Приборы для измерения угловых скоростей и ускорений самолета

УКАЗАТЕЛЬ ПОВОРОТА ЭУП-53

Электрический указатель поворота типа ЭУП-53 пред­назначен для определения направления разворота самолета. В указателе поворота используется свойство гироскопа с двумя степенями свободы совмещать ось собственного вращения с осью вынуж­денного вращения.

Кинематическая схема ЭУП-53 и внешний вид прибора представлены на рис. 5.1. Ось ротора гироскопа 1 (ось собственного вращения) параллельна поперечной оси самолета, ось рамы 2 па­раллельна продольной оси самолета. Прецессия гироскопа ограни­чивается двумя пружинами -3, а колебания гироскопа умень­шаются демпфером 6. По стрелке 4 и шкале 5 определя­ют направление разворота. В прибор ЭУП-53 встроен ука­затель скольжения.

Если самолет совершает разворот вокруг своей верти­кальной оси, то гироскоп, реа­гируя на скорость разворота, прецессирует, пока момент пружины не уравновесит гиро­скопический момент. По от­клонению стрелки прибора можно судить о направлении разворота, а в комплексе с ука­зателем скольжения удобно контролировать выполнение координированного разворота. Кроме того, ЭУП-53 вместе с указателем скольжения и вариометром в аварийных случаях могут в какой-то мере заменить авиагоризонт, поскольку показания этих приборов ориентировочно помогают определить положение самолета относительно плоскости горизонта. При крене самолета ЭУП-53 имеет погрешность.

Пусть самолет совершает разворот с угловой скоростью ω=const и имеет при этом крен, равный γ (рис. 4.7). Собственная ось гироскопа указателя поворота отклонится при этом на угол р. Теперь гироскоп реагирует не на скорость ω, а на ее проекцию ω₁ на ось, перпендикулярную собственной оси гироскопа:

(5.1)

При этом в соответствии с уравнением для установив­шегося значения угла β можно записать

(5.2)

Выполнив преобразования, получаем

(5.3)

Для малых углов β уравнение (5.3) будет

откуда (5.3)

Из выражения (5.3) видно, что угол отклонения гироскопа зависит не только от величины угловой скорости разворота, но и от крена самолета, что, естественно, вносит ошибку в показания прибора.

С другой стороны, если H= const, c=const и ω = const, то β=ƒ(γ)

В то же время при координированном развороте угловая ско­рость разворота, крен и линейная скорость V связаны следующим образом:

(5.4)

где g — ускорение силы тяжести.

Подставив (5.4) в (5.3), имеем выражение для угла поворо­та оси прецессии

(5.5)

из которого видно, что при координированном развороте при V= const прибор показывает крен самолета. Поэтому на шкале при­бора нанесены оцифрованные деления, соответствующие только одной угловой скорости разворота, а именно, когда самолет совер­шает координированный разворот с линейной скоростью 500 км/ч.

Показания прибора зависят также и от стабильности оборотов ротора гироскопа. Из уравнений видно, что при колебании скорости вращения гироскопа будут изменяться и показания при­бора. Поэтому в ЭУП-53 в качестве гиромотора используется элект­родвигатель постоянного тока и специальный центробежный регу­лятор скорости.

Указатель поворота имеет некоторую зону нечувствительности к измеряемой скорости, поскольку прецессия гироскопа начинается тогда, когда гироскопический момент больше момента трения по оси рамы. Следовательно, минимальная угловая скорость, на которую может реагировать прибор, определяется выражением

(5.6)

В прямолинейном полете гироузел удерживается в нейтральном положении с помощью пружин, и стрелка указателя находится на нуле. При развороте самолета по курсу корпус указателя поворота поворачивается вокруг мнимой оси ZZгироскопа. Возникает гироскопический момент, под действием которого гироскоп прецессирует вокруг оси YY до тех пор, пока гироскопический момент будет уравновешен моментом противодействующих пружин. Поворот гироскопа вокруг оси УУ через передаточный механизм передается на стрелку, отклонение которой определяется формулой

где а — угол отклонения стрелки;

,—угловая скорость разворота самолета;

γ— поперечный крен самолета;

К — коэффициент пропорциональности.

Таким образом, угол отклонения стрелки зависит от угловой скорости самолета и угла поперечного крена, который, в свою очередь, зависит от линейной скорости полета. Шкалу прибора можно градуировать или в единицах угловой скорости, или в градусах поперечного крена. Для получения возможности использовать указатель поворота как резервный авиагоризонт, шкала ЭУП-53МК-500 отградуирована для индикации поперечного крена, и прибор с достаточной точностью указывает величину крена самолета при линейной скорости полета 500 км/ч. При увеличении линейной скорости прибор занижает показания. Так, при Ун,.,. =900 км/ч крен но указателю в два раза меньше фактического. оси УУ, а следовательно, и стрелки прибора имеют воздушный демпфер(Рис.5.3)

Рис.5.3.воздушный демпфер

1-стакан, 2-поршень, 3-канавка.

В одном корпусе с указателем поворота установлен указатель скольжения, состоящий пз изогнутой стеклянной трубки, заполненной жидкостью (толуолом), в которую помещен черный стеклянный шарик. Принцип действия указателя скольжения основан на свойстве физического маятника.

В полете пилоты непрерывно сравнивают показания по крену основных авиагоризонтов с показаниями ЭУП-53МК-500. При обесточивании сети постоянного тока питание указателя поворота обеспечивается от аккумуляторов. Положения стрелки указателя поворота и шарика указателя скольжения при различных эволюциях самолета показаны на рис.5.4.

Рис.5.4 Положения стрелки указателя поворота и шарика указателя скольжения при различных эволюциях самолета.

Ротор гироскопа 1 (Рис5.5) приводится во вращение двигателем постоянного тока. Обмотка 2 якоря 8 двигателя состоит из девяти катушек, каждая из которых, в свою очередь, состоит из двух секций. Якорь двигателя механически связан с ротором. 1ок в катушки якоря подается через графитовые щетки 4 и, коллектор 5. Магнитный поток создается двумя постоянными магнитами 6 и подводится к катушкам якоря с помощью магнитопроводов 7. Для того чтобы скорость вращения ротора была постоянной двигатель снабжают центробежным регулятором, состоящим из контактов 8 и 9. Если скорость вращения двигателя превышает 6000 об/мин, в следствии влияния центробежной силы подвижный контакт 9 отходит от контакта 8. При размыкании контактов вводится последовательно с цепью обмотки якоря добавочное сопротивление10, рамное 450 Ом, что приводит к снижению тока якоря и снижению скорости вращения ротора. В каждой из двух параллельных ветвей обмотки якоря имеется по одному сопротивлению, шунтируемому своими контактами. Подшипники 11 ротора защищаются т графитной пыли пылизащитными шайбами 12, смазка подшипников сохраняется маслодержательными шайбами 13. Осевой люфт ротора регулируется с помощьюрезьбовой пробки 14, в которой установлен один из шарикоподшипников ротора. Кожух гиромотора 15, представляющий собой рамку гироскопа, вращается на подшипниках 16. Статическая балансировка гироузла осуществляется с помощью грузиков 17. Кожух связан с поршнем демпфера 18 через поводок 19, тягу 20 и шатун 21. На дне цилиндра демпфера 22 имеется отверстие, площадь которого регулируется винтом 23. Регулировочный винт контрится пружиной 24. Противодействующий момент создается упругими пружинами 25. Регулировка натяжения пружины и установка гироузла в среднее положение осуществляется перемещением резьбовых втулок 26, с которыми через держатель 27 связаны пружины. Поворот гироузла передается к стрелке прибора 28 через передаточный механизм, состоящий из пальца 29, поводка 80, втулки поводка 81, оси стрелки 82. Корпус 88 фланцевого типа закрыт тонким алюминиевым кожухом 84, на дне которого имеется отверстие Для вывода штепсельной вилки. Для уменьшения возможного влияния двигателя постоянного тока на компасы под алюминиевый кожух помещается пермаллоевый магнитный экран 35. С передней бороны корпус указателя поворота закрыт стеклом 86. Для того, чтобы в корпус прибора не попадала пыль, между стеклом и корпусом помещается резиновая прокладка 87, а между кожухом и корпусом резиновая прокладка 88. На циферблате сделано несколько светящихся делений. Крайние деления соответствуют угловой скорости вращения 11,2 град/сек, которая достигается при скорости 500км/ч на крене 45^о. Всередине циферблата снизу сделан вырез для показа шарикового указателя скольжения 39.

Электрическая схема указателя поворота педставлена на рисунке 5.6. Для уменьшения радиопомех питание к обмоткам якоря Rя подаётся через фильтр, Состоящий из двух конденсаторов С и двух индукционных катушек L. В цепи обмоток якоря представлены добавочные сопротивления Rдоб, параллельно которым расположены центробежные контакты К регулятора скорости вращения ротора.

Эксплуатация. Перед полетом включить выключатель питания «ЭУП» на верхнем электрощитке пилотов. Через 2—3 мин (время готовности) проверить работоспособность указателя поворота, для чего нажать на край приборной доски, создав ей не которое движение вокруг вертикальной оси. Если стрелка указателя отклонится, то прибор исправен.

Рис.5.6 Электрическая схема указателя поворота.

Основные технические характеристики.

Напряжение питания 27В

Потребляемая мощность 3,5Вт

Вес 1,1Кг

Диапоты по высоте до 20 км

Температурный диапазон -60…+50

Чувствительность 8±1,3гр/сек

Погрешность из за крена ±0,2гр/сек

Погрешность из за изменения напряжения питания ±0,2гр/сек

Время переходного процесса перехода гироузла на новое установившееся положение 3-4сек

Погрешность из за несбалансированности ±0,1гр/сек

Отклонение стрелки прибора при плоском развороте с угловой скоростью:

0,6 гр/сек 4±2

1,5 гр/сек 12±2

погрешность при нормальных условиях при крене 15-45гр и угловых скоростях 1,1-4гр/сек 1,5гр

Рис.5.5. Конструкция электрического указателя поворота ЭУП-53.

1—ротор гироскопа, 2—обмотка якоря, 3—якорь, 4—щетка. 5—коллектор, 6—постоянный магнит, 7—магнитопровод, 8—неподвижный контакт центробежного регулятора скорости, 9—подвижный контакт центробежного регулятора скорости, 10—добавочное сопротивление, 11—подшипник ротора, 12—пылезащитная шайба, 13—маслодержательная шайба, 14—резьбовая пробка, 15—кожух гиромотора, 16—подшипник гироузла, 17—балансировочный груз, 18—поршень демпфера, 19— поводок, 20— тяга, 21— шатун, 22— цилиндр демпфера. 25—винт регулировки демпфера, 24—центровочная пружина, 25—упругая пружина, 26—резьбовая втулка, 27— -держатель, 28— стрелка прибора, 29—палец. 30—поводок, 31—втулка поводка, 32—ось стрелки. 33—корпус, 34—алюминиевый кожух;. 35—пермалоевый магнитный экран, 36—стекло, 37—резиновая прокладка, 38—резиновая прокладка, 39- шарик указателя скольжения.