第四章 航向测量仪表

2、速度误差


用陀螺半罗盘 测量真航向(或 磁航向)时，若 仪表没有对飞 机运动引起的 自转轴方位偏 离进行修正而 产生的误差， 称为速度误差。 飞行速度越大， 误差越大。
例如：飞机在北京上空向东平飞，速度为800公里/小时， 速度误差为6°21′/小时。
3、机械误差

机械误差是指陀螺静 平衡不良(重心偏离 支点)、轴承摩擦等 机械原因使自转轴进 动，偏离经线，从而 产生的误差。
– 2、基本工作原理：只能测量飞机的航向变化角或转
弯角，如果使陀螺自转轴与相应基准线一致，还可以 测量相应航向角。

真航向角-真子午线 磁航向角-磁子午线 大圆航向角-起始子午线
和转弯角度
和转弯角度
§3、航向陀螺仪的工作原理（续）

三、对内环的修正方法（水平修正）
– –
1、按垂直度修正法：这种修正实质上是使转子轴修 正到垂直外环轴的位置。 2、水平修正：是把转子轴修正到水平位置。 1、用配重补偿与仪表制造厂的纬度相对应的地球自 转误差 2、只补偿内环干扰力矩和地球自转引起的误差 3、外力补偿法
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§4、LT-2远读式陀螺盘（续）

四、LT-2的全套电路
– 1、直流电路
– 2、交流电路
– 3、信号系统电路

五、使用
– 1、主要技术性能
– 2、空中使用：指标转变角度、指示大圆航向、指示
磁航向、指示偏航角度
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§5、陀螺磁罗盘
–
罗盘系统：由磁罗盘和陀螺半罗盘组成的航向测量系 统。
§1、航向、地磁概念（续）
注意：①地球上各点的磁差是不相同的
②每一地的磁差不是绝对不变的，有 两种变化： –a、缓慢变化，每年的变化平均值叫磁 差年变率。 –b、突变；地球磁场在全球范围内突然 发生急剧而不规则的扰动称“磁暴”， 要引起磁差的急剧变化。
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正罗差：罗经线北端偏在磁经线北端(简称磁北)以东。 负罗差：罗经线北端偏在磁经线北端以西。

E=-W dф /dt φ =HSμ E=-WHSdµ /dt

（二）测定磁航向的原理
– 单相地磁感应元件的感应电势与航向角的余弦成正比
（图4-21）
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2、地磁感应元件的测量原理
§2、磁罗盘（续）
–
问题：


1、当单相地磁感应元件处在磁子午线对称的两个位置时，测量线 圈产生的感应电势大小相等，相位相同； 2、飞机所在纬度不同，虽然航线不变，但因为地磁水平分量大小 发生变化，测量线圈产生的感应电势大小也将随之变化。 1、采用三相地磁感应元件，并用它和同步器、放大器、随动电动 机等组成的随动系统。用三相地磁感应元件测量磁航向：图4-22、 图4-23、图4-24、图4-25、图4-26、图4-27。 2、采用两个单相地磁感应元件，用矢量合成法。用两个单相地磁 感应元件组成的磁航向测量系统（图4-28）

（一）、罗差及其消除：飞机磁场的水平分量引起罗差。
–
–
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磁罗盘具有罗差和飞行误差。
三、磁罗盘的误差
1、罗差
查剩余罗差曲线卡片 磁航向=罗航向+剩余罗差
表中：横坐标－罗航向，
纵坐标－剩余罗差
§2、磁罗盘（续）

（二）、飞行误差：当飞机俯仰、倾斜、盘旋、 加速或减速时，飞机磁场和地磁的垂直分量要对 磁罗盘产生影响，使磁罗盘产生误差。
第四章 航向测量仪表

§1、航向、地磁概念 §2、磁罗盘 §3、航向陀螺仪的工作原理 §4、LT-2远读式陀螺盘 §5、陀螺磁罗盘
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§1、航向、地磁概念

一、地球的经纬线及经纬度 – 经面、经线（真子午线、地理子午线）、主经 面、主经线、经度（东半球、西半球）东经、 西经等概念：图4-1 – 纬线、赤道、纬度（南纬、北纬）等概念：图 4-2
（2）
（3）涡动误差
飞机转动时，敏感部分受到罗盘油的阻尼力 矩作用而引起的误差。（最大可达数十度）

措施：飞机改平15～20秒后，判读航向。
（4）
§3、航向陀螺仪的工作原理

一、航向陀螺仪（陀螺半罗盘）的功用
–
用来测量飞机的转弯角度，借助其他罗盘还可以指 示飞机的大圆圈航向、真航向、磁航向。图4-40

三、航向：
– 航向是指飞机纵轴与子午线在水平面上的夹角：
– 真航向、磁航向、罗航向、大圆航向。
§1、航向、地磁概念（续）
– 1、真航向：飞机纵轴与真子午线在水平面上的夹角。 – 2、磁航向：飞机纵轴与磁子午线在水平面上的夹角。
– 3、罗航向：飞机纵轴与罗子午线在水平面上的夹角。

罗子午线：飞机磁场水平分量与地磁水平分量的合成方向
§5、陀螺磁罗盘（续）
– –
2、罗盘系统的基本组成和协调关系：图4-61 罗盘系统的基本组成：


远读式磁罗盘：测量磁航向 陀螺半罗盘：方位角 协调通道：快协调：飞机起飞前及机动飞行结束后消除积累误 差（10度/秒以上）；慢协调：协调速度的选择：1~4.5度/分 陀螺继电器：角速度=0.1~0.3度/秒，当飞机的转弯角速度大 于这个角速度的时候，切断协调通道。
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§4、LT-2远读式陀螺盘（续）

三、LT-2陀螺半罗盘的结构
– 1、主指示器：由三自由度陀螺、水平修正器、方位
修正器、航向给定电动机、航向同步传送器、指示部 分和偏航信号输出部分等组成。图4-54 – 2、操纵台：图4-55、图4-56 – 3、复示器：图4-57、图4-58、图4-59
§3、航向陀螺仪的工作原理（续）

六、陀螺半罗盘的误差
–
（一）自走误差：包括方位修正角速度不能自动调节 引起的纬度误差和速度误差，及陀螺不平衡和轴承摩 擦引起的机械误差。

1、纬度误差 2、速度误差 3、机械误差
–
（二）支架倾斜误差：当飞机俯仰、倾斜Байду номын сангаас，由于外 环轴偏离当地地垂线而使陀螺半罗盘产生的误差。
– 罗航向角=磁航向角-（±罗差）
– 大圆航向角=真航向角-经线收敛角
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§2、磁罗盘
– 它是通过感受地磁来测量磁航向的仪表，分为磁条式
和感应式。 – 磁条式：结构简单可靠 – 感应式：用来与陀螺半罗盘组成罗盘系统
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一、磁条式罗盘（直读式、远读式） （一）、工作原理：图4-9 （二）、结构：图4-10
–
1、单线圈怎样感应地磁场：图4-16 E=-W dф /dt W：线圈圈数；ф ：磁通 ф 地=H地Sµ µ —铁心的导磁系数 H地—地磁 S—铁心的截面积
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1、软磁铁芯被地磁场磁化产生的磁通与航向的关系
∴Φ e反映航向
§2、磁罗盘（续）
– 2、单相地磁感应元件的工作原理：图4-19
– 2、特性分析：

稳定性：用罗牌运动的行程时间、衰减率和稳定时间来表示 磁罗盘的稳定性。 停滞性：用停滞角来表示磁罗盘的停滞性。 涡动性：罗盘外壳以一定的角速度转动时，罗牌受到阻尼力 矩的作用而偏离磁子午线，这种现象称为涡动。
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一、
二、基本结构
由罗牌、罗盘油、外壳和航向标线、罗差修正器等组成 罗牌：敏感部分（保持水平，重心通常偏在支点南面） 罗盘油：增加阻尼和减小罗牌对轴承的压力 罗差修正器：抵消飞机磁场影响，减小罗差。
– 罗牌：由两根平行的小磁条和刻度环组成 – 罗差修正器
– 罗盘油
– 航向标线 – 壳体等
§2、磁罗盘（续）

（三）磁条式罗盘的特性分析（稳定性、停滞性、 涡动性、一致性）
– 1、三个力矩：

定位力矩（磁条产生的力矩）图4-11 阻尼力矩（罗盘油产生的力矩） 摩擦力矩
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§2、磁罗盘（续）
–
–
1、俯仰倾斜误差：飞机俯仰倾斜时，磁罗盘敏感部 分仍保持水平，飞机硬铁磁场的垂直分量则在敏感部 分的平面上产生一个分量，引起误差。 2、转弯误差：是飞机转弯时地磁垂直分量所引起的 误差。
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2、飞行误差
（1）俯仰倾斜误差 飞机俯仰、倾斜时，飞 机磁场垂直分量引起的误 差。

措施：平飞时判读；将罗 盘或磁传感器安装在飞机 磁场较弱的地方。
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5.4

一、罗盘系统的基本原理
–
1、磁罗盘和陀螺半罗盘的有机结合




磁罗盘：优点：结构简单，能直接测量磁航向（定向性好）； 缺点：不稳定，机动飞行时误差较大（稳定性差） 飞机起飞前和飞机等速平飞中：磁罗盘比较准确地测量出磁 航向 陀螺半罗盘：优点：稳定性好，能测量飞机的转弯角度；缺 点：定向性差，不能直接测量航向 飞机机动飞行过程中：利用陀螺半罗盘的稳定性来稳定磁罗 盘测量出的磁航向
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三、误差

自走误差
陀螺自转轴相对地球经线运动而产生的误差，
它包括纬度误差、速度误差和机械误差。
1、纬度误差

由于地球自转引 起陀螺方位偏离 后，若给定的方 位修正角速度不 能按飞机所在纬 度的变化而自动 进行调节，则要 引起误差，这种 误差称为纬度误 差。
例如，陀螺半 罗盘具有根据北京 地区的纬度（约为 40°）给定的常值 方位角速度，那末 在广州地区(纬度 约为23°)，纬度 误差积累的速度为 3.78°/小时。
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§5、陀螺磁罗盘（续）

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四、对外环的修正方法（方位修正）
– – –
§3、航向陀螺仪的工作原理（续）

五、起始方位的给定和方位调整的方法：借助其 它罗盘把陀螺转子轴或刻度盘定到起始子午线上。
–
–
1、采用锁紧装置将陀螺锁紧后再转到所需的方位。 2、利用协调电动机转动刻度盘、陀螺电位计电刷或 感应式同步器转子等。
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–
解决方法：


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§2、磁罗盘（续）

三、磁罗盘的误差：
–
磁罗盘的误差主要有仪表本身的构造误差，由飞机磁场引起的罗 差，以及各种飞行状态引起的飞行误差 1、罗差的分类： a、半圆罗差：由飞机硬铁磁场水平分量引起的罗差。 b、圆周罗差和象限罗差：由飞机上软铁磁场的水平分量引起 的罗差。 2、罗差的消除：罗差修正器
– 4、大圆航向：（飞机沿大圆圈线飞行的路线）飞机
纵轴所在的大圆圈平面与航线起始点的真子午面的夹 角。图4-7、8
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(三) 航向--飞机纵轴与经线在水平面上的夹角
真航向=磁航向＋(±磁差) 磁航向=罗航向+(±罗差)
§1、航向、地磁概念（续）

它们之间的关系：
– 磁航向角=真航向角-（±磁差）
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二、地磁
–
–
1、地磁南北极：图4-3 2、地磁三要素：

地磁水平分量：地磁水平分量的方向线称为磁子午线。 磁倾角：地磁水平分量方向与地磁矢量方向的夹角称为磁倾 角。 磁差：磁子午线偏离地理子午线的角度。
5.1
1、磁倾
地磁强度T 水平分量 H=Tcosθ （地磁水平分量的方向线称为磁经线或磁 子午线） 垂直分量 Z=Tsinθ
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§3、航向陀螺仪的工作原理（续）

二、航向陀螺仪的基本组成和工作原理
– 1、基本组成：三自由度陀螺、刻度盘、航向指标、
水平修正器、方位修正器等
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一、


结构:三自由度陀螺、刻度盘、航 向指标、水平修正器和方位修正器 等。 三自由度陀螺外框轴与飞机立轴平 行；自转轴保持水平；航向指标固 定在表壳上，代表飞机纵轴
罗差修正器：抵消飞机磁场影响，减小罗差

结构 两对小磁条 修正方法 E — W抵消纵轴方向磁场,减小东西罗差； N — S抵消横轴方向磁场,减小南北罗差 （由机务人员按规定的时间进行）。
§2、磁罗盘（续）

二、感应式磁罗盘
–
根据地磁感应原理来测量磁航向
（一）、地磁感应原理：说明如何利用线圈感受地磁水平 分量（H）而产生地磁感应电势的原理。
§4、LT-2远读式陀螺盘

一、功用及组成：图4-46、图4-51 二、工作原理
–
–
–
–
1、水平修正原理：水平修正器由液体摆、水平修正电动机和盘 旋切断装置组成。图4-47 2、方位修正原理：方位修正电路由方位信号部分和方位修正电 动机组成。图4-48 3、远读指示原理：由同步传感器、同步接收器、放大器、减速 器和电动机组成。图4-49 4、航向给定原理：由给定旋钮、转换电门、电阻R1、R2、R3和 航向给定电动机、减速器等组成。图4-50


磁倾θ ：地磁强度与水平面的夹角。 （磁纬度）
2、

正磁差－磁经 线北端偏在真 经线北端(简称 真北)以东。

负磁差－磁经 线北端偏在真 经线北端以西。
3、磁差特点
（1）各地磁差不 相同（查航空 地图）； （2）磁性矿藏影 响大（增加飞 行高度）； （3）随时间变化 （年变率，查 航空地图）； （4）受磁暴影响 （时间不长）。