04陀螺基础及测量飞机姿态的仪表

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

(2)稳定性:陀螺转子高速运动后,不受外力矩的作用 时,其自转轴始终指向恒定惯性空间方位。
陀螺的稳定性与进动性密切相关,稳定性越高,在干扰力 矩作用下,陀螺的进动角速度越小;反之进动角速度越大。 因此陀螺稳定性与下列3个因素有关:
1、转子的自转角速度:越大,稳定性越高 2、转子对自转轴的转动惯量:越大,稳定性越高; 3、干扰力矩:越小,稳定性越高。
在闭合光路中,一光源发出的沿顺时针方向和逆时针方向传输的两束光,存 在光程差,利用检测相位差或干涉条纹的变化,测出闭合光路旋转角速度。 光程越长,波长越长,频率越小。
利用光电探测器,可以测量两束激光频率差(干涉条纹将会移动,其 移动速度的大小和方向反映了角速度的大小和方向 ),从而得到载 体的转速。
第二章
陀螺
1、陀螺定义及分类 2、刚体转子陀螺及基本特性 3、激光陀螺(钱学森、高伯龙院士) 4、陀螺仪的应用
陀螺
陀螺(gyroscope):绕一个支点高速转动的刚体。通常是质量 分布均匀,具有对称形状的刚体,其几何对称轴是它的自转轴。
现在我们将能测量相对惯性空间的角速度和角位移的装置统称 为陀螺。
先上锁,后开锁,消除误差。
5、使用完毕 断电,上锁;或根据要
求。
特殊情况下的处置 若地平仪发生故障,应根据升降速度表和空速 表的指示了解飞机的俯仰情况,根据转弯侧滑仪和 陀螺磁罗盘的指示了解飞机的倾斜情况。
外力矩作用停止时,进动立即停止。
影响进动性的因素
ω=M/Hcosθ= M/JΩcosθ (1)转子自转角速度Ω越大,进动角速度ω越小,即Ω↑ω↓;
(2)转子对自转轴的转动惯量J越大,进动角速度越小,即 J↑ω↓;
(3)外力矩M越大,进动角速度越大,即M↑ω↑;
(4)自转轴与外框轴垂直时(θ=0),进动角速度最小,即 θ↓ω↓。
测量飞机转弯时的横向合力,可知道飞机的侧滑情况。 但直接测量飞机飞行时的受力状况是比较困难的,因此可在 飞机上悬挂一个单摆,在飞行时,摆锤可以模拟飞机就的受 力状况,摆锤的位移就反映了飞机的侧滑。
侧滑仪就是利用单摆模拟飞机承受的横向合力,根据摆 锤在横向合力作用下的运动状态指示飞机的侧滑。
接通电源,转速正常(按 规定时间或警告旗收起) 后使用。
地平仪的工作原理: 利用摆的地垂性修正陀螺,利用陀螺的稳定性建 立稳定的人工地垂线,根据飞机与陀螺的关系测 量飞机的俯仰角、倾斜角。
地平仪的分类
直读式: 陀螺直接带动指示
远读式: 陀螺通过远传带动指示 (又称为姿态系统。由陀螺传感
器和指示器组成。)
指示俯仰 当飞机平飞时,地平仪上的小飞 机与人工地平线重合,表示飞机 平飞。飞机上仰时,小飞机上升 到人工地平线上面。飞机下俯, 小飞机下降到人工地平线下面。
转弯侧滑仪
3 激光陀螺:利用激光技术测量物体相对惯性空间的角速度 和转动角度的新型陀螺仪。它没有机械转子,仅仅是一个光 学元件,但是它具有测量角速度的功能。
1971年,中国航天之父钱学森将两张小纸条秘密递到国防科技大学。中国 激光陀螺奠基人高伯龙院士破译钱学森“密码”,让中国成为继美、法、 俄之后,第四个能够独立研制激光陀螺的国家。
侧滑仪
飞行中,空速矢量与飞机对称面不平行的飞行状态, 称之为侧滑。空速矢量与飞机对称面之间的夹角称 为侧滑角。 侧滑仪是用来指示飞机有无侧滑和侧滑方向的仪表, 常与转弯仪配合。
飞机转弯时,飞机空速矢量偏向转弯内侧为内侧滑,偏向转弯 外侧为外侧滑。
组成:小球、玻璃管、阻 尼液。小球相当于单摆的 摆锤,玻璃管曲率半径为 摆长,阻尼液对小球起阻 尼作用,玻璃管一端有膨 胀室,以便阻尼液因温度 升高,容积增大时占用。
指示倾斜 小飞机和倾斜刻度盘相对人工地平线和倾斜指标右倾斜, 飞机右倾斜。
使用特点
地面起动 要求: (1)Байду номын сангаас子达到额定转速。
由时间保证或收警告旗判断。 (2)自转轴处于地垂线方向。
由指示停机角反映。 方法:适当时候上锁,加快起动。
空中使用
1、平飞 平飞时有一定的迎角,参 照升降速度表调整。
单自由度陀螺 单自由度陀螺具有一个基本特性:进动性。 单自由度陀螺基座绕其缺少自由度的轴方向转动时,陀螺 绕内框轴转动的特性。
为了使得陀螺正常工作,必须给陀螺提供一定的动力,使陀螺稳定高速旋转。
飞机上一般使用气源或电源作为动力。多数仪表使用400HZ,36V或26V的交流电
驱动。
气动
电动
地平仪
航向仪
2、加速
加或减速时,惯性力使摆偏离地垂线,对陀螺进行错 误修正,使地平仪出现上仰或下俯误差。用升降速度表和 转弯侧滑仪检查。
3、盘旋和转弯
盘旋或转弯时,惯性离心力使摆偏离地垂线方向,对陀 螺进行错误修正,使地平仪的俯仰和倾斜指示产生误差。 改平后,用升降速度表和转弯侧滑仪检查。
4、修正方法 飞机改平、匀速飞行时,
刚体转子陀螺的组成:转子、内框、外框和基座。转子是一个对
称的飞轮,转子轴为自转轴。由陀螺电机或压缩空气驱动绕转子
轴高速转动(8000-24000r/min)。内框可以绕内框轴相对外框自
由转动,外框可绕外框轴相对基座自由转动。自转轴、内框轴、
外框轴的轴线相交于一点,此点为陀螺的支点。内框、外框组成
的框架为万向框。 转子
转弯仪
转弯仪由单自由度陀螺、平衡弹簧、空气阻尼器、指示机构等组 成。陀螺的自转轴与飞机横轴平行,自转角速度矢量指向左机翼, 内框轴与飞机的纵轴平行,测量轴与飞机立轴平行。
当飞机直线飞行时,内框在平衡弹簧作用下, 稳定在初始位置,指针指在刻度盘中央,表示 飞机没有转弯
当飞机以一定的角速度向左转弯时,内框将顺 时针进动,直到引起进动的力矩(该力矩称为 陀螺力矩)与平衡弹簧的反作用力矩相等为止。 内框的转角通过拨杆传送机构传给指针,使指 针偏向左方,表示飞机正在向左转弯
1850年法国的物理学家莱昂·傅科(J.Foucault)研究地球自转 时发现高速转动中的转子,由于惯性作用它的旋转轴永远指向固 定的方向,利用陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称 为陀螺仪。
陀螺分类 普通刚体转子陀螺 扰性陀螺 激光陀螺 光纤陀螺 粒子陀螺 低温超导陀螺 微机械陀螺
刚体转子陀螺
1、直线飞行无侧滑 2、左转弯,无侧滑 3、左转弯,外侧滑 4、左转弯,内侧滑
转弯协调仪
转弯协调仪上的陀螺仪以一个角度安装。一些小型飞机转弯协调仪,陀螺 框架受弹簧限制,其轴安装在与飞机纵轴成30°的位置上,使陀螺同时感受沿 飞机横滚轴和偏航轴的运动。
地平仪
利用三自由度陀螺的稳定性,测量飞机的俯仰角和倾斜角。 飞机上装有两个地平仪。
组成
激光发生器、光电探测器等。 激光发生器用来产生激光。光 电探测器可以把光信号转变成 电信号输出。激光发生器由激 光管、电源、两个全反射镜、 一个半透射半反射镜、合光棱 镜等组成。激光管用氦、氖气 作为活性物质,并由高频电源 或直流电源予以激发,产生 0.6328um的光波。三个反射镜 构成正三角形谐振腔。
4 陀螺仪的应用 飞机姿态仪表:地平仪、转弯侧滑仪、姿态基准系统 飞机航向仪表:磁罗盘、陀螺半罗盘、陀螺磁罗盘、罗盘系统 惯性导航系统
飞机姿态仪表
测量飞机姿态的仪表:测量飞机姿态角和姿态角速度的仪表。 小型飞机上的姿态仪表主要是地平仪和转弯侧滑仪,大中型飞 机采用姿态基准系统等。
转弯侧滑仪
转弯侧滑仪是由转弯仪和侧滑仪两个独立的仪表组合而成。由于转弯仪和侧 滑仪的综合指示,对于驾驶员保持飞机平直飞行和作无侧滑协调转弯飞行具 有重要作用,因此这两种仪表一般都组装在一起。黄色框线(转弯)指示飞 机转弯方向和快慢程度;红色框线(侧滑)指示飞机有无侧滑及侧滑方向。
转子
内框
外框
内框
两自由度陀螺
单自由度陀螺
根据自转轴所具有的自由度把陀螺进行分类:两自由度陀螺、 单自由度陀螺。
转子
内框
外框 两自由度陀螺
单自由度陀螺
两自由度陀螺 两自由度陀螺具有两个基本特性:进动性和稳定性。
(1)进动性:陀螺转子高速运动后,受外力矩的作用后,转动方向与外力矩 方向相垂直。若外力矩作用在外框轴上,则转子绕内框轴相对惯性空间转动。 若外力矩作用在内框轴上,则转子绕外框轴相对惯性空间转动。
转弯停止后,陀螺力矩消失,内框在平衡弹簧 作用下回到初始位置,指针回到刻度盘中央
飞机向右转弯时,内框反时针进动,带动指针 向右偏离刻度盘中央,表示飞机正在向右转弯
当小飞机翼尖或指针对准“L”或 “R”标线时,表示飞机以 标准角速度(3 °/秒)转弯。若无侧滑,飞机转360°需要2分 钟时间。这就是转弯仪表面上标有“2MIN”字样的含义。 小飞机或指针水平表示飞机直线飞行; 小飞机或指针左倾斜表示飞机左转弯; 小飞机或指针右倾斜表示飞机右转弯
激光陀螺的优点
①结构简单,没有活动的机械转子,不存在摩擦,也不受 重力加速度的影响; ②角速度测量范围很宽,从0.01°/小时到1000°/秒以上; ③测量精度很高,可达0.001°/小时; ④能直接提供数字式输出,与数字式计算机联接方便; ⑤启动很快,可以说是瞬间启动,而一般陀螺需要几分钟 的启动准备时间; ⑥工作可靠,寿命长,总成本不高等。
➢ 框架自锁:如果θ=90°,自转轴与外框轴重合, 陀螺失去一个转动自由度。
➢ “飞转”:当θ较大,或“框架自锁”时,陀 螺在外力矩的作用下可能会绕内、外框轴高速 转动。应尽量避免陀螺“飞转”。
飞机在飞行过程中,有时会出现陀螺现象。飞机转弯时, 螺旋桨一方面自转,另一方面又随飞机绕立轴旋转,从而 出现进动现象,使飞机上仰或下俯。要消除此现象,必须 推杆或拉杆,让升降舵产生操纵力矩,抵消产生进动的力 矩。
相关文档
最新文档