2. Авиагоризонт бомбардировщика агб-3

Устанавливается на маломаневренных самолетах и вертолетах. Предназначен для визуального отображения положения ЛА относительно плоскости горизонта, для выдачи электрических сигналов тангажа и крена потребителям, а также указания наличия н направления скольжения ЛА. Крепится на прибор­ной доске в кабине летчика.

Показания положения ЛА относительно плоскости горизонта осуществляют следующим образом (рис. ).

При повороте ЛА по тангажу вместе с ним поворачивается наружная рама гироскопа с прикрепленным к ней статором сельсина-датчика СД, углов тангажа. Ротор этого сельсина, укрепленный на оси внутренней рамы (то есть жестко скрепленный с неподвижным гиромотором), остается неподвижным. Сигнал U_υ, пропорциональный углу тангажа, снимается с обмотки статора сельсина-датчика СД_υ и подается на обмотку статора сельсина-приемника СП_υ. Сигнал рассогласования между этими сельсинами после усиления поступает на двигатель-генератор ДГ, который через редуктор вращает нижний барабан с намотанной на нем лентой, имеющей в середине прорезь для силуэта-самолетика СС. На ленте нанесена шкала углов тангажа, оцифрованная через 10° в пределах ±80°. Вращение нижнего ба­рабана на верхний передается с помощью тросика, не показанного на рисунке.

На одном валу с нижним барабаном укреплен ротор сельсина-приемника СП_υ, который двигателем ДГ будет поворачиваться до тех пор, пока сигнал рассогласования не станет равным нулю.

Для демфирования колебаний рассмотренной следящей системы с гене­раторной части ДГ на усилитель подается сигнал гибкой отрицательной обрат­ной связи.

Шкала углов тангажа разделена линией искусственного горизонта Г. Bepхняя часть цкалы окрашена в голубой цвет («небо»), нижняя - в коричне­вый («земля»). Величина и знак угла тангажа определяются по положению шкалы относительно силуэта-самолетика СС.

При пикировании шкала тангажа перематывается на верхний барабан, а при кабрировании – на нижний. При этом силуэт-самолетик оказывается соответственно на коричневом, либо на голубом фоне.

В горизонтальном полете угол тангажа равен углу атаки. Для учета этого в левом нижнем углу лицевой части прибора расположена ручка РТ центровки шкалы тангажа (кремальера). Поворот ручки на угол, пропорциональный углу атаки, приводит через червячную пару к повороту статора сельсина-приемника СП_υ, что рассогласовывает следующую систему передачи углов тангажа. Сигнал рассогласования подается на двигатель-генератор ДГ, который перемещает шкалу тангажа до совмещения линии искусственного горизонта Г с силуэт-самолетиком. Одновременно при повороте ручки РТ происходит перемещение индекса горизонта И (с помощью зубчатого колеса и находящейся с ним в зацеплении зубчатой рейки – на рис. Они не показаны). По смещению индекса горизонта, покрытого массой зеленого свечения, относительно нулевого деления шкалы крена можно судить о величине и знаке угла тангажа. Сигнал U_υ угла тангажа подается также к потребителям (например, в автопилот).

При повороте ЛА по крену вместе с ним в ту же сторону и на тот же угол относительно истинного горизонта поворачивается корпус прибора с нанесенной на его лицевой части шкалой крена. Силуэт-самолетик СС, связанный с осью наружной рамы гироскопа с помощью пары трибок Тр с передаточным отношением 1:1, повернется на двойной угол крена относительно истинного горизонта в ту же сторону, что и ЛА. Следовательно, поворот силуэт-самолетика относительно шкалы крена будет соответствовать по величине и направлению истинному углу крена ЛА.

Таким образом, при правом крене - правое крыло силуэт-самолетика, а при левом - левое опускается ниже линии искусственного горизонта. Отсчет углов крена производится по оцифрованной части шкалы крена, причем стрел­кой служит конец силуэт-самолетика. Шкала крена отградуирована до ±60°. Углы 15°, 30°, 45° оцифрованы.

Для потребителей сигнал U_γ угла крена снимается с сельсина-датчика СД_γ крена, ротор которого закреплен па оси наружной рамы, а статор - на корпусе прибора.

В левом верхнем углу лицевой части прибора на фоне шкалы тангажа при отключенном питании виден флажок сигнализатора С отказа питания. При включении питания флажок из видимой зоны шкалы тангажа убирается с по­мощью двигателя Д. Пружина, прикрепленная к валу двигателя, обеспечивает фиксацию флажка в указанных положениях («виден» — «не виден»).

В обесточенном состоянии гиромотор и наружная рама находятся в про­извольном положении. Для быстрого приведения прибора в положение, близ­кое рабочему, служит арретирующий механизм.

Пусть перед запуском гироскоп повернут вокруг осей наружной и внут­ренней рам на углы α и β соответственно. При нажатии на кнопку Кн с надпи­сью «Нажать перед пуском» происходит арретирование прибора в два этапа.

Первый этап – выставка гироскопа в положение, когда плоскость его на­ружной рамы становится параллельной плоскости крыльев. При нажатии на кнопку Кн роли Р, укрепленный на конце штока Ш1, давит на кулачок К1, же­стко закрепленный на оси наружной рамы. Рабочий конец кулачка К1 выпол­нен в виде двух симметричных ветвей винтовой спирали.

Тангенциальная составляющая силы давления ролика на кулачок К1 создает момент М_η такого знака, что гироскоп, поскольку он обесточен, вращается вокруг оси наружной рамы в сторону уменьшения угла α до тех пор, пока ролик Р не войдет в вырез кулачка К1.

Второй этап – выставка гиромотора в положение, когда главная ось гироскопа станет перпендикулярной к плоскости наружной рамы.

При давлении на кнопку Кн ролик Р начинает давить на торцевую поверхность Т штока Ш2, заставляя последний перемещаться в направлении стрелки 1. Конец штока Ш2 начинает давить на кулачок К2, жестко закрепленный на оси внутренней рамы. Рабочая поверхность кулачка К2 выполнена в ви­де двух симметричных ветвей логарифмической спирали. Тангенциальная со­ставляющая силы создает момент М_χ такого знака, что гиромотор вращается вокруг оси внутренней рамы в сторону уменьшения угла Р до тех пор, пока ко­нец штока Ш2 не войдет в вырез кулачка К2.

При отпускании кнопки Кн под действием возвратных пружин (на рис. они не показаны) штоки Ш1 и Ш2 возвращаются в исходное положение - прибор разарретируется.

Арретирование прибора возможно для устранения «завалов» работающего гироскопа. При этом первого этапа под воздействием М_η, приложенного к оси наружной рамы за счет давления ролика Р на кулачок К1, гиромотор поворачивается вокруг оси внутренней рамы по правилу прецессии (на рис. Вектор Н в данном случае движется влево-вниз).

Когда упор У2, укрепленный на оси внутренней рамы, подойдет к упору У1, укрепленному на наружной раме, гироскоп потеряет одну степень свободы (возможность поворачиваться влево вокруг оси внутренней рамы). Поэтому под действием момета М_η он далее будет поворачиваться вокруг оси наруж­ной рамы как обычное твердое тело в сторону уменьшения угла α до тех пор, пока ролик Р не войдет в вырез кулачка К1.

При этом гироскоп теряет возможность поворачиваться вокруг оси на­ружной рамы. Поэтому во время второго этапа под действием момента М_χ, приложенною к оси внутренней рамы за счет давления штока Ш2 на кулачок К2, гиромотор будет поворачиваться вокруг оси внутренней рамы как обычное твердое тело в сторону уменьшения угла β до тех пор, пока конец штока Ш2 не войдет в вырез кулачка К2.

В полете кнопкой арретира пользоваться запрещается.

Точная выставка гироскопа и удержание его главной оси по местной вертикали осуществляется системой маятниковой коррекции.

Чувствительными элементами системы являются жидкостные маятники поперечной МП и продольной МПр коррекции, прикрепленные снизу к гиромотору. Ось чувствительности маятника МП параллельна оси внутренней рамы гироскопа. Ось чувствительности маятника МПр параллельна оси наружной рамы.

Каждый из жидкостных маятников представляет собой герметический стеклянный баллон (рис. ), заполненный токопроводящей жидкостью. В баллон заармированы три электрода: два - в противоположных концах верхней части баллона, и средний - в нижней части.

Верхние электроды маятников электрически связаны с обмотками управ­ления ОУ соответствующих коррекционных двигателей КДП и КДПр. Средние электроды соединены с фазой 1 трехфазной цепи питания.

Токопроводящая жидкость не полностью заполняет баллон, составляя незаполненное пространство – воздушный пузырек.

Исполнительными элементами системы являются двигатели поперечной КДП и продольной КДПр коррекции, работающие в заторможенном режиме (то есть эти двигатели ничего не вращают, а прикладывают к гироскопу моменты коррекции: двигатель КПД – к оси внутренней рамы, двигатель КДПр – к оси наружной рамы).

Пока главная ось гироскопа вертикальна, воздушный пузырек в каждом из жидкостных маятников равномерно перекрывает верхние электроды. При этом проводимость между нижним и каждым из верхних электродов одинакова и по обмоткам управления ОУ коррекционных двигателей протекают токи i₁ и i₂, равныe no величине, но противоположные по направлению (рис. ), в результате чего двигатели моментов коррекции не создают.

При отклонении главной оси гироскопа от местной вертикали вследствие собственного и кажущеюся ухода, например, в направлении поперечной оси ЛА работает система поперечной коррекции. В этом случае воздушный пузы­рек маятника МП сместится от среднего положения и верхние электроды им будут перекрываться неравномерно. В результате по обмоткам управления ОУ двигателя КДП потекут разные по величине и направлению токи (i₁ > i₂). Коррекционный двигатель КДП приложит к оси внутренней рамы момент такого знака, чтобы главная ось по правилу прецессии двигалась к вертикальному положению.

Например, если гироскоп в результате ухода повернулся вокруг оси наружной рамы на угол α (см. рис ), то двигатель КДП приложит момент М_χ так, чтобы угол α свести к нулю.

Аналогично работает система продольной коррекции, состоящая из маятника МПр и двигателя КДПр.

При движении ЛА с ускорением (продольным – при разгоне или торможении, поперечным – при вираже) маятниковая коррекция приводит к большим погрешностям в измерении углов тангажа и крена.

Рассмотрим, что происходит с физическим маятником при движении ЛА с ускорением V (рис. ). В этом случае на маятник действуют две силы – сила веса G=mg и сила инерции F_и=mV (m – масса маятника, g – ускорение силы тяжести). В результате плечо маятника отклоняется от истинной местной вертикали и практически мгновенно устанавливается но направлению равно­действующей указанных сил, называемому кажущейся вертикалью. Угол от­клонения маятника от истинной вертикали

В случае жидкостного маятника происходит следующее.

При движении с ускорением пузырек выдавливается жидкостью в сторо­ну вектора ускорения (рис. ), в результате чего в обмотках управления коррекционного двигателя произойдет разбаланс токов. Двигатель приложит к соответствующей оси гироскопа момент такого знака, чтобы гироскоп прецессировал в положение, когда воздушный пузырек равномерно перекроет верхние электроды (рис. ). При этом главная ось выставится в направлении кажущейся вертикали, отклонившись от истинной вертикали на угол, определяемый выражением . Для поперечной коррекции это - предельная по­грешность в измерении угла тангажа, для продольной - в измерении угла кре­на.

Скорость движения w_к главной оси к кажущейся вертикали для АГБ-3 при работающей коррекции составляет 1,8-6 градус/мин. При выключенной же коррекции прибор накапливает погрешность со скоростью ухода (собственного плюс кажущегося) не более 0,5 градус/мин, то есть в несколько раз мели не. Поэтому при движении ЛА с ускорением маятниковую коррекцию необходимо отключать.

Отключение маятниковой коррекции осуществляется с помощью гироскопического выключателя коррекции ВК (см. рис. и ) типа ВК-53 при угловой скорости виража градус/с или типа ВK-90 при уг­ловой скорости виража 0,05-0,15 градус/с, т.к. при вираже на маятник действу­ет центробежная сила инерции, пропорциональная w:

где m - масса маятника;

V_ц - центростремительное ускорение;

w, R - угловая скорость и радиус виража;

V=wR - линейная скорость ЛА.

В этом случае прекращается подача фазы П питающего напряжения на обмотки управления ОУ и возбуждения ОВ двигателя КДП с помощью контак­тов реле выключателя коррекции (см. рис. ).

В приборе предусмотрена также возможность выключения продольной коррекции с помощью внешнего выключателя (на рисунках это не показано).

Авиагоризонт может быть установлен и на маневренных самолетах. Для обеспечения летчика правильной индикацией при полете самолета в пе­ревернутом положении (например, при выполнении фигуры «петля») в при­боре имеются упоры У1 и У2 (см. рис. ). При выполнении «петли» или других сложных эволюции, когда самолет летит с углом тангажа 80° и более, упор У1 наружной рамы давит на упор У2 гироузла. При этом возникает воз­мущающий момент М_χ, вектор которого направлен вдоль оси гироузла (то есть по оси внутренней рамы). Благодаря упорам ось наружной рамы не полностью совмещается с главной осью (гироскоп складывается не полностью), в резуль­тате чего эффективное значение кинетического момента отлично от нуля. Поэтому под действием момента М_χ гироскоп прецессирует вокруг оси наружной рамы в сторону совмещения вектора с вектором (при положи­тельном угле тангажа направление вектора противоположно тому, что изо­бражено на рис. ).

Наружная рама, прецессируя, перевернутся на 180° и, когда угол тангажа будет более 90°, упор У1 отойдет от упора У2, прецессионное движение пре­кратится. При этом силуэт-самолетик окажется перевернутым на 180°.

Внизу лицевой части, в вырезе шкалы крена (см. рис. ), расположен указатель скольжения (УС), представляющий из себя изогнутую стеклянную трубку с помещенным внутри нее шариком. Сверху нa трубке укреплены две риски. Для демпфирования колебаний шарика в трубку заливается вязкая жид­кость (толуол).

Указатель скольжения предназначен для определения наличия и направления скольжения ЛА при вираже.

Скольжение - это боковое движение ЛА из-за неуравновешенности сил, действующих на него в поперечном направлении. Вираж без скольжения назы­вается правильным (другое название - координированный разворот). При этом шарик указателя скольжения устанавливается по кажущейся вертикали (между рисками).

Получим выражение для правильного виража. Отсутствие скольжения возможно при таком крене, когда сумма проекций всех сил, действующих на ЛА в поперечном направлении, равна нулю.

Пусть ЛА совершает вираж с угловой скоростью w и углом крена γ (рис. ). При этом на него действует следующие силы: подъемная сила Y; сила G = Mg; центробежная сила инерции (V=wR - линейная скорость ЛА; М - масса маятника; Vц - центростремительное уско­рение; g - ускорение силы тяжести; R — радиус виража).

При крене сила веса ЛА уравновешивается вертикальной составляющей Y_B подъемной силы, а центробежная сила — горизонтальной составляющей Y_Г подъемной силы, приводящей к искривлению траектории.

Подъемная сила всегда направлена по нормальной оси Y₁ ЛА (с точно­стью до угла атаки). Поэтому на поперечную ось Z₁ ЛА проецируется только сила веса и центробежная сила инерции. Их проекции на ось Z₁ равны:

Из равенства этих проекций следует, что вираж будет правильным при

Существует модификация прибора - авиагоризонт АГБ-ЗК, на передней панели которого установлены четыре головки ламподержателей встроенного красного освещения. У АГБ-ЗК цифры и деления шкал крена и тангажа, линия искусственного горизонта, силуэт-самолетик и диск флажка сигнализатора от­каза питания покрыты белой эмалью. В центре диска сигнализатора нанесена точка красной эмалью, а по краям диск имеет черную окантовку. Шкала тангажа выше линии искусственного горизонта окрашена в светло-серый цвет («небо»), а ниже - в черный цвет («земля»).

Масса прибора АГБ-3 (АГБ-ЗК) не превышает 4,2 кг.