Принцип действия
Центральная гировертикаль ЦГВ представляет собой двухгироскопную платформу с силовой стабилизацией, корректируемую по вертикали от жидкостного маятникового элемента.
Съем сигналов, пропорциональных углам крена и тангажа, производится с потенциометрических устройств, установленных на осях прибора. ЦГВ одновременно выдает сигналы нескольким потребителям и при этом обладает повышенной точностью по сравнению с одногироскопными вертикалями типа АП-5, ДК-6, АГД-1 и авиагоризонтами типа АГИ-1 и АГБ-2. Этого удалось достичь главным образом благодаря применению в приборе принципа силовой гироскопической стабилизации. Применение этого принципа позволило компенсировать в ЦГВ значительную часть вредных возмущающих моментов (моментов трения в потенциометрах для съема сигналов, моментов остаточной несбалансированности рам карданового подвеса и т. д.), которые в одногироскопных вертикалях приводят к повышенным «уходам».
В связи с компенсацией этих моментов в ЦГВ выбрана малая скорость прецессии от коррекции, что, в свою очередь, снизило погрешность прибора в полете.
Прежде чем знакомиться с кинематической схемой прибора, рассмотрим сущность принципа гироскопической стабилизации на схеме одноосного силового гироскопического стабилизатора.
Принцип силовой гироскопической стабилизации
Рассмотрим случай, когда в одногироскопной системе показания снимаются только с одной из осей (наружной), причем вокруг этой оси действуют возмущающие моменты (например установлено большое количество потенциометров со щетками, имеется разбалансированность относительно этой оси и т. п.).
При этом положение гироскопа относительно другой оси (внутренней) не используется в целях измерения.
Такая система, обеспечивающая стабилизацию гироскопа в пространстве с высокой точностью только относительно одной оси, может быть осуществлена в виде одноосного силового гироскопического стабилизатора.
Одноосный стабилизатор, схема которого изображена на фиг. 2, представляет собой гироскоп с тремя степенями свободы, наружную раму 1 которого необходимо стабилизировать в пространстве относительно оси Y при наличии возмущающих моментов, действующих по этой оси.
Гироскоп помещен в кожух 2 и вращается в нем относительно оси Z. Вместе с кожухом 2 гироскоп имеет возможность поворачиваться вокруг оси X (оси прецессии) на небольшие углы, ограниченные упорами.
Стабилизатор имеет датчик 3 для съема сигнала, пропорционального углу b отклонения гироскопа относительно наружной рамы вокруг оси X, и разгрузочный двигатель 4, который укреплен на корпусе прибора и связан со стабилизирующей рамой через редуктор.
На стабилизирующей раме 1 находится датчик 5 для съема сигналов с измерительной оси Y. На оси X гироскопа обычно помещается коррекционный мотор 6, работающий от сигналов с чувствительного элемента 7 маятникового типа.
Стабилизация рамы в пространстве относительно оси Y при наличии возмущающих моментов, действующих по этой оси, происходит следующим образом.
Предположим, что вокруг оси Y подействовал внешний возмущающий момент М (момент трения, несбалансированности и т. д.).
Под действием этого момента гироскоп начинает прецессировать с угловой скоростью wx вокруг оси прецессии X в направлении совмещения по кратчайшему пути вектора кинематического момента Н с вектором возмущающего момента М.
При наличии угловой скорости wx возникает гироскопический момент Мг = Нwxcosb, который направлен в сторону, противоположную моменту М, и вначале равен ему по величине. Гироскопический момент в первое мгновение осуществляет стабилизацию рамы 1.
Прецессия гироскопа вызывает появление сигнала на датчике 3, пропорционального углу b отклонения гироскопа от начального положения. Этот сигнал поступает на нагрузочный двигатель 4, который создает момент Мр = kb (k – коэффициент пропорциональности), противодействующий возмущающему моменту М.
Гироскоп прецессирует с угловой скоростью wx уже под действием разности моментов
.
По мере возрастания момента разгрузочного двигателя угловая скорость прецессии гироскопа wx уменьшается, а гироскопический момент Мг уравновешивает избыток возмущающего момента над моментом разгрузочного двигателя.
Когда возмущающий момент уравновесится моментом разгрузочного двигателя, прецессия гироскопа прекратится и суммарный момент, действующий вокруг оси Y, будет равен нулю. При этом гироскоп окажется отклоненным относительно оси X на некоторый угол b, а рама 1 остается стабилизированной в пространстве относительно оси Y, т. е. Практически сохранит первоначальное положение.
При снятии момента М гироскоп возвращается в нулевое положение под действием момента разгрузочного двигателя.
Таким образом, при наличии силовой разгрузки возмущающие моменты, действующие по оси Y, не оказывают существенного влияния на точность стабилизации рамы 1.
Это утверждение справедливо лишь до известных пределов. Если возмущающий момент, действующий по оси Y, окажется больше максимального момента, который может развить разгрузочный двигатель при полном сигнале с датчика 3, то под действием разности этих моментов гироскоп будет прецессировать до тех пор, пока не ляжет на упор.
При этом гироскоп потеряет степень свободы относительно оси X и как обычное тело, не обладающее гироскопическими свойствами, будет поворачиваться вокруг оси Y под действием избытка возмущающего момента над моментом разгрузочного двигателя.
На точность стабилизации рамы 1 относительно оси Y существенное влияние оказывают возмущающие моменты, действующие по оси прецессии гироскопа X (моменты трения в опорах и в датчике 3, моменты от токоподводов, моменты остаточной несбалансированности и т. д.). Эти моменты не компенсируются и вызывают прецессию («дрейф») рамы 1 вокруг измерительной оси Y.
Коррекционный мотор 6 позволяет управлять движением системы относительно измерительной оси Y.
На фиг. 2 изображен случай, когда раму 1 необходимо стабилизировать в горизонтальной плоскости.
Чувствительным элементом коррекции служит в данном случае жидкостный маятниковый переключатель 7, расположенный на раме. При отклонении рамы от горизонтальной плоскости сигнал с жидкостного переключателя поступает на коррекционный мотор 6 и вызывает прецессию рамы к горизонту аналогично тому, как это происходит с трехосным гироскопом, к внутренней раме которого приложен момент.
Возмущающие моменты, действующие по оси Y, компенсируются разгрузочным двигателем и не оказывают влияния на прецессию гироскопического стабилизатора.