книги из ГПНТБ / Меклер, А. Г. Электрооборудование машин непрерывного транспорта

4) проверяют наличие и величины напряжений, вырабатываемых

прибором «В»; 5) переключатель «Обзор — выкл.» устанавливают в положение

«Обзор»;

6)потенциометрами «Яркость», «Фокус», «НКД» регулируют линию развертки и неподвижные круги дальности;

7)потенциометром «Отметка курса» регулируют линию отметки

курса; 8) устанавливают ручку «Курс, нажать — норд» в положение

«Курс» или «Норд» в зависимости от способа стабилизации радиоло­ кационного изображения.

При установке ручки в положение «Норд» тумблер «Гирокомпас» устанавливают в положение «Вкл.»;

9) переключатель «Работа — выкл.» устанавливают в положение

«Работа»; 10) при стабилизации радиолокационного изображения по «Нор­

ду» ручкой «Согласование с гирокомпасом» совмещают отметку курса

споказанием гирокомпаса;

11)потенциометрами «Усиление», «ВАРУ», «Яркость» и «Фокус»

регулируют изображение на экране индикатора.

Выключение РЛС

Выключение станции выполняют в следующем порядке:

1)тумблер «Работа—выкл.» устанавливают в положение «выкл.»;

2)тумблер «Обзор — выкл.» устанавливают в положение «выкл.»;

3)выводят влево до упора потенциометры «Усиление» и «Яркость»;

4)тумблер «Подготовка — выкл.» устанавливают в положение

«Выкл.»; 5) нажатием кнопки «Стоп», расположенной на подставке индика­

тора, останавливают агрегат питания.

Замена блоков РЛС

В тех случаях, когда станция выходит из строя и надо быстро ее восстановить, рекомендуется произвести замену блоков из комплек­

Основные признаки неисправностей, при которых" надо заменить блоки запасными, следующие.

Блок развертки (блок И-1): нет развертки; нет отметки курса; дли­ на развертки мала и не регулируется; яркость слабая и не регулирует­ ся; начало развертки не центрируется.

Блок формирования импульсов НКД (блок И-2): нет меток НКД;

яркость меток НКД слабая и не регулируется; расстояние, определя­ емое с помощью НКД на одной из шкал дальности, не соответствует действительному.

170

Блок центрирования развертки (блок И-8): потенциометры переме­ щения развертки не действуют; потенциометр установки центра не действует.

Видеоусилитель (блок И-12): на экране ЭЛТ нет изображения ок­ ружающей судно обстановки и меток НКД; изображения на экране не четкие и не регулируются; контрастность изображения не регу­ лируется.

Блок усиления промежуточной частоты (блок П-2): нет отраженных сигналов на выходе блока; отраженные сигналы слабы и не регулиру­ ются; не работает схема МПВ; не работает схема ВАРУ; изображения на экране «пятнистые» (за отраженными сигналами наблюдаются тени).

Блок автоматической подстройки частоты (блок П-3): схема АПЧ

«не держит» (токи кристаллов колеблются, а отраженные сигналы по­ являются периодически в отдельных секторах экрана); нет токов кристаллов и потенциометр «СДП» не действует.

Модулятор (блок П-6): наблюдается пробой высокого напряжения на корпус; наблюдается «простреливание» манипуляторной лампы (ГМИ-83); нет тока магнетрона; ток магнетрона колеблется; ток маг­ нетрона мал и не регулируется.

Блок В-1: нет напряжения — 24 В или оно мало; нет напряжения +300 В стаб. или оно не регулируется; нет напряжения —300 В стаб. или оно не регулируется.

Блок В-2: нет напряжений +150 В, +250 В, +450 В; нет одного из нестабилизированных напряжений; одно из нестабилизированных напряжений резко отличается от номинала.

Г л а в а XVII

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ГИРОСКОПИЧЕСКИХ к о м п а с о в

§ 82. ГИРОСКОП

Основным элементом гироскопических приборов является гиро­ скоп. Гироскопом называется симметричное тело, вращающееся с боль­ шой скоростью вокруг оси симметрии и подвешенное так, что его ось собственного вращения может занимать любое положение в простран­ стве.

Таким образом, главными частями гироскопа являются ротор и его подвес.

Ось, вокруг которой вращается ротор (маховик), называется осью собственного вращения гироскопа или его главной осью.

Главная ось перпендикулярна плоскости ротора и проходит через его центр тяжести. Для того чтобы главная ось гироскопа могла из­ менять свое направление в пространстве, гироскоп монтируется в кардановом подвесе. Такой гироскоп называется «лабораторным гиро­ скопом» (рис. 105) и обладает тремя степенями свободы.

171

Главная ось X — X гироскопа помещена на шарикоподшипниках

§ 83. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СВОБОДНОГО ГИРОСКОПА

Если к неподвижному гироскопу приложить какую-то силу, на­ пример в точке Д внутреннего кольца подвесить грузик весом Р (см. рис. 105), то главная ось гироскопа X — X будет наклоняться в на­ правлении приложенной силы. Нанесение удара по оси гироскопа X — X заставляет ее двигаться в направлении полученного удара.

Вращение основания прибора вызывает поворот оси гироскопа X — X в сторону вращения основания.

На гироскоп, вращающийся с большой скоростью вокруг главной оси X — X, ни удар, ни поворот основания карданового подвеса не окажут существенного влияния. Н а п р а в л е н и е , которое было придано главной оси гироскопа при его запуске, о с т а н е т с я п о ­ с т о я н н ы м в п р о с т р а н с т в е . Это первое основное свойство гироскопа.

Под действием постоянной силы (например, веса Р грузика), при­ ложенной к внутреннему или внешнему кольцу подвеса, главная ось быстровращающегося гироскопа будет двигаться не в направлении

172

приложенной силы (как это было бы при невращающемся роторе), а перпендикулярно направлению этой силы (на рис. 105 указано стрел­ кой), совершая так называемое прецессионное движение. Эта реакция оси гироскопа называется с в о й с т в о м п р е ц е с с и и .

Направление прецессионного движения определяется следующим правилом: Полке гироскопа кратчайшим путем идет к полюсу силы.

П о л ю с о м г и р о с к о п а называется конец вектора скорости

собственного вращения гироскопа (й), смотря из которого вращение ротора наблюдается против часовой стрелки.

П о л ю с о м с и л ы называется конец вектора момента внешней

силы М, смотря из которого действие силы наблюдается против часо­ вой стрелки.

Угловая скорость прецессии гироскопа равна:

м_

где ©nP — угловая скорость прецессии (с-1); М — момент внешней силы (Гем);

/— момент инерции гироскопа относительно оси собствен­ ного вращения (Г-см-с2);

Явление прецессии так же, как и устойчивость оси гироскопа при воздействии на него ударов, объясняется тем, что в гироскопе под дей­

Если закрепить внешнее вертикальное кольцо Б (см. рис. 105) карданового подвеса в его основании, а затем поворачивать основание против часовой стрелки, то ось собственного вращения гироскопа X — X (главная ось) начнет поворачиваться вокруг горизонтальной оси У — У, стремясь кратчайшим путем к оси Z — Z, вокруг которой происходит принудительное вращение основания.

Это движение оси X —■X можно ликвидировать, подвесив к внут­ реннему кольцу грузик Р так, чтобы он создавал момент, противодей­ ствующий повороту. Можно подобрать вес и плечо грузика Р таким образом, что момент, возникающий под действием этого грузика, пре­ кратил вращение главной оси гироскопа вокруг горизонтальной оси Y — Y и внутреннее кольцо останется неподвижным, несмотря на вращение основания. Очевидно, что в положении равновесия внешнему

моменту М грузика Р, действующему по горизонтальной оси Y — У, противодействует равный по величине и противоположный по направ­

лению гироскопический момент Г.

173

§ 84. ПРЕВРАЩЕНИЕ ГИРОСКОПА В ГИРОКОМПАС

Гирокомпасом называется навигационный прибор, основанный на свойствах гироскопа и предназначенный для измерения курса и пе­ ленгования.

Для уяснения принципа действия гирокомпаса рассмотрим влия­ ние суточного вращения Земли на видимое движение главной оси сво­ бодного гироскопа, установленного на земной поверхности в северной широте (рис. 106).

Рис. 106. Видимое движение свободного гироскопа, установленного в север­ ной широте

Предположим, что в первоначальный момент главная ось X — X гироскопа направлена по меридиану и горизонтальна (положение 1), Через некоторый промежуток времени Земля повернется вокруг своей оси и гироскоп займет по отношению Земли положение 2, в результате чего его ось X — X составит с меридианом некоторый угол а, так как Земля, а следовательно, и ее меридиан совершат поворот, а ось X — X гироскопа сохраняет в пространстве свое первоначальное положе­ ние. Одновременно с видимым уходом из меридиана ось X — X гиро­ скопа будет как бы подниматься над горизонтом в результате того, что истинный горизонт также вращается с Землей, причем его восточная часть опускается относительно своего начального положения, а запад­ ная поднимается.

В положении 3 (см. рис. 106) ось X — X гироскопа вновь окажется

вплоскости меридиана, но будет поднята над горизонтом на угол |Зтах. Таким образом, ось гироскопа, установленного в средней северной

широте, сохраняя неизменным в пространстве свое направление по отношению к плоскостям истинного горизонта и меридиана Земли, будет менять свое положение. Ее северный конец будет уходить от ме-

174

ридиана к востоку и от плоскости истинного горизонта вверх. Так ве­ дет себя гироскоп, центр тяжести которого совпадает с точкой подвеса.

В чувствительном элементе (ЧЭ) гирокомпаса, основой которого

является гироскоп, центр тяжести гироскопа смещен вниз относи­ тельно центра подвеса.

Установим такой прибор на экваторе (рис. 107), и в первоначаль­ ный момент его главная ось X — X будет горизонтальна и направле­

на по линии восток — запад (Ost — W), причем, полюс гироскопа обращен к востоку.

/

Рис. 107. Превращение гироскопа в гирокомпас путем смещения центра тяжести ЧЭ вниз по оси

В этом положении центр тяжести G и центр подвеса О лежат на одной вертикали на расстоянии а друг от друга (см. рис. 107, а), следо­ вательно, сила тяжести не будет создавать момента внешней силы от­ носительно точки подвеса.

В результате вращения Земли гироскоп через некоторый промежу­ ток времени переместится в положение II (см. рис. 107, б).

Главная ось X — X гироскопа, стремясь сохранить свое положение в пространстве, будет по-прежнему указывать на восток. Но так как вместе с Землей повернется и плоскость горизонта (на угол Р), то его восточная часть опустится, а западная—поднимется, вследствие этого полюс гироскопа окажется приподнятым над плоскостью горизонта также на угол р.

Момент силы тяжести Р относительно центра подвеса при этом будет направлен на север, следовательно, к северу обращен и полюс силы (конец вектора момента внешней силы).

Так как полюс гироскопа обращен к востоку, то возникнет прецес­ сионное движение вокруг оси Z—Z, определяемое, как указывалось выше, правилом, что полюс гироскопа пойдет кратчайшим путем к по­ люсу силы, т. е. к северной части меридиана (см; рис. 107, б — конец вектора Н пойдет против часовой стрелки).

175

Скорость прецессионного движения определяется по формуле

Раф

(3)

где Paf’>— момент силы тяжести относительно центра подвеса (маятниковый момент);

Н — кинетический момент гироскопа.

Величина маятникового момента возрастает с увеличением угла (5, так как величины Р и а постоянны.

Таким образом, когда центр тяжести смещен вниз относительно центра подвеса, главная ось X — X гироскопа, будучи отклоненной от меридиана, с течением времени повернется относительно центра подвеса (вокруг оси Z — Z) в сторону северной части меридиана и ось гироскопа расположится в плоскости истинного меридиана.

Такой гироскоп становится указателем меридиана, т. е. выполняет основные функции чувствительного элемента гирокомпаса.

§ 85. НЕЗАТУХАЮЩИЕ КОЛЕБАНИЯ ГИРОКОМПАСА

Пока полюс гироскопа начнет медленно прецессировать к меридиа­ ну, вращение Земли продолжает вызывать дальнейший видимый подъ­ ем оси гироскопа над плоскостью горизонта. Так как скорость пре­ цессии пропорциональна углу Р подъема оси гироскопа [см. форму­ лу (3)], ось гироскопа прецессирует к меридиану с возрастающей ско­ ростью до тех пор, пока не придет в меридиан, где подъем оси и ско­ рость прецессии достигают наибольшего значения.

С максимальной скоростью ось гироскопа пересечет меридиан и пойдет к западу. Теперь вращение Земли будет уменьшать подъем оси гироскопа, так как западная часть плоскости горизонта поднимается. Соответственно начинает уменьшаться и скорость прецессии. Наконец,

Втаком положении ось гироскопа будет отклонена от меридиана на какой-то угол к западу.

Вдальнейшем западная часть плоскости горизонта продолжает подниматься и ось гироскопа будет совершать видимое движение, опускаясь под плоскость горизонта.

Врезультате этого вновь возникнет маятниковый момент, который вызовет прецессию оси гироскопа в обратном направлении, т. е. к во­ стоку.

Так, с увеличением угла опускания полюса гироскопа под плос­ кость горизонта будет возрастать и скорость прецессионного дви­ жения. С максимальной скоростью полюс гироскопа пересечет мери­ диан и придет к своему первоначальному положению. С этого момента движение повторяется и будет происходить теоретически бесконечно, т. е. гироскоп будет совершать незатухающие колебания около мери­ диана.

Траектория, описываемая в пространстве концом оси X — X ги­ роскопа (рис. 108), представляет собой эллипс.

176

Время, в течение которого ось гироскопа описывает эллипс, т. е. совершает одно полное колебание, называется периодом незатухаю­ щих колебаний Т0.

Период незатухающих колебаний подсчитывается по приближен­

где Н — кинетический момент гироскопа; В — маятниковый момент; со — угловая скорость вращения Земли;

ср — географическая широта места.

Рис. 108. Кривая незатухающих колебаний

Для всех гирокомпасов стремятся расчетные величины ф, В и Н подбирать такими, чтобы период незатухающих колебаний был равен 84,4 мин. Благодаря такой большой величине периода, гирокомпас обладает большой устойчивостью, т. е. его ось совершает колебания лишь вблизи направления меридиана, поскольку при кратко­ временных действиях на гироскоп возмущающих усилий (удары волн, сотрясения корпуса и т. д.) она не успевает сколько-нибудь значительно отклониться от меридиана.

§ 86. ЗАТУХАЮЩИЕ КОЛЕБАНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА

Как уже говорилось выше, чувствительный элемент с пониженным центром тяжести является в известном смысле курсоуказателем (ком­ пасом), так как ось X — X гироскопа колеблется около положения ме­ ридиана.

Для определения положения меридиана, т. е. среднего положения при колебаниях оси X — X, необходимо наблюдать за прибором хотя бы в течение одного полного колебания, что вызывает большие неудоб­ ства и точность в определении истинного положения меридиана недо­

статочна.

В гирокомпасах силы трения в подвесе чувствительного элемента настолько малы, что затухающие колебания под их действием продол­ жаются длительное время (10—15 суток). Очевидно, что такой прибор не годен для практического использования в качестве курсоуказателя, так как гирокомпас пришлось бы запускать за несколько суток перед выходом судна в плавание. Кроме того, во время плавания, в ре­

177

зультате каких-либо причин гирокомпас может выйти из меридиана и для возвращения в меридиан ему потребуется также длительное время. Сокращение времени прихода гирокомпаса в меридиан, т. е. погашение незатухающих колебаний, достигается с помощью жид­ костных успокоителей (рис. 109).

Жидкостный (масляный) успокоитель закреплен внутри чувстви­ тельного элемента гирокомпаса (в плоскости N — S) и состоит из двух сосудов, заполненных до половины маслом. Сосуды соединены между собой, что обеспечивает перетекание масла из одного сосуда во второй.

Когда главная ось X — X гироскопа горизонтальна и отклонена от меридиана на небольшой угол, в одном из сосудов уровень масла

Рис. 109. Жидкостный успокоитель незатухающих колебаний

поднимается на максимальную высоту, а в другом соответственно опу­ скается. Когда главная ось имеет наибольший угол наклона к гори­ зонту (главная ось находится в меридиане), количество масла в сосудах одинаково. Это достигается путем запаздывания перетекания масла из одного сосуда в другой за счет подбора диаметра трубки, соединяю­ щей сосуды, и вязкости масла.

При наличии успокоителя колебания главной оси гироскопа около меридиана можно рассматривать как результат сложения двух пре­ цессий: прецессии, вызываемой маятниковым моментом (силы Р), называемой главной прецессией, и прецессией, создаваемой избытком масла (силы Рг) в одном из сосудов, называемой добавочной прецес­ сией.

Это легко уяснить, рассматривая кривую затухающих колебаний чувствительного элемента (ЧЭ) гирокомпаса (рис. 110).

Добавочная прецессия вектор Кд всегда направлена в сторону ме­

ридиана (на рис. 110 вектор К4).

При движении главной оси X — X гироскопа в сторону меридиана (положение I, II, VI) добавочная прецессия складывается с главной—

вектор Vr (на рис. вектор К3), в результате чего движение оси уско­ ряется.

Если главная прецессия уводит ось X — X гироскопа от меридиа­ на (положение III, IV, V, VII, VIII), то добавочная прецессия замед­ ляет отклонение от меридиана.

178

Таким образом, колебания главной оси X — X гироскопа при на­ личии успокоителя будут затухающими. Полюс гироскопа при этом описывает в пространстве сферическую сходящуюся кривую (спираль).

Время, в течение которого главная ось гироскопа переходит из положения / в положение IX, называется периодом затухающих ко­ лебаний. Для гирокомпасов типа «Амур» этот период составляет 90— 130 мин.

Рис. ПО. Кривая затухающих колебаний ЧЭ:

Vi — вектор скорости северного конца главной оси гироскопа; v$ — вектор скорости полюса гироскопа под действием-вертикальной составляющей земного вращения

к последующей) и является для данного чувствительного элемента ве­ личиной постоянной.

§ 87. ПОГРЕШНОСТИ ГИРОКОМПАСА

На неподвижном основании главная ось чувствительного элемента гирокомпаса устанавливается в истинном меридиане. Поэтому, если судно неподвижно и не подвержено качке, то все направления, опре­ деляемые по гирокомпасу, будут ориентированы относительно истин­

ного меридиана.

179