航海仪器课后解答

航海仪器课后复习题

第一章陀螺罗经

1.叙述陀螺仪的定义及其基本特性。

定义：工程上将高速旋转的对称刚体（转子）及其悬挂装置的总称叫做陀螺仪。基本特性：定轴性进动性

2.何谓平衡陀螺仪和自由陀螺仪？

平衡陀螺仪：陀螺仪的中心和其几何中心相重合的陀螺仪。

自由陀螺仪：不受任何外力矩作用的平衡陀螺仪。

4.位于地球上的自由陀螺仪的视运动有何规律？如何解释其物理实质？

自由陀螺仪在地球上的视运动规律：

北纬东偏南纬西偏，（偏转角速度为w2）东升西降南北一样（升降角速度为w1a）

物理实质：当地球自转时，在北纬子午面北点N向西偏转，由于陀螺仪的定轴性，主轴空间指向不变，跟地球一起运动的观察者看到主轴北端在不断向东偏转。同理在南纬，主轴指北端向西偏转。当陀螺仪主轴指北端偏离子午面以东时，受w1的影响，水平面东半平面下降，陀螺仪主轴的指北端相对水平面产生上升的视运动；当陀螺仪主轴的指北端偏离子午面以西时，由于水平面西半平面上升，陀螺仪主轴则产生下降视运动。

5.影响自由陀螺仪主轴不能稳定指北的主要矛盾是什么？克服该主要矛盾对自由陀螺仪影响的基本原则是什么？

W2是影响自由陀螺仪主轴不能指北的主要矛盾。克服该矛盾对自由陀螺仪影响的基本原则是利用陀螺仪的进动性，对陀螺仪水平轴施加一个外力M，使陀螺仪周周绕OZ轴进动，并满足w’=M/H=w2

6.叙述变自由陀螺仪为摆式罗经的两种方法。

第一种是重力下移法。将陀螺仪的重心沿垂直轴下移，时重心不与支架中心O 重合，当主轴不水平时，产生控制力矩。根据这种方法制成的罗经称为下重式罗经。

第二种是水银器法或液体连通器法。在平衡陀螺仪上悬挂液体连通器，液体连通器中注入适量的高比重液体（如水银或其他化学溶剂），用以产生控制力矩。这类罗经一般被称为水银器罗经或称液体连通器罗经。

7.为何双转子摆式罗经与液体连通器罗经二者的动量矩H的指向不同？

由于地球自转，双转子摆式罗经主轴指北端偏离水平面后产生的重力控制力矩My使陀螺仪主轴指北端向子午面北端靠拢，自动找北。而液体连通器罗经随地球自转产生的控制力矩和双转子摆式罗经产生的控制力矩方向相反，要实现与双转子罗经同样的自动找北功能，只有两者动量矩H指向相反。

8.何谓水平轴阻尼法，它有何特点？

水平轴阻尼法是指压缩椭圆长轴的方法，阻尼力矩应施加于陀螺仪的水平轴上。特点：罗经稳定时主轴稳定在子午面内，但阻尼装置的结构比较复杂，控制力矩与阻尼力矩之间的相位关系很难严格做到恰好相差π/2,所以阻尼效果会受到影响。

9.何谓垂直轴阻尼法，它有何特点？

垂直轴阻尼法即压缩椭圆短轴的方法，阻尼力矩应施加于陀螺仪的垂直轴上。特点：阻尼效果好，实现起来也比较方便，但使用垂直轴阻尼法的罗经会在稳态时产生一个附加的方位偏差，需要设置附加的补偿装置。

10.叙述双转子摆式罗经的指北原理。

双转子罗经具有定轴性和进动性，随着地球自转产生北纬东偏南纬西偏东升西降南北一样的视运动，在重力控制力矩的作用下主轴自动找北，在液体阻尼器产生的水平轴阻尼力矩作用下，主轴减幅摆动，此过程中主轴的高度角和方位角渐次衰减，最后抵达其稳定位置。

11.叙述液体连通器罗经的指北原理。

单转子罗经具有定轴性和进动性，随着地球自转产生北纬东偏南纬西偏东升西降南北一样的视运动，在重力控制力矩作用下主轴自动找北，在阻尼重物产生的垂直阻尼力矩作用下，主轴减幅摆动，此过程中主轴的高度角和方位角渐次衰减，最后抵达其稳定位置。

13.不同类型的陀螺罗经在指北原理方面有哪些共性？

1.都具有三个自由度，且都有视运动

2.都具有产生控制力矩的设备

3.都具有产生阻尼力矩使其稳定指北的设备

17.何谓纬度误差？该误差如何予以消除？

具有阻尼重物的液体连通器罗经，稳定后罗经主轴并不恰好位于子午面内，而是偏离子午面一个角度α，当罗经的结构参数M、Md确定后，α角仅与地理纬度φ有关，古称为纬度误差。

消除方法：外补偿法、内补偿法

18.何谓速度误差？它与哪些因素有关？如何消除?

船舶以恒速恒向运动时，陀螺罗经主轴的稳定位置与航速为零时主轴的稳定位置两者在方位上的夹角称为速度误差。速度误差与船舶航速、航向以及所在纬度有关，与罗经结构参数无关。

消除方法：查表法、外补偿法、内补偿法

19.何谓冲击误差？何谓第一类冲击误差和第二类冲击误差？

船舶作机动（变速变向）航行时产生的惯性力对罗经作用引起罗经主轴偏离新的稳定位置形成的误差称为冲击误差。惯性力作用在陀螺罗经重力控制设备上而产生的冲击误差称为第一类冲击误差；惯性力作用在阻尼设备上而产生的冲击误差称为第二类冲击误差。

22.何谓摇摆误差？并简要说明安许茨系列罗经、斯伯利系列罗经和阿玛—勃朗系列罗经消减摇摆误差的措施。

摇摆误差是指船舶摇摆时呈周期性变化的惯性力作用于陀螺罗经的重力控制设备而产生的指向误差。

消减摇摆误差的措施：

1.安许茨系列罗经：在脱落球内将单个转子变换为两个互成直角的陀螺转子，两个陀螺转子的动量矩形成的稳定面可使脱落球不随船舶一起摇摆。

2.斯伯利系列罗经：调整液体连通器内液体的流动周期，使其远远大于船舶摇摆周期，从而有效地消减了摇摆误差。

3.阿玛—勃朗系列罗经：在敏感主轴高度角的电磁摆内充满黏性很大的硅油，对摆锤进行强阻尼，使电磁摆不随船舶摇摆，从而减小了摇摆误差的影响。

35.试述安许茨系列陀螺罗经的结构特点。

双转子陀螺球、随动球、液体支承

36.简述安许茨4型陀螺罗经灵敏部分的结构和支承方式

安许茨4型陀螺罗经主罗经灵敏部分是一个直径为252mm，冲有氮气的密封陀螺球，球的重心垂直下移8mm，以达到产生下重式控制力矩的目的。球内装有灯型支架，支架上方装有液体阻尼器，用于产生阻尼力矩。支架中间装有两个相同的陀螺马达，其产生的合成动量矩，用于指北找北。支架下方装有电磁上托线圈，通电后产生电磁上托力用于辅助液体共同支承陀螺球。

46试述斯伯利MK37型主罗经的灵敏部分和随动部分的主要部件及其作用（1）灵敏部分

灵敏部分由陀螺球，垂直环及其组件组成。陀螺球由中间环和东西两个半球壳组成。陀螺球内充满氮气，装有一个陀螺马达；陀螺球通过上下垂直轴安装在垂直环内；垂直环沿东西水平轴，水平地支承在叉形随动环上，陀螺转子自转轴、陀螺球垂直轴和垂直环水平轴构成了陀螺仪的三个自由度。

（2）随动部分

随动部分由叉形随动环、方位刻度盘和方位随动电机组成。叉形随动环通过垂直轴支承在支承板上与航向刻度盘相连，叉形随动环上面的方位齿轮和方位随动电机的齿轮相咬合。当陀螺球相对垂直环有方位变化时，产生随动信号，经放大器放大后驱动方位电机。在方位电机带动下，随动环和方位刻度盘可绕垂直轴作360°的转动。

58.阿玛—勃朗型陀螺罗经采用扭丝支承有哪些特点？

利用水平扭丝产生控制力矩，利用垂直扭丝产生垂直轴阻尼力矩

罗经内部参数可调，具有快速稳定功能

第二章船用磁罗经