.

Oleh kerana AGD beroperasi dengan beban yang berdekatan dengan pengudaraan, semasa proses permulaan, tork elektromagnet berlebihan DM EM tidak berubah dengan ketara (Rajah 3.8). Dalam kes ini, pelancaran berlaku dengan pecutan hampir berterusan. Untuk mengurangkan masa mula, permulaan AGD pada voltan bekalan meningkat kadangkala digunakan.

Rajah 3.8. Ciri mekanikal AGD

Keinginan, jika boleh, untuk mengurangkan jumlah momen kerugian, i.e. nilai gelinciran nominal dan komponen aktif arus stator, ditentukan ciri yang menonjol AGD - arus magnetisasi yang agak besar, mencapai 60 - 90% daripada nilai nominal. Faktor kuasa ialah cosj=0.4 + 0.8. Ia akan menjadi lebih kecil, lebih sedikit gelinciran AGD berfungsi.

Untuk memastikan ketepatan maksimum, AHD mempunyai beberapa keperluan khusus:

Kestabilan mekanikal elemen struktur dan sambungannya, i.e. keupayaan elemen struktur untuk mengekalkan ketekalan kedudukan pusat jisim dalam pelbagai mod bekerja dan di bawah pelbagai pengaruh luar;

Simetri dan ketegaran struktur secara keseluruhan, dikaitkan dengan keperluan untuk susunan simetri (berkenaan dengan paksi simetri membujur dan melintang) unsur-unsur struktur yang berputar dan paling dipanaskan dengan jisim yang ketara;

Minimum dan ketekalan dalam proses penggunaan kuasa, i.e. pemanasan AGD, dan pengagihan suhu tidak sekata, yang dikaitkan dengan penurunan dalam kerugian aerodinamik (kerugian akibat geseran pemutar luar terhadap udara), memastikan ketekalan beban paksi pada galas dan pemeliharaan pelincir, menggunakan galas, pemasangannya dan pelincir berkualiti tinggi.

Pelaksanaan keperluan ini membawa kepada penciptaan struktur AGD simetri, yang terdiri daripada kuantiti minimum elemen. Jadi, sebagai contoh, laluan perlumbaan dalaman galas (Rajah 3.7) selalunya dibuat secara langsung pada paksi, yang mengurangkan bilangan sambungan bahagian dan meningkatkan ketepatan pemasangan.

Tidak seperti mesin tak segerak konvensional, AGD tidak mempunyai permainan paksi dalam pemasangan galas. Ketegaran struktur yang diperlukan disediakan oleh beban paksi awal galas, yang mesti kekal tidak berubah semasa operasi.

Simetri dan ketegaran struktur AGD dicapai dengan menggunakan bahan struktur yang mempunyai pekali pengembangan yang sama. Jadi, sebagai contoh, paksi, penutup, gelang galas dan pemutar AGD diperbuat daripada keluli galas, dan sesendal diperbuat daripada berilium.

Ciri-ciri ini juga digunakan untuk motor giroskopik segerak (SGM), yang digunakan secara meluas sebagai motor histeresis.

Dalam giroskop untuk instrumen penerbangan yang dipasang pada pesawat penerbangan awam, pemutar digabungkan dengan bingkai dalaman menjadi unit struktur tunggal - unit giro. Unit giro terdiri daripada ruang giro dan motor giro yang terletak di ruang giro. Ruang giro bertindak sebagai rangka dalaman giroskop dan mempunyai paksi untuk ampaian dalam penyokong rangka luar. Gyromotor dalam kebanyakan kes ialah motor tak segerak tiga fasa dengan rotor luar sangkar tupai dan pemegun dalaman. Giromotor GM-4P (Rajah 3.9) terdiri daripada pemutar, stator, galas bebola dan gandar. Stator mempunyai bungkusan besi 2, penggulungan 1 dan sesendal 3 dan 12 dipasang dengan tegar pada gandar 5 . Wayar keluaran belitan stator dibawa keluar melalui bahagian berongga paksi 5 . Rotor giro terdiri daripada rim loyang 10, bungkusan besi 8 litar pintas 16 dan cincin besar-besaran 14. Beg plastik 8 pemutar dan gelang 14 ditanam dalam rim pemutar pada fit tekan. bebibir 6 dan 11 ditanam dalam rim 10 ketat dan diikat padanya dengan skru. Cincin dalaman galas bebola 4 dan 13 dipasang pada trunnion bebibir 6 dan 11 rotor pramuat. Membawa cincin luar 4 dimasukkan ke dalam sesendal 3 dengan kelegaan jejari, dan cincin luar galas 13 - di lengan baju 12 dengan kesesuaian gangguan Di tempat duduk stator di bawah gelang luar galas bebola yang longgar 4 mesin basuh spring 7 telah dibekalkan. Ia berfungsi untuk mengimbangi perubahan suhu dalam dimensi linear motor giro. Gasket 9 dan 15 berfungsi untuk mewujudkan ketegasan paksi pada galas bebola.Hujung paksi motor giro berulir. Apabila giromotor diletakkan di dalam ruang giro, paksinya dilalui melalui lubang di dalam perumah dan penutup ruang giro. Selepas penutup ruang giro dipasang pada badannya, paksi giromotor dilekatkan padanya dengan kacang. Unit gyro dari jenis yang sama boleh digunakan dalam pelbagai instrumen giroskopik. Keadaan berbeza dengan bingkai luaran. Reka bentuk bingkai luar ditentukan terutamanya oleh jenis giro dan semata-mata individu dalam setiap kes. berbingkai 1 pada tempat duduk di sepanjang paksi Oh n gelang luar galas bebola ditetapkan (Gamb. 3.10) Paksi ruang giro unit giro dipasang di gelang dalam galas bebola. paksi 0u n separuh paksi dipasang dalam bingkai 2 dan 3, bertujuan untuk penggantungan bingkai dalam badan peranti giro.

nasi. 3.9 Reka bentuk motor giro GM-4P

nasi. 3.10. Reka bentuk bingkai luar peranti gyro

3.4 Jenis ampaian giroskop

Apabila mereka bentuk instrumen giro perhatian yang besar diberikan kepada pilihan sokongan yang memberikan kebebasan putaran dan menjalankan sambungan pegangan dua hala antara pemutar, bingkai suspensi gimbal dan badan peranti. Sokongan giroskop dibahagikan kepada yang utama, yang memberikan kebebasan putaran pemutar, dan sokongan penggantungan gimbal, yang memberikan kebebasan pergerakan bingkai di sekeliling paksinya. Klasifikasi ini disebabkan pelbagai syarat pengendalian sokongan Sokongan utama beroperasi untuk masa yang lama di peningkatan kelajuan putaran, manakala sokongan gimbal beroperasi pada kelajuan rendah dan sudut putaran kecil. Penunjuk utama kualiti sokongan ialah: momen daya geseran M tr, tindak balas paksi dan jejarian, ketahanan T hlm. Momen daya geseran dalam galas utama tidak menjejaskan ketepatan giro, tetapi ia menjejaskan pilihan kuasa motor giro dan hayat perkhidmatannya. Momen geseran dalam penyokong gimbal sebahagian besarnya mempengaruhi ketepatan gimbal. Dalam hal ini, langkah khas sedang dibangunkan untuk mengurangkan geseran dalam gimbal.

Paling meluas dalam giroskop pesawat menerima galas bebola. Sokongan jenis ini dibangunkan pada masa ini memungkinkan untuk mendapatkan ketepatan dan kebolehpercayaan instrumen yang mencukupi.

Dalam kes di mana perlu untuk meningkatkan ketepatan instrumen, langkah reka bentuk tertentu digunakan. Khususnya, momen geseran di sepanjang paksi dalaman penggantungan kardan unit giro sistem kursus dikurangkan dengan bantuan galas "berputar" khas (Rajah 3.11). girouzel 3 giroskop tiga peringkat digantung pada paksi 4 dalam bingkai luar 7 menggunakan galas berganda gabungan. Cincin sederhana 2 , 8 galas di hujung kiri dan kanan paksi penggantungan unit giro diputar ke arah yang bertentangan (pemacu untuk putaran gelang tengah tidak ditunjukkan dalam rajah). Paksi putaran 5 , 9 bingkai luar tetap dalam galas 1, 6, gelang luar yang diikat relatif kepada pangkalan.

Biarkan momentum sudut giroskop bertepatan dengan arah penerbangan. Kemudian, apabila pesawat berputar relatif kepada paksi melintang dengan halaju sudut Ф, rangka luar giroskop akan berpusing bersama-sama dengan tapak berbanding dengan paksi tetap. 4 penggantungan unit giro dengan halaju sudut - .Paksi 4 kekal tidak bergerak kerana sifat utama giroskop tiga darjah - untuk memastikan kedudukan paksi utama tidak berubah di angkasa.

Jika momen geseran dalam galas adalah sama, hanyut giroskop tidak hadir. Walau bagaimanapun, dalam amalan, adalah tidak mungkin untuk memastikan kesamaan detik dan pemergian berlaku, tetapi dengan ketara kelajuan yang lebih perlahan berbanding dengan sokongan tidak berputar. Pengenalan pembalikan berkala bagi putaran cincin tengah menyumbang kepada penurunan dalam penjagaan sistematik.

nasi. 3.11. Reka bentuk gambar rajah galas "berputar".

Dalam kes masa putaran yang sama dan kecil bagi gelang tengah galas masuk sisi yang berbeza apabila membalikkan, giroskop akan menyimpang dari kedudukan purata dengan sudut yang sama dan bertentangan, dengan itu membuat ayunan kecil berbanding kedudukan awal paksi momentum sudut.

nasi. 3.12. Pemacuan putaran roda purata galas "berputar".

Membalikkan putaran cincin tengah galas dalam unit giro sistem kursus (Rajah 3.12) dijalankan oleh suis B ", dikawal oleh sesondol khas. Sebagai tambahan kepada galas "berputar", reka bentuk lain boleh digunakan untuk mengurangkan dengan ketara (atau menghapuskan secara praktikal) geseran dalam ampaian giroskop dengan mengimbangi graviti daya bahagian terampai giroskop oleh beberapa daya lain yang diarahkan bertentangan.Penggantungan jenis ini (Rajah 3.13) termasuk: cecair ( a), hidrostatik ( b), magnetik (dalam), elektrostatik (G) dan lain-lain.

Daripada jenis penggantungan yang disenaraikan dalam instrumen giroskopik penerbangan, hanya penggantungan cecair yang digunakan pada masa ini (Rajah 3.13, a). Giroskop mempunyai giroskop hermetik 1 digantung dalam kes tertutup rapat 2 dipenuhi dengan cecair. Ketumpatan cecair dipilih supaya jisim isipadu cecair yang disesarkan oleh unit giro adalah sama dengan jisim unit giro. Oleh itu, beban yang dilihat oleh penyokong dikurangkan kepada hampir sifar, yang memastikan momen-momen daya geseran yang sangat kecil dalam penyokong ampaian unit giro.

Terdapat juga peranti giro berdasarkan giroskop tiga peringkat dengan penggantungan jenis ini.

Dalam suspensi hidrostatik, cecair atau gas disuntik di bawah tekanan melalui orifis sempit. 1 ke dalam jurang 2 antara bahagian tetap sokongan 4 dan nod giro 3 (Gamb. 3.13, b). Dengan penurunan dalam jurang yang disebabkan oleh beban, penurunan aliran bendalir membawa kepada peningkatan tekanan tempatan. Parameter penggantungan dipilih sedemikian rupa sehingga jumlah daya tekanan tempatan mengimbangi berat unit giro dengan jurang dalam seperseratus milimeter.

Suspensi magnet unsur sensitif digunakan dalam giroskop kriogenik. Pelaksanaan teknikal giroskop sedemikian adalah berdasarkan penggunaan fenomena superkonduktiviti beberapa bahan, yang berlaku pada suhu yang hampir dengan sifar mutlak. Fenomena ini terdiri daripada penurunan mendadak dalam rintangan elektrik bahan. Apabila sebiji bola bahan superkonduktor diletakkan dalam medan magnet yang keamatannya tidak melebihi nilai kritikal tertentu, arus teraruh pada permukaannya, menghalang medan daripada menembusi ke dalam bola. Akibatnya, bola boleh digantung dalam medan magnet tanpa mempunyai titik tumpu mekanikal. Jika vakum dicipta di sekeliling bola, maka semua daya rintangan terhadap putaran bola secara praktikal dihapuskan.

Dalam giroskop kriogenik eksperimen (Rajah 3.13, dalam) badan peranti adalah pemasangan kriogenik 7 terbungkus dalam selongsong 8 (kapal Dewar). Tumbuhan kriogenik disejukkan oleh helium cecair atau nitrogen dan di dalam rongga sfera 4 suhu dalam bekas peranti hampir kepada sifar mutlak. Arus yang mengalir melalui belitan gegelung 1 , mencipta medan magnet berpusat 2. Pada permukaan sfera berdinding nipis berongga 3, diperbuat daripada logam superkonduktor, seperti niobium, terbentuk arus pusar, mencipta medan magnet yang menghalang penembusan medan magnet pusat ke dalam logam. Daya interaksi antara medan magnet pusat dan medan teraruh dalam logam sfera mengekalkannya dalam ampaian di dalam rongga sfera badan peranti. Sfera 3 dan rim berat (5) diletakkan di dalam sfera membentuk pemutar giroskop, yang didorong ke putaran dengan halaju sudut tinggi Ω sekeliling paksi z, berserenjang dengan satah rim, oleh motor elektrik 5. Vakum tinggi dicipta dalam ruang antara rotor sfera dan rongga perumahan. motor elektrik 5 digunakan hanya untuk pecutan rotor. Selepas mematikan enjin, pemutar bergerak secara inersia selama beberapa hari dan juga bulan.

nasi. 3.13. Jenis ampaian giroskop

Giroskop dengan ampaian elektrostatik (Rajah 3.13, G) strukturnya serupa dengan giroskop kriogenik. pemutar 1 giroskop sedemikian diperbuat daripada berilium dalam bentuk bola berongga nipis yang diletakkan di dalam rongga sfera ruang 3 diperbuat daripada seramik khas, iaitu penebat. hidup permukaan dalam Ruang itu mengandungi tiga pasang elektrod berbentuk cawan 2 dikuasakan oleh arus ulang alik. Paksi simetri setiap pasangan elektrod tersebut diarahkan dalam tiga arah yang saling berserenjang, jadi medan elektrostatik yang dicipta oleh mereka mengekalkan pusat rotor sfera di tengah. O kamera. Rotor diputar oleh medan magnet berputar yang dihasilkan oleh stator 4, mempunyai belitan elektrik. Dalam rongga bilik 3 vakum yang tinggi dikekalkan. Voltan elektrik digunakan pada belitan stator hanya semasa pecutan pemutar. Seterusnya, rotor masa yang lama berputar secara inersia.

3.5 Peranti penghantaran kuasa

Peranti penghantaran kuasa digunakan untuk membekalkan tenaga elektrik daripada sumber luar kepada unsur-unsur peranti giro yang terletak pada nod yang bergerak relatif antara satu sama lain. Dengan bantuan peranti ini, sambungan elektrik dijalankan antara elemen yang diletakkan pada badan peranti dan bingkai luar gimbal atau pada bingkai luar dan dalam.

Secara ringkas, tenaga dihantar melalui konduktor wayar fleksibel (Rajah 3.14), Konduktor fleksibel 3 ialah seberkas wayar logam yang diletakkan dalam jalinan penebat.

nasi. 3.14. Menggunakan konduktor fleksibel untuk memindahkan tenaga dalam giroskop

Hujung teras dibenamkan dalam hujung biasa, ditetapkan pada kenalan peralihan 4. Kenalan menyediakan sambungan hujung ke wayar keras 5 terletak pada bahagian masing-masing 1 penggantungan. Kenalan dipasang pada blok 2 , yang mengasingkan sentuhan daripada permukaan logam bahagian tersebut.

Dalam kes di mana sudut putaran bersama bahagian-bahagian peranti giro mencapai nilai yang ketara, sesentuh gelongsor digunakan untuk memindahkan tenaga (Rajah 3.15, a). Berus 3 , yang melaluinya arus elektrik dihantar, meluncur di sepanjang cincin pengumpul arus 2. Cincin itu diasingkan daripada paksi bingkai 1 lengan penebat pepejal dengan bebibir yang melindungi berus daripada terkeluar dari cincin. Jika di persimpangan bahagian-bahagian penggantungan adalah perlu untuk menjalankan beberapa talian penghantaran arus elektrik yang diasingkan antara satu sama lain, maka bilangan cincin pengumpul arus yang diperlukan dipasang di sepanjang paksi penggantungan.

Jenis peranti penghantaran kuasa yang digunakan secara meluas ialah sesentuh titik. Mereka berbeza daripada kenalan gelongsor dalam hal itu kes ini titik sentuhan terletak pada paksi putaran unsur-unsur plumbum semasa. Setiap titik sentuhan (Gamb. 3.15, b) terdiri daripada tetap 3 dan mudah alih 4 kenalan membentuk pasangan kenalan. Dalam contoh yang ditunjukkan, kenalan tetap dilampirkan pada bingkai luar. 2 , dan boleh alih - pada paksi putaran bingkai dalam 1. Kenalan 3 dan 4 diasingkan daripada bahagian logam ampaian dengan bahan penebat elektrik 5 .

Rajah 3.15 peranti sentuhan yang digunakan dalam peranti gyro.

a-gelongsor, 2-set kenalan titik.

3.6 peranti pembetulan.

Satu daripada sifat asas giroskop tiga darjah ialah keupayaan untuk mengekalkan kedudukan paksi putaran pemutar (paksi utama giroskop) di ruang dunia. Walau bagaimanapun, untuk menyelesaikan beberapa masalah praktikal, adalah perlu bahawa paksi utama giroskop mengekalkan arah yang tetap bukan di ruang dunia, tetapi relatif kepada satu atau sistem koordinat terpilih yang lain. Jadi, untuk menentukan sudut gulung dan padang pesawat menggunakan giroskop tiga darjah, paksi putaran pemutar perlu diarahkan di sepanjang menegak tempat itu. Apabila menentukan sisihan pesawat dari arah tertentu menggunakan giroskop tiga darjah, paksi utamanya perlu mengekalkan arah tertentu dalam satah mendatar. Untuk menghapuskan sisihan yang tidak diingini pada paksi utama giroskop dari arah yang diperlukan atau untuk mengimbangi pelbagai jenis momen yang mengganggu yang melanggar operasi normal peranti giroskop, peranti pembetulan digunakan.

Peranti pembetulan instrumen giroskop memastikan pengekalan kedudukan paksi utama giroskop yang diperlukan dengan menggunakan momen kawalan luaran (pembetulan) pada giroskop atau dengan mengimbangi penyimpangan giroskop dalam bacaan instrumen giroskop. Elemen utama peranti pembetulan ialah elemen sensitif dan badan eksekutif. Sebagai elemen sensitif, elemen dipilih yang mempunyai selektiviti kepada arah rujukan atau mengekalkan arah yang diberikan secara stabil.Dalam instrumen penerbangan, elemen penderiaan graviti, magnet dan berorientasikan digunakan terutamanya.

Arah rujukan bagi unsur graviti ialah arah tempat menegak, bertepatan dengan arah pecutan graviti. Unsur penderiaan magnet bertindak balas terhadap medan magnet Bumi, jadi arah rujukan bagi mereka ialah arah meridian magnetik. Unsur sensitif yang berorientasikan di sepanjang badan angkasa memberikan arah yang stabil ke Matahari, Bulan, planet atau bintang. Badan eksekutif alat pembetulan instrumen penerbangan adalah, sebagai peraturan, dua fasa "motor elektrik tak segerak boleh balik yang beroperasi dalam mod brek, serta sistem penjejakan selsyn dan potensiometrik.

Antara elemen penderiaan graviti, yang paling banyak digunakan ialah penderia bandul cecair arah menegak. Penderia pendulum cecair satu koordinat dan dua koordinat (suis bandul) digunakan.

Penderia bandul cecair koordinat tunggal (LMP) (Rajah 3.16) ialah bekas kaca 1 dengan elektrod platinum yang dikimpal ke dalamnya 3, 5, 6. Silinder diisi dengan cecair pengalir (elektrolit) 2 supaya gelembung udara yang tinggal 4 dengan kedudukan mendatar sensor sama rata dan kira-kira separuh bertindih elektrod 3 , 5. Litar elektrik interaksi LMD dan badan eksekutif(motor tak segerak dua fasa) sistem pembetulan ditunjukkan dalam rajah. 15.13. elektrod 3 dan 6 dalam vesel 5 disambungkan kepada belitan kawalan motor 2, Belitan titik kawalan biasa 1 disambungkan kepada salah satu fasa bekalan kuasa AC. Hubungan pusat 4 disambungkan ke fasa lain.

nasi. 3.16. Sensor bandul cecair paksi tunggal

nasi. 3.17. Gambar rajah elektrik sistem pembetulan koordinat tunggal

Skim untuk membetulkan paksi utama giroskop tiga darjah dalam satah ufuk dan ke arah kedudukan menegak ditunjukkan dalam Rajah. 3.18. Dalam Rajah.3.18, a gambar rajah pembetulan mendatar paksi utama ditunjukkan

nasi. 3.18. Pembetulan paksi utama giroskop tiga darjah:

a– skim pembetulan mendatar; b- skema pembetulan ke arah kedudukan menegak

giroskop tiga darjah ( 1 - sensor bandul cecair, 2 - enjin pembetulan). Apabila paksi utama giroskop, dan oleh itu penderia, berada dalam kedudukan mendatar, rintangan elektrik antara elektrod tengah 6 (lihat Rajah 3.16) dan setiap elektrod ekstrem 3, 5 dengan cara yang sama, dan arus mengalir melalui belitan kawalan motor pembetulan, sama dalam magnitud, tetapi bertentangan arah. Dalam kes ini, enjin tidak bergerak dan tidak menghasilkan tork. Apabila paksi utama giroskop menyimpang dari satah ufuk, gelembung udara disesarkan berbanding dengan elektrod dan kawasan permukaan sentuhan elektrolit dengan elektrod berubah. Rintangan elektrik litar antara elektrod pusat dan ekstrem berubah. Dalam kes ini, rintangan litar elektrod menjadi besar, permukaan sentuhan dengan cecair lebih kecil. Akibatnya, arus yang berbeza dari segi nilai dan arah akan mengalir melalui belitan kawalan motor pembetulan. Motor akan mencipta momen relatif kepada paksi penggantungan rangka luar, dan giroskop akan mula mengeras berbanding dengan