Интеркардинальная девиация одногироскопного гирокомпаса

Девиация на качке возникает от волн, идущих с направлений, отлича­ющихся от главных. Она имеет максимальное значение при направлениях ноли, равных четвертным румбам. По этой причине девиация на качке получила название интеркардинальной, или четвертной.

а) б)

Рис. 6.4.

Для примера рассмотрим случай, когда волна идет d направлении ЧЕ-SW. Силы инерции в каждый полупериод качки располагаются, как показано на рис.6.4. Для того чтобы в дальнейшем рачличать направле­ние составляющих сил инерции, им присвоены соответствующие индексы. !ная направление С движения волны можно получить значение составля­ющих сил и пропорциональных им ускорений:

IJns| = J cos С ; Ij'ew I — У sin С . (6.9)

Напомним, что составляющие Few раскачивают ЧЭ вокруг оси х, а ■ оставляющие Fns создают моменты, направленные по оси у. В первый иолупериод под действием составляющей Fw центр тяжести переместится п положение G\, а экваториальные оси соответственно в положение у\ и z\ (рис.6.5). Одновременно с этим отклонением на центр тяжести действует мнтавляющая F$ (в плоскости рисунка "к нам"). Возникает момент Ь!у, направленный к отрицательному концу оси у.

В следующий полупериод под действием силы Fe центр тяжести от-I. юнится в другую сторону на такой же, как и в первом случае, угол ф

(положение (Уг). Экваториальные координатные оси займут положение y<i и zi- Одновременно сила Fh, действующая "от нас", создает момент Ly1, j направленный в положительную сторону оси у.

Как видно из рис.6.5, оба момента L!y и b!J в данном примере действу­ют в направлении приподнятого конца оси у. Каждый из моментов можно разложить на горизонтальную и вертикальную составляющие. Очевидно, что при гармонических колебаниях Z^r = L'J., и данные составляющие за полный период качки взаимокомпенсируются, не воздействуя на ЧЭ. Од­нако вертикальные составляющие в оба полупериода (а значит, и во все последующие) направлены вверх. Произошло детектирование (выделение) вертикального момента Lz. Данный момент постоянен по направлению и пульсирующий по величине от нуля до максимального значения. Часто­та пульсации вдвое выше wt, так как Lz возникает в каждый полупериод качки. Его значение при малом угле ф получим из рис.6.5.

Lz = Ly sin ф w Lyip . (6.10)

Рассмотренное явление детектирования вертикального момента не за­висит от скорости движения судна. Поэтому воспользуемся уравнениями (3.15) движения гиросферы на неподвижном основании. Так как момент L, вертикален, то его воздействие отражается во втором уравнении системы

Нв — Ни>. cos <ра = Lz .-

Момент L, вызывает прецессию оси х гироскопа вверх, что приводит к исполнительному отклонению ее центра тяжести от вертикали, то есть к появлению плеча силы тяжести Р. Возникает момент силы тяжести, вы-шваюший прецессию в азимуте. Таким образом, изменился маятниковый момент, так как увеличился угол /?. Из предыдущего уравнения при /3 = 0 найдем положение равновесия гиросферы в азимуте:

Ьг Ьуф

Ней. cos ip Hu)±cos<p

О О

Угол 6к отклонения главной оси гиросферы от компасного меридиана вследствие качки является интеркардинальной девиацией гирокомпаса. В данную формулу подставим из выражения (6.4) значение Ly, а из выраже­ния (6.8) - значение ф. При этом учтем формулы (6.9):

6к = Вв° •/2^ '"* . ■ sinu^ • sinC ■ cosC . (6.11)

tft/VjCOS^K-C^)

Величина К = wo/(wo ~ Ш1) называется коэффициентом снижения де­виации. Очевидно, что ы0 » ы*, поэтому К « 1. Это говорит о том, что '•нижения девиации на качке у одногироскопного компаса не происходит.

В соответствии с формулами функций кратных углов

sin С cos С = 0,5 sin 1С .

\1омент Lz изменяется по закону sin2a/*i. Графиком данной функции явля­ется синусоида. Она изменяется от 0 до 1, ее среднее значение равно 1/2. ' ,'ледовательно LZiCp = 0, bLz. В окончательном виде формула девиации на качке имеет вид

&=*-л/?"'4' ^С . (6.12)

Шдги>+ cos tp

Анализ уравнения позволяет выявить основные свойства девиации на

качке.

1. Девиация отсутствует на качке от волн, идущих в направлении глав­ных румбов, то есть при С = 0°; 90°; 180°; 270°, так как sin2C = 0.

2. 6к максимальна на качке от волн, идуших в направлении четвертных румбов (С = 45°; 135°; 225°; 315°), так как в этом случае sin2C = ±1.

1анное свойство, напомним, и определило ее название: интеркардинальная, пли четвертная девиация.

3. 6k зависит:

- от параметров гирокомпаса В и Я;

- от параметров качки: амплитуды во, частоты Шк (периода);

- от места установки на судне, то есть от расстояния / между гирокомпасом I и линией качания судна;

- от широты плавания (с ее увеличением девиация возрастает).

4. Снижения 6/, у одногироскопного гирокомпаса не происходит. Первые гирокомпасы были созданы в начале 20-го столетия. Они имели I

одногироскопный чувствительный элемент с непосредственным управлены-1 ем. Их испытания на судах показали в основном положительные результа-ты. Однако в условиях качки точность показаний гирокомпаса настолько 1 снижалась, что он терял свои компасные свойства. По этой причине его! даже называли "компасом хорошей погоды". Расчеты по формуле (6.10)1 показывают, что интеркардинальная девиация может достигать значений I выше 30°, что соответствует экспериментальным данным. Таким образом, I одногироскопный гирокомпас с непосредственным управлением нельзя ис-1 пользовать в реальных условиях плавания судна.

Билет № 14

Принцип работы

Корректируемый гироазимуткомпас (ГАК) "Вега" с косвенным управлением предназначен для выработки курса судна и обеспечивает:

- в режиме гирокомпаса (ГК) - определение географического меридиана и выработку курса;

- в режиме гироазимута (ГА) - хранение заданного направления и определение положения диаметральной плоскости судна относительно этого направления.

На рис. 1.1 представлена упрощенная схема, иллюстрирующая принцип действия ГАК.

Чувствительным элементом (ЧЭ) гироазимуткомпаса является гиросфера с заключенным внутри нее гиромотором. Центр тяжести и центр подвеса гиросфоры совпадают. Таким образом, гиросфера является трехстепенным гироскопом, то есть ротор ее гиромотора имеет собственное вращение вокруг оси х и, кроме того, она может поворачиваться вокруг осей z (в азимуте) и у (по высоте). В дальнейшем данный гироскоп будет рассматриваться как свободный.

Гиросфера заключена в следящую сферу 2 и закреплена в установочном кольце 1 с помощью горизонтальных торсионов 3. Установочное кольцо вертикальными торсионами прикреплено к следящей сфере, которая заполнена поддерживающей жидкостью. Такой подвес чувствительного элемента называется жидкостно - торсионным. Роль торсионов выполняют отрезки специальной проволоки, работающие на скручивание.

Рассмотренное устройство называется трехстепенным поплавковым гироблоком (ТПГ). ТПГ установлен в кардановом подвесе (на рис. 1.1 не показан), закрепленном в корпусе основного прибора ВГ-1А.

Рис. 1.1

Трехстепенной гироскоп, сохраняя неизменным свое направление в инерциальном пространстве, в горизонтной системе координат движется вследствие вращения Земли с угловыми скоростями:

Id — w+ ■ sin ifi = О 0 (1-1)

Р - ш+ ■ cos tp a = О,

где α - угол отклонения главной оси (оси х) гироскопа от плоскости меридиана в азимуте;

α - угловая скорость движения гироскопа в азимуте (вокруг оси z);

β — угол отклонения главной оси гироскопа от плоскости горизонта по высоте;

β - угловая скорость движения гироскопа по высоте (вокруг оси у);

w - угловая скорость вращения Земли;

φ - широта места.

Возможность такого движения чувствительного элемента потребовала создания двухканальной следящей системы. Один канал - для слежения за положением ЧЭ в азимуте, второй - по высоте. Это является первой особенностью следящей системы. Вторая ее особенность состоит в том, что она участвует в формировании и приложении к гироскопу управляющих моментов, то есть моментов, превращающих свободный гироскоп в курсоуказатель.