Демонстрационный гироприбор

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) 3151) G 09 В 23/06

ОПИСАНИК ИЗОБРЕтКНия/

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3539029/18-12 (22) 11.01.83 (46) 15.03.84. Бюл. V 10 (72) С.С. Арутюнов, В.А. Глебов, C.В. Кривошеев и П.К. Мачехин (71) Казанский ордена Трудового

Красного Знамени и ордена Дружбы народов авиационный институт им. А.Н. Туполева (53) 681.136.3(088.8) (56) 1, Фридлендер Г.О., Козлов М.С.

Авиационные гироскопические приборы.

1961, с, 181-183. (54 ) (57 ) ДЕМОНСТРАЦИОНН61И ГИРОПРИБОР, содержащий гироуэел с грузом, корпус прибора с подшипниками, наружную раму с подшипниками и полуосями, кинематически связанными соответственно с полуосями гироузла и подшипниками корпуса прибора, датчик угла, кинематически связанный с осью гироузла, усилитель и датчик моментов, кинематически соединенный с осью наружной рамы, отличающийся тем, что, с целью повышения демонстрационных возможностей, он имеет узел сигнализаторов, узел задатчиков кор-. рекции положения в пространстве и типа прибора, блок индикации, управляемый коммутатор, а корпус прибора выполнен в виде параллелепипеда, на каждой грани которого размещен соответствующий сигнализатор узла сигнализаторов, подсоединенного выходами к первым входам управляемого коммутатора, связанного вторым входом с выходом датчика угла, выходы узла задатчиков коррекции положения в пространстве и типа прибора подключе-9 ны к третьим входам управляемого коммутатора, первые выходы которого связаны с входами блока индикации, причем второй выход управляемого комму- „ татора через усилитель соединен с входом датчика моментов.

1080191

Изобретение относится к наглядным пособиям и может быть использовано для демонстрации и изучения гироскопических приборов.

Известен демонстрационный гироприбор, содержащий гироузел с грузом, корпус прибора с подшипникагли, наружную раму с подшипниками и полуосями, кинематически связанными сооТ ветственно с полуосями гироуэла и подшипниками корпуса прибора, датчик 10 угла, кинематически связанный с осью гироузла, усилитель и датчик моментон, кинематически соединенный с осью наружной рамы (1J .

Недостатком известного устройства f5 являются невысокие демонстрационные ноэ 1ожности. Зели|о изобрете ия является понышение демонстрационных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что демонстрационный гироприбор, со 20 держащий гироузел с грузом, корпус прибора с подшипниками, наружную раму с подшипниками и полуосями„ кинематически связанными соответственно с полуосями гироузла и подшипниками

25 корпуса прибора, датчик угла, кинематически снязанный с осью гироузла, усилитель и датчик моментов, кинематически соединенный с ось|о наружной рамы, имеет узел сигнализаторов, 30 узел эадатчикон коррекции положения в пространстве и типа прибора, блок индш<ации, управляемый коммутатор, а корпус прибора выполнен в виде параллелепипеда, на каждой грани ко- З5 торого размещен соответствующий сигналиэатор узла сигнализаToðîâ, подсоединенного ныходами к первым входам управляемого Коммутатора, связанного вторым входом с выходом датчика угла, выходы узла задатчиков коррек.ции положения в пространстве и типа прибора подключены к третьим нходам управляемого коммутатора, первые выходы которого связаны с входами блока45 индикации, причем второй выход управляемого коммутатора через усилитель соединен с входом датчика моментов .

На фиг. 1 и 2 представлена схема демонстрационнorо гироприбора; на фиг. 3 — блок-схема пульта управления и подключенных к нему датчиков;

I на фиг. 4 — вариант электрической схемы гироприбора и пульта упранлегС ния; на фиг. 5-8 — упрощенные схемы гироприборов, получаемых в процессе демонстрации гироприбора путем установки его корпуса на различные грани.

Устройство состоит из гироуэла 1, в направлении оси ротора которого 60 может перемещаться груз 2. Гироуэел своими полуосями 3 H 4 с помощью подшипникон 5 и б устанавлинаются в наружной раме 7, которая своигли полуосями 8 и 9 и подшипниками 10 и 11 устанавлинается н крышках 12 и

13, являющихся основными элементами корпуса прибора. для наглядности демонстрации крышки 12 и 13 выполнены Н-образной формы и крепятся винтами к четырем круглым стойкам 14.

Посадочные (опорные) поверхности корпуса — грани, на которые устанавливается прибор при демонстрации, образуются хорошо обработанные гранями А-Е обеих крышек, которые и образуют прямоугольный параллелепипед. На опорных поверхностях крышек установлены сигнализаторы, т.е. датчики, которые сигнализируют на какой грани находится прибор. В качестве сигнализаторов использованы микровы-. ключатели 15-20.

С осью гироузла кинематически связан датчик угла, состоящий из ротора 21 и статора 22. С осью наружной рамы кинематически связан датчик моментов, состоящий из ротора 23 и статора 24. Лрретирующее устройство фиксирует ось ротора (нектор кинематического момента Н) перпендикулярно грани Д и состоит иэ винта 25 и кулачка 26, который жестко закреплен на оси гироузла 1. Конструкция арретирующего устройства может быть произвольной. Кроме того, для осуществления арретиронания со стороны кулачка 2б наружная рама 7 имеет сквозное отверстие.

Блок-схема соединения микровыключателей 15-20, статора 22 датчика углов гироприбора, усилителя 27 цепи коррекции, задатчика 28 типа прибора, задатчика 29 коррекции положения в пространстве и блока индикации 30 с управляемым коммутатором 31 показана на фиг. 3. Конструкцтинно задатчики 28 и 29, блок индикации 30, управляемый коммутатор 31 и усилитель

27 можно объединить в один блок, на- . пример пульт управления. Входы коммутатора с первого по сецьмой являются сигнальными, а с восьмого по пятнадцатый — управляемыми.

На фиг. 4 представлен один из вариантов электрической схемы гироприбора, соответствующий блок-схеме фиг. 3. В качестве задатчика 28 типа прибора применен галетный переключа тель на семь положений (число поло1 жений ранно количеству гироскопичес ких приборов, демонстрируемых одним гироприбором), в качестве эадатчика

29 коррекции положения в пространстве применен однополюсный выключатель.

Блок индикации 30 имеет восемь световых табло (иыдикаторов), на которых высвечиваются названия семи гироприборов и рабочая информация, поясняющая, включена коррекция или нет.

На схеме указаны только электрические лампочки 32-39 и надписи на таб. ло, которых не видно, если лампоч1080191.подсоединенного выходами к первым входам управляемого коммутатора 31, связанного вторым входом с выходом датчика. угла, выходы узла Задатчиков коррекции положения в пространстве и типа прибора подключены к третьим входам управляемого коммутатора 31, первые выходы которого связаны с входами блока 30 индикации, причем второй выход. управляемого коммутато-: — 0 ра 31 через усилитель 27 соединен с входом датчика моментов.

Работа демонстрационного гиропри-. бора (превращение его в различные типы конкретных гироскопических при15 боров путем установки его на соот-" ветствующие грани корпуса, фиг. 5-8) происходит следующим образом.

Перед демонстрацией после набора гиромотором рабочих оборотов прибор

70 надо разарретировать, для чего необ> одимо вывинтить винт 25.

Тяжелый гироскоп, прецессирующий относительно оси наружной рамки

5..>5 .(Фиг. 5). Прибор устанавливают на горизонтальную площадку гранью А или Б, размыкают цепь коррекции вы,ключателем 29, а выключатель 28 ставят в положение ТГО (фиг. 4). При . З0 этом срабатывает реле 40 и контакт

47 замыкается. Так как при установке прибора на грань A или Б замыкается микровыключатель 15 или 16, то загорается лампочка 32, высвечивая световой индикатор "ТГ ".. В данном случае прецессию вызывает момент

М = = „. (см. Фиг. 5)

Np Р 1

Р нсоэ р с углОвой скоростью

40 мр Ру

С6

Нсоз р

М = Р„1со Р с угловой скоростью

Мр

НСо р ки не горят. для уменьшения разме-. ров световых индикаторов можно использовать сокращенные названия, например: ТГΠ— тяжелый гироскоп, прецессирующий вокруг оси наружной рамы, Тà — тяжелый гироскоп, прецессирующий вокруг оси гироуэла, ГПК— гирополукомпас, ГИПУ вЂ” гироскопический интегратор продольных ускорений, ГДБУ вЂ” гировертикаль по схеме гирамаятника, ГВ-Гм — гиромаятник — "вол чок".

Управляемый коммутатор 31 можно построить на миниатюрных электромагнитных реле. В схеме применено семь реле 40-46 с одной парой замыкающих контактов 47-53 и одно многократное реле 54, которое имеет четыре пары размыкающих контактов 55-58 и четыре пары замыкающих контактов

59-62. Номера входов и выходов соответствуют обозначениям блок-схемы

:фиг. 3. Гироприбор имеет гиромотор

63, датчик угла индуктивного типа ° .На схеме показаны его статорные обмотки возбуждения 64 и сигнальные 6

В качестве датчика моментов применен моментный двигатель магнитоэлектрического типа, у которого ротор 23 выполнен в виде постоянного магнита, а статор имеет обмотки управления бб

Усилитель 27 осуществляет усиление сигнала переменного тока и преобразование его в постоянный (схема его стандартна)..Питание демонстрационного гироприбора осуществляется переменным током напряжением 36В, частотой 400 Гц и постоянным напряжением +27В.

На фиг. 5-8 приняты следующие обозначения:

Н - кинетический момент гироскопа;

m>, Pt, — масса и вес груза 2;

1 — смещение груза, — ускорение силы тяжести, -. углы отклонения вектора

Н относительно осей наружной рамы 7 и гироуз.". ла 1;

0 — направление вертикали, М вЂ” момент груза.

Плоскость, перпендикулярнаяО определяет демонстрационную площадку, на которую устанавливают гироприбор.

Узел сигнализаторов состоит иэ 55 микровыключателей 15-20.

Узел задатчиков коррекции. положения в пространстве и типа прибора имеет эадатчик 29 коррекции положе- ния в пространстве и эадатчик 28 ти- Щ па прибора.

При этом корпус прибора выполнен в виде параллелепипеда, на каждой грани которого разМещен соответствующий сигнализатор узла сигнализаторов, Тяжелый гироскоп, прецессирующий относительно оси внутренней рамки (Фиг. 6). Прибор устанавливают на грань В или Г, размыкают цепь коррекции выключателем 29, а переключатель 28 ставят в положение "Т1 ".

При этом срабатывает реле 43 и контакт 50 замыкается. Вследствие замыкания микровыключателей 17 или 18 загорается лампочка 35, высвечивая индикатор "ТГ»". В данном случае прецессию вызывает момент

Одновременно в этом случае демонстрируется выбиваемость гироскопа при совмещении вектора Н с осью, наружной рамки °

1080191

Гирололукомпас (фиг. 5}. Прибор устанавливают на грань A или Б. Замыкают цепь горизонтальной коррекции выключателем 29. При этом срабатывает реле 54 и контактом 62 подключает обмотки 65 на вход усилителя 27 (фиг. 4), одновременно замыкается контакт 59. Переключатель 28 ставят в положение "ГПК". При этом реле 41 срабатывает и контакт 48 замыкается. При демонстрации ГПК необ- 10 ходимо показать работу азимутальной коррекции, компенсирующей вертикальную составляющую,g > з .п Ц) (Q> угловая скорость вращения Земли, широта) . Для наглядности 0> sing 15 имитируют поворотной платформой (на. пример, УПГ-56), которая вращается вокруг вертикальной оси ОЦ с угло вой скоростью б п, значительно большей Q>, например È вЂ”вЂ” 2@ jc. В этом 20 случае для гироскопа с Н = 1000 Гсм с потребуется момент азимуталь ной коррекции

М = Н(,}1 = 35 гсм.

Аа и 25

Если P = 10 г, то Х = 3,5 см (данные параметры являются приемлемыми при демонстрации и остальных приборов). При вращении платформы

|ось гироскопа повторяет ее движение в азимуте, т.е. создается стабилизированное относительно вращающейся . платформы направление, которое используется для отсчета аэимутальных углов.

Так:.как при установке на грань

А или Б замыкается микровыключатель

15 или 16, то загораются лампочки

33, высвечивая индикатор "ГПК".

Гироинтегратор продольных ускорений (фиг. 5). В этом случае при бор устанавливают так же, как ГПК, только на неподвижное основание.

Продольное ускорение имитирует ускорение силы тяжести g а силу инерции — вес .груза P = m g. Коррекция

Г поддерживает вектор Н перпендикулярно оси наружной Рамки При наруше нии перпендикулярности сигнал с обмоток 65 (см. фиг. 3} поступает через замкнутый контакт 62 реле 54 на вход усилителя 27 и в виде напряжения постоянного тока подается на управляющие обмотки бб статора 24 датчика моментов. Протекающий через них ток I взаимодействуя с полем ротора 23, создает момент такого знака, чтобы восстановить нарушенную перпендикулярность. Угловая скорость 60 прецессии при этом определяется выражением п1р я1

Г

Н а. угол поворота пропорционален

mal

Н где t — время работы прибора, V — скорость, которую приобрел бы прибор, если активные силы создали бы ускорение равное

Зная массу груза, его смещение, а также измерив Ж и t, можно экспериментально определить величину ускоре. ния силы тяжести

В этом случае в блоке индикации

30 загорается лампочка 34, высвечи вая индикатор "ГИПУ". Цепь ее питания составляется микровыключателями 15 или 16 и контактами 49 и 60, которые замыкаются при срабатывании реле 42 и 54.

Гироскопический датчик боковых ускорений (фиг. 6). Для демонстрации датчика боковых ускорений гироприбор устанавливают на грань В или

Г. -Переключатель 28 устанавливают в положение "ГДБУ", а выключатель 29 в положение "Вкл". Роль бокового ускорения при этом выполняет ускорение силы тяжести д, коTopoe созда- ет момент M>= m

Таким образом, ток в обмотках управления пропорционален измернемому ускорению (в данном случае ускорению силы тяжести) шг1

Я ° м

Так как микровыключатель 17 или

18 замкнут, то загорается. лампочка

36, высвечивая индикатор "ГДБУ" на блоке индикации 30. Одновременно, так же как при демонстрации ГПК и

ГИПУ, на блоке индикации 30 загорается индикатор "Коррекция".

Гировертикаль типа гиромаятника (фиг. о). Цепь горизонтальной коррекции размыкают выключателем 29, переключатель 28 устанавливают в положение "ГВ - ГМ", а гироприбор устанавливают на грань Д. Для демон

1080191 страции гиромантникового эффекта ось ротора отклоняют от вертикали на несколько градусов, и она начинает двигаться по конусу с уменьшающимся углом при вершине (за счет сил вязкого и сухого трения в осях подвеса гироуэла 1 и наружной рамки 7).

При этом на блоке индикации 30 загорается индикатор "ГВ-ГМ", цепь лампочки 37 которого составляется микровыключателем 19, установленным на грани Д, контактами 52 и 57 реле

45 и 54.

Гиромаятник с верхней маятниковостью (фиг. 7). Выключателем 29 коррекцию отключают, переключатель

28 устанавливают в положение "ГМ-В", а гироприбор — на грань Е. На блоке индикации 30 загорается транспорант

"ГМ-В", цепь питания лампочки 38 которого составляется микровыключателем 20 контактами 53 и 58 реле

46 и 54.

При демонстрации такого прибора наблюдается постепенное увеличение углов колебания вектора Н, что подтверждает хорошо известный из теории гиромаятников факт — диссипация разрушает устойчивость верхнего гиромаятника.

Демонстрационный гироприбор можно испольэовать для демонстрации перед аудиторией принципа действия вышеназванных гироскопических приборов, для контроля знаний студентов (при этом индикаторы могут использоваться для оценки качества ответов), в качестве тренажера при изучении студентами принципа построения вышеназванных гироскопических приборов (правильность ответа

15 определяется по световым индикато- рам).

Применение предлагаемого гироприбора позволяет сделать изучение свойств гироскопа и принципа постро7П ения определенной группы гироскопических приборов более наглядным и доходчивым, а также способствует развитию инженерного мышления.

Использование изобретения повы 5 шает демонстрационные возможности устройства.

1080191

1080191

1080191

Составитель С. Алексанов

Редактор Л. Веселовская ТехредМ.Гергель Корректор M. демчик

Эаказ 13б4/51 Тираж 447 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и откры ."ий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", и. Ужгород, ул. Проектная, 4