1. Свойства гироскопа с двумя степенями свободы
Первое свойство дгухстепенного гироскопa: главная ось гироскопа с двумя степенями свободы поворачивается в направлении силы, действующей относительно оси рамы.
Второе свойство двухстепенного гироскопа заключается в том, что его главная ось стремится совместиться по кратчайшему пути с вектором угловой скорости вращения основания, на котором он установлен.
Поскольку двухстепенный гироскоп реагирует на угловую скорость вращения основания вокруг оси Y, то эту ось называют входной осью (осью максимальной чувствительности), а ось Х - выходной осью прибора.
2. Гироприборы на основе двухстепенного гироскопа
В рассматриваемых ниже приборах используется принцип уравновешивания гироскопического момента, возникающего вследствие вращения основания вокруг входной оси прибора, моментом противодействующей пружины, зависящим от угла поворота гироскопа вокруг выходной оси.
2.1. Выключатель корреции ВК-53
Предназначен для отключения систем маятниковой коррекции гироскопических приборов на вираже ЛА, так как действующая при этом на маятниковый чувствительный элемент центробежная сила инерции (см. рис. ) приводит к погрешности, в несколько раз большей, чем из-за суммарного ухода гироскопа (для АГД-1 - это погрешность в измерении угла крена).
Выключатель коррекции ВК-53 (рис. ) состоит из двухстепенного гироскопа, выполненного в виде гиромотора ГМ, укрепленного с помощью подшипников в корпусе прибора и электромеханического устройства задержки времени.
Гироскоп opиентируется на ЛА так, что входная ось Y (ось чувствительности), выходная ось Х (ось цапф гиромотора) и главная ось Z соответственно параллельны нормальной оси Y1, продольной оси Х1 и поперечной оси Z1 ЛА, причем ось Z направлена в сторону левого крыла.
При вираже ЛА с угловой скоростью w, вектор которой совпадает с осью Y, возникает гироскопический момент Мг= Н·w, стремящийся совместить вектор кинетического момента Н с вектором о по кратчайшему пути, в результате чего гиромотор начнет поворачиваться вокруг оси X. Этому повороту препятствует пружина, развивающая момент MПР =KПР β,
где Кпр - удельный упругий момент пружины;
β - угол поворота гиромотора вокруг оси X.
Момент Мпр направлен противоположно моменту Мг, поэтому поворот гиромотора будет происходить до тех пор, пока момент пружины не уравновесит гироскопический момент, т.е. пока не выполнится условие: Кпр·β = Н·w, откуда:
Таким образом, угол поворота гиромотора вокруг оси Х пропорционален угловой скорости виража.
При этом щетка ламельного датчика Л, жестко укрепленная на оси цапф гиромотора, переместится с изолированного участка «с» на токопроводящую ламель «а», в результате чего по обмотке управления OY1 двухфазного двигателя Дв типа ДИД-0,5 устройства задержки времени потечет ток i1. Двигатель через редуктор Ред. станет поворачивать щетки потенциометра П обратной связи и корпус контактного диска К вокруг оси, перпендикулярной плоскости рисунка. По мере вращения вала двигателя корпус диска К повернется таким образом, что его токопроводяшие (незаштрихованные на рисунке) участки окажутся под неподвижными щетками; при этом через короткозамкнутый участок замкнется цепь питания реле Р, контакты которого выключат системы маятниковой коррекции. Таким образом, срабатывание реле Р происходит не сразу после перемещения щетки датчика Л на ламель «а», а по истечение некоторого промежутка времени, что гарантирует неотключение коррекции при случайных колебаниях ЛА по углу рысканья.
Одновременно при повороте щеток потенциометра П на вторую управляющую обмотку ОУ2 двигателя будет подано напряжение, так что по этой обмотке потечет возрастающий ток i2, противоположный по фазе току i1. При равенстве величин токов (точнее, магнитных потоков) двигатель остановится.
После прекращения виража гироскопический момент Mi = H·w обратится в нуль, поскольку w станет равной нулю, и гироузел под действием пружины вернется в исходное положение. При этом щетка ламельного датчика переместится на изолированный участок «с» и управляющая обмотка OY1 двигателя обесточится. В результате действия момента, создаваемого током i2, двигатель станет вращаться в противоположную сторону до тех пор, пока щетки потенциометра П не займут положения, при котором их потенциалы уравняются. В момент остановки двигателя щетки контактного диска окажутся на изолированных участках, в результате чего цепь питания реле Р разомкнется и включатся системы маятниковой коррекции гироприборов.
Поскольку повороту гироприбора вокруг оси Х под действием гироскопического момента препятствует не только момент пружины, но и момент сил сухого трения в подшипниках, в которых укреплены цапфы гироузла, и поскольку, кроме того, изолированный участок «с» ламельного датчика имеет определенные размеры, то перемещение щетки на ламель «а» происходит только при угловых скоростях виража, больших некоторого минимального значения wпор, называемого порогом чувствительности прибора.
В случае изменения направления виража ЛА щетка ламельного датчика будет перемещаться на токопроводящую ламель «в», двигатель станет вращаться в противоположную сторону, а работа остальные элементов происходит аналогично описанному выше.
Основные технические характеристики:
- кинетический момент гироскопа Н=0,4 кг·м2·с-1;
- частота вращения ротора n=21-22 тыс. об/мин;
- порог чувствительности wпр=0,1-0.3 град/с;
- время задержки выключения коррекции tЗ =5-15с;
- ток в фазах асинхронного гиромотора ГМ 4; 0,3 А;
- питание прибора: от источника трехфазного переменно) о тока напряжением 36 В частотой 400 Гц и от источника постоянного тока напряжением 27 В;
- масса прибора не более 2,6 кг
Проверка ВК-53 производится на установке типа УПГ-48.Ппри этом проверяются: потребляемый ток, пороговая чувствительность и время задержки выключения коррекции.
Кроме выключателя коррекции ВК-53 применяются выключатели коррекции ВК-90, имеющие электронную систему задержки времени.