Демпфирующий гироскоп дус-м6 назначение

Демпфирующий гироскоп ДУС-М6 для измерения угловой скорости отклонения самолета относительно одной из измерительных осей и преобразования измеренной угловой скорости ив электрические напряжения потенциометрическим датчиком.

Рис.6. Демпфирующий гироскоп.

Принцип действия На рис.7 приведена кинематическая схема демпфирующего гироскопа.

Принцип действия прибора основан на использовании свойства гироскопа с двумя степенями свободы совмещать ось собственного вращения осью вынужденного вращения. Чувствительным элементом демпфирующего гироскопа является гиромотор 1 и наружная рамка 2, при этом их оси вращения взаимно перпендикулярны и расположены в одной плоскости, проходящей через центр тяжести системы.

К рамке 2, на некотором расстоянии от нее, прикреплены две пружины 4, которые с другой стороны соединены с корпусом прибора. Пружины служат для наложения на рамку момента, пропорционального углу ее отклонения в любую сторону от исходного положения и направленного так, чтобы вернуть ее обратно. Демпфирование колебаний рамки осуществляется специальной жидкостью, заполняющей пространство между подвижными частями и корпусом прибора.

Для использования демпфирующего гироскопа в качестве датчика угловых скоростей в нем предусмотрен потенциометрический датчик, каркас потенциометра которого с обмоткой 5 укреплен на корпусе прибора, а щетка 6 соединена с рамкой.

Рис.7. Кинематическая схема демпфирующего гироскопа.

I – гиромотор; 2 – рамка; 3 – палец; 4 – механические плоские пружины; 5 – потенциометр; 6 – щетка со щеткодержателем.

При повороте самолета относительно измерительной оси к оси гироскопа будет прикладываться момент. Под действием этого момента возникает гироскопический момент, стремящийся по кратчайшему пути совместить ось собственного вращения с осью вынужденного вращения.

,

где М_гир – гироскопический момент

Н – кинематический момент гироскопа см сек;

 – угловая скорость вынужденного вращения 1/сек;

 – угол отклонения оси гироскопа от первоначального положения.

В результате прецессии гироскопа в направлении действия гироскопического момента гиромотор вместе с рамкой повернется относительно оси прецессии. Прецессия гироскопа будет продолжатся до тех пор, пока гироскопический момент не уравновесится силой натяжения пружин 4, которые создадут момент относительно оси прецессии, направленной в сторону, обратную гироскопическому моменту:

,

где М_пр – момент пружины

К – коэффициент пропорциональности, равный моменту, создаваемому пружинами, когда  равно 1 радиану, г см сек;

 – угол отклонения гироскопа или рамки.

При установившемся режиме гироскопический момент равен моменту пружины, т.е. М_гир =М_пр или

.

Прибор изготовляется с таким расчетом, чтобы о всем измеряемом диапазоне изменения скорости  угол  оставался бы малым. При выполнении того условия можно принять соs 1, тогда

Из этого выражения видно, что в положении равновесия, соответствующем какому-либо заданному значению измеряемой скорости , угол отклонения рамки от ее исходного положения прямо пропорционален  и, следовательно, при постоянных К, Н может служить мерой угловой скорости.

Рис.8. Электрическая схема демпфирующего гироскопа.

Так как с рамкой соединена щетка потенциометра, то и напряжение, снимаемое с потенциометра при повороте рамки, будет пропорционально угловой скорости . Щетка потенциометра устанавливается так, чтобы при =0 напряжение, снимаемое с потенциометра, также равнялось нулю.

Вращение самолёта относительно других осей, например, относительно поперечной оси, не вызовет появления гироскопического момента, так как измерительная ось в этом случае совпадаете осью собственного вращения. При вращении же относительно продольной оси рамка будет поворачиваться вместе с самолетом.

В этом случае гироскопический момент будет действовать относительно вертикальной оси, но так как демпфирующий гироскоп не имеет свободы перемещения относительно вертикальной оси, то подшипники, в которых вращается рамка, воспримут на себя нагрузку от гироскопического момента и воспрепятствуют прецессии гироскопа.

На рис.8 приведена электрическая схема демпфирующего гироскопа.

Основные характеристики демпфирующего гироскопа

1. Питание переменным током …………………….…36 В ± 5% и

400 Гц ±2%

2. Температурный диапазон………………………….от +50 до –60 ⁰С

3. Переменный ток,

потребляемый в каждой фазе…………….не более 0,16 А

4. Порог чувствительности………………0,05 град/сек при температурах + 20

и +50 ⁰С и 0,1 град/сек

при температуре – 60 ⁰С

5. Выходное напряжение в трех

взаимнопендикулярных положениях

при отсутствии угловой скорости ……………………..не более  0,15 В.

6.Зависимость выходного напряжения

от угловой скорости должна соответствовать

данным, приведенным в табл. 3.

Таблица 3

Угловая скорость в град/сек	0	1	I,5	3	4,5	6	9
Выходное напряжение в в	0,15	2,20,2	3,40,3	6,70,3	I0,10,4	130,5	130,5

7. Несимметричность выходного напряжения

при угловых скоростях 1 град/сек и I,5 град/сек по

часовой и против часовой стрелки…………………….не более 0,3 В

при угловой скорости 4,5 град/сек……………………..не более 0,4 В

8. Время разгона ротора………………………………...не более 1 мин.

9. Вес малогабаритного датчика угловой

скорости не должен превышать……………………..…..320 г

КОНСТРУКЦИЯ

Малогабаритным датчик угловых скоростей является двухстепенным гироскопическим прибором, гироузел которого закрыт бачком, заполненным водородом; весь же прибор заполнен специальной жидкостью. Съем сигнала – потенциометрический.

Чувствительным элементом датчика является электрический гиромотор, который представляет собой трехфазный асинхронный электродвигатель переменного тока, питающийся напряжением 36 В при частоте 400 Гц.

Токи, протекающие в обмотках статора гиромотора, создают вращающееся магнитное поле. Под действием этого поля в обмотке ротора (беличьей клетке) наводится э. д. с. и создается свое магнитное поле.

В результате взаимодействия вращающего магнитного поля статора и возникающего магнитного поля в беличьей клетке ротор начинает вращаться, стараясь синхронизировать свое вращение с вращающимся магнитным полем статора.

На. рис. 9 показан гиромотор в разрезе.

Статор гиромотора 1 жестко связанный с неподвижной осью 2 гиромотора, представляет собой пакет железа, в пазы которого уложена обмотка выполненная проводом марки ПЭВ-2 диаметре 0,11 мм. Ось 2 изготовляется из особо прочной стали марки 18ХНВА.

Три выводных провода статора вставляются трубку и выводятся через ось 2 наружу.

Ротор гиромотора состоит из пакета железа 3 короткозамкнутой обмотки. Обмотка ротора типа «беличья клетка» выполнена в виде алюминием стержней, заливаемых в пазы высечек ротора, причем стержни эти замкнуты с торцов алюминиевыми кольцами. Стержни завальцовываются с железом в стальную обойму ротора 4.

Обод ротора 5 выполнен из специального тяжелого сплава марки ВНЖ-7-3 (уд. в. 17 г/см³). Это дает значительное увеличение кинетического момента по сравнению с однотипным гиромотором обычного вида.

Обод зажимается с двух сторон фланцами ротора 6 и 7, которые прикреплены к крышкам пакета ротора.

Ротор вращается в двух шарикоподшипниках 8 марки С2076083Е, смазываемых маслом ОКБ-122-12 в количестве 4-5 объемов шарика. Внутренние кольца подшипников смонтированы в цапфах фланцев ротора, наружные – на оси и во втулке статора 9, напрессованной на ось.

Рис.9. Гиромотор.

I – статор гиромотора; 2 – неподвижная ось гиромотора; 3 – пакет железа; 4 – обойма ротора; 5 – обод ротора из тяжелого сплава; 6 и 7 – фланцы ротора; 8 – шарикоподшипники; 9 – втулка статора.

Возникновение центробежной силы при больших оборотах ротора и расхождение коэффициента линейного расширения тяжелого сплава с коэффициентами других распространенных материалов заставили принять меры против возникновения внутренних напряжений, которые могут привести к разрыву обода на больших оборотах. Такими мерами является применение материала ковар (сплав Н29К18а, обладающий малым коэффициентом линейного расширения) для изготовления обоймы ротора 4, фланцев 6 и 7 и втулки статора 9 и свободная посадка обмотки ротора (типа «беличья клетка») гиромотора в обод ротора.

Динамическая балансировка ротора производится высверливанием небольших отверстий в ободе 5.

Кинетический момент гиромотора 380 г см сек.

На изображен общий вид датчика угловых скоростей. Гиромотор 1 помещен в рамку 2 с полуосями и крепится к ней при помощи резьбовой втулки с пробой 3.

К фланцам полуосей припаиваются две чашки 4, на которые надевается и припаивается тонкий цилиндр 5, образуя, таким образом, герметичный бачок.

Через стеклянный изолятор 6, впаянный в одну из чашек, подводится питание к гиромотору, а через капиллярную трубку 7, впаянную в другую чашку, герметичная полость гироузла заполняется водородом. После заполнения капиллярная трубка запаивается.

Гироузел заполняется водородом для создания более благоприятных условий работы гиромотора, так как вязкость и плотность водорода гораздо меньше воздуха, а теплоемкость и теплопроводность – значительно выше.

В среде водорода рабочий ток гиромотора уменьшается на 15-20%, время разгона ротора – на 25-30%, а температура перегрева – на 50%.

Гироузел вращается в шарикоподшипниках 8 марки А10000083М, установленных во втулке 9 и фланце 10, закрепленных в корпусе 11 прибора. Осевой люфт гироузла 0,03-0,05 мм регулируется прокладками между втулкой и корпусом.

Балансировка гироузла осуществляется перемещением четырех винтов, помещенных в крестообразной скобе 12, последняя крепится к левому фланцу полуоси рамки.

К правому фланцу полуоси рамки прикреплен поводок с пальцем 13, который входит в паз сухаря и передает движение гироузла на щетки потенциометра. Поводок 14 со щетками прикреплен к торцу сухаря; последний связан с так называемым передаточным механизмом через две пары измерительных пружин 15.

Один конец пружин прикреплен к сухарю, другой – к срезанным под углом 45⁰ выступам основания 16 передаточного механизма.

Таким образом, поводок со щетками оказывается подвешенным на четырех попарно перекрещенных пружинах. Центр этого перекрещивания и является центром вращения поводка со щетками. Щетки диаметром 0,15 мм дельтообразного типа выполнены из сплава ПДИ-18.

Измерительные пружины выполнены в виде плоских узких пластинок из стали 65 Г.

Передаточный механизм служит для размещения (кроме пружин) потенциометра и регулировочных деталей, обеспечивающих все операции по регулировке прибора.

Основание 16 механизма крепится к кольцу 17, имеющему возможность поворачиваться в пазах относительно корпуса прибора. Это позволяет согласовать направление оси гироскопа с базовой поверхностью фланца прибора.

Регулировочным винтом 18 и толкающей спиральной пружиной основание с измерительными пружинами перемещается в вертикальной плоскости. Это позволяет с большой точностью установить измеряемый предел угловой скорости путем изменения плеча от точки касания пальца с сухарем до точки пересечения измерительных пружин (т.е. до оси поворота щеткодержателя).

На основании крепится потенциометр 19, который перемещается по пазам для установки электрического нуля. Каркас потенциометра представляет собой плоско-выпуклую металлическую пластинку с нанесенным на нее электроизолирующим покрытием. Намотка осуществляется проводом ПЭК (константан) диаметром 0,05 мм. Общее сопротивление потенциометра 120015 % ом.

При отклонении гироскопа от нулевого положения щетка перемещается по потенциометру и снимает с него напряжение, пропорциональное углу отклонения гироузла, т.е. угловой скорости поворота самолета вокруг одной из его координатных осей.

Напряжение снимается с потенциометра при угловой скорости, направленной по часовой стрелке и против часовой стрелки, так как щетка установлена против вывода средней точки потенциометра.

Угол поворота гироузла регулируется и ограничивается упорными винтами 20, ввинчивающимися в основание. Винты 20 упираются в отбортовку поводка 13.

Питание гиромотора и снятие сигнала со щетки потенциометра осуществляется гибкими проводами; весь монтаж выводится на две переходные колодочки.

Прибор герметично закрывается кожухами. Средняя часть прибора закрывается цилиндрической трубкой 21, притянутой к кожуху с помощью кольца. Справа находится кожух 22, в который впаяны стеклянные изоляторы для вывода монтажа наружу, слева – кожух 23 с сильфоном. Оба кожуха герметично припаиваются к фланцевой части корпуса.

Датчик угловых скоростей полностью (кроме гироузла, изолированного бачком) заполняется специальной жидкостью, содержащей 90% жидкости № 4 и 10% лигроина ЛС-213. Жидкость заполняется через трубку 24, конец которой после заполнения запаивается.

Сильфон 25 служит для компенсации изменения объема жидкости при колебаниях температуры. При заполнении прибора жидкостью улучшается качество работы прибора.

Жидкость создает жидкостное демпфирование, которое имеет ряд преимуществ перед воздушным. Кроме того, жидкость частично взвешивает подвижную систему и уменьшает давление на опоры, что приводит к уменьшению трения и повышению чувствительности прибора.

Жидкость охлаждает потенциометр, уменьшает трение щеток о намотку потенциометра, исключает появление искры и нагара, увеличивая их срок службы.

Частично взвешенная подвижная система в меньшей степени подвергается линейным перегрузкам, чем находящаяся в воздухе.

На кожухе прибора приклеивается заводской знак с нанесенной на нем монтажной схемой. Кроме того, на кожухе выгравирована точка со стрелкой, указывающей измерительную ось прибора. Это необходимо для правильной установки демпфирующих гироскопов в блок.

20