Вйвлйотегса

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Секта Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 26.Х11,1932 (№ 120951/40-23) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 21.Ч11.1966. Бюллетень ¹ 15

Дата опубликования описания 12.IX.196á

Кл, 42с, 39/10

МПК, G 01с

УДК 527.6:62.563:620.1. .087.4 (088.8) Комитет по делам изобретеиий и открытий при Совете Министров

СССР

НАВИГАЦИОННЫЙ ПРИБОР ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ

ПРОЙДЕННОГО ПУТИ И СКОРОСТИ

Для определения положения движущегося объекта в пространстве без видимости земных или небесных ориентиров неоднократно предлагались инерционные интеграторы ускорений.

Ни одно из предложений не могло быть применено на практике ввиду отсутствия искусственного горизонта достаточной точности, на который можно было бы поставить измеритель ускорений (акселерометр) . При точности горизонтальной площадки, на которой расположен акселерометр, в несколько угловых минут, интегратор ускорений накапливает ошибку, быстро растущую со временем, что делает прибор негодным для поставленной цели.

Применявшиеся до сих пор указатели горизонта, основанные на использовании физических маятников, гиромаятников или гироскопов с маятниковой коррекцией, подвержены возмущениям при длительном действии ускорений подвижного об.ьекта.

Известно, что физический маятник, имеюший период в 84 минуты, не чувствителен к ускорениям точки опоры на земной сфере, но такой физический маятник практически осуществить невозможно. Известно также применение принципа 84-минутной настройки к гиромаятнику и гирокомпасу.

Предложенный навигационный прибор отличается тем, что для того, чтобы гироскоп независимо от действия тела, подверженного силе тяжести, следил за вертикалью, в него введены интегратор сигналов акселерометра и датчики моментов, на которые поступают сиг5 налы с интегратора. При этом направление оси гироскопа изменяется пропорционально скорости перемещения по данной поверхности.

В приборе применен гироскопический маят1о ник с периодом 84,4 мин.

Прибор обеспечивает измерение компонент путевой скорости и одновременно указывает положение истинной вертикали на движущемся обьекте по принципу 84-минутного маятни15 ка.

Принцип действия устройства для частного случая движений точки опоры О в одной вертикальной плоскости П при условном отсутствии вращения Земли.

20 Свободный г1троскоп располагают так, чтобы ось его ротора (вектор собственного кинетического момента N) лежала в плоскости П; акселерометр, находящийся в точке О, связывают с гироскопом неизменно так, чтобы

25 ось его чувствительности лежала в плоскости П и в исходном положении была горизонтальна; к гироскопу прикладывают момент, вектор М которого лежит в плоскости П, перпендикулярен вектору Лт и по величине опре30 деляется выражением:

184465 2„ 2:, dß

dt2 2 2 (4) 45

О а= P+0— где Я вЂ” радиус земли;

М вЂ” величина приложенного к гироскопу момента;

N — величина кинетического момента гироскопа;

P — показание акселерометра, равное проекции на его ось чувствительности равнодействующей ускорения силы тяжести и ускорения движения точки 0; положительным считаем показание при положительном наклоне на неподвижном основании.

Направление вектора момента должно быть таким, чтобы при неподвижной точке 0 приводить акселерометр из случайно наклоненного положения кратчайшим путем к горизонтали.

При этих условиях поведение системы определяется соотношениями 1 — 4, в которых дополнительно обозначено:

М= — — I Pdt (1) ,)

P= g sin 0 — Wcos 0 (2) — —" =u)= — = — — (Рй=—

dt N R ) — — (Wcos 0 = g sin 0) dt

1 (3)

R 2„ф

= — cos0 = sinС;

dt — — — sin i+ — (1 — cosh) = О, /2 gT 2 д ф

dt- R dk -" R

М где и = — угловая скорость прецессии

N гироскопа под воздействием момента М; угол, образованный текущей вертикалью движущейся точки 0 с начальным положением вертикали этой точки, при двйжении в плоскости П вправо; угол отклонения оси чувствительности акселерометра от текушей горизонтали в плоскости П по часовой стрелке; угол отклонения оси чувстви. тельности акселерометра от начальной горизонтали; горизонтальная составляющая ускорения движения точки 0 в плоскости П; положительное направление вправо; направленная вниз удель: ая сила тяжести, исправленная на величину вертикальной составляющей ускорения движения точки О.

Выражение (4) определяет положение оси чувствительности акселерометра по отношению к истинной горизонтали при произвольных движениях точки 0 в вертикальной плоскости, фиксированной в пространстве.

Из уравнения (4) видно, что если первоначально установить угол 0 равным нулю, то ускорения точки опоры не могут вызвать возмущений системы, т. е. ось чувствительности акселерометра останется постоянно горизонтальной.

Будучи выведена случайными внутренними силами из положения равновесия на малый угол О,=-sin ч,, система получит весьма медленные колебания относительно истинной горизонтали, подобно физическому маятнику с большим периодом; на поверхности Земли период будет равен 2-,. )/ — = 84 мин.

/ Я

Ч

Практически плоскость П можно фиксировать с помощью какого-либо компаса; такая географическая ориентировка вместо теоретически необходимой инерциональной ориентировки допустима, за исключением полярных областей земного шара.

Вращение Земли может быть скомпенсировано постоянным моментом, приложенным к гироскопу.

Перемещения точки опоры по поверхности земного шара в направлении, перпендикулярном плоскости П, допустимы; влияние ускорений Кориолиса считается малым.

Вертикальный подъем и опускание будет нарушать настройку системы, но в весьма малой степени, так как связанное с изменением высоты изменение величины Я весьма мало, особенно для морского корабля.

Лналогичным способом можно сохранить постоянную горизонтальность второго акселерометра, ось чувствительности которого перпендикулярна первой плоскости П.

Система, включающая два акселерометра, показывает положение плоскости истинного горизонта.

Одновременно показания интеграторов выражают проекции путевой скорости судна на стабилизированные азимутальные направления.

На чертеже показана схема прибора.

Прибор содержит площадку 1, несущую два акселерометра с взаимно перпендикулярными осями чувствительности, подлежащими постоянной стабилизации по горизонту и азимуту, гирогоризонт 2, представляющий собой свободный гироскоп с осью ротора, ориентированной по вертикали, с двумя задатчиками управляющих моментов, оси которых образуют с осью ротора прямоугольный трехгранник, и гирокомпас 8.

Площадка 1, гирогоризонт 2 и гирокомпас 3 связаны устройствами синхронной передачи углов. Оси чувствительности акселерометров всегда параллельны соответствующим осям

184465 задатчнков моментов п рогоризонта и ориенгированы в азимуте с помощью гирокомпаса 8.

Гиродвигатель, поддерживающий постоянное вращение ротора гирогоризонта, а также средства начальной установки оси ротора по вертикали и средства компенсации влияния вращения Земли на чертеже не показаны, Акселерометр состоит из массы 4, пружины

5 и дифференциального емкостного датчика смещений 6, подключенного через усилитель 7 к интегратору 8. К выходу интегратора 8 подключены указатель скорости 9, вторичный ин. тегратор 10 с указателем пути 11, а также электромагнитный задатчик момента 12 по соответствующей оси подвеса гирогоризонта 2.

Вертикальный гироскоп гирогоризонта 2помещец в гиросферу 18, плавающую в токопроводящей жидкости, которая заполняет следящую сферу, как в известном гирокомпасе фирмы «Аншютц».

Система синхронной передачи угла по одной горизонтальной оси состоит из контакта

14 на гиросфере 18, двух контактов 15 и 16 на следящей сфере, дифференциального трансформатора 17, усилителя 18, исполнительного двигателя 19, синхронного генератора (датчика) 20, синхронных двигателей (приемников) 21, 22 и редукторов 24, 25, 26, 27. К датчику 20 подключен также репитер-указатель горизонта 28.

Для координирования и регистрации движения по второй горизонтальной оси имеется, второй комплект приборов, повторяющий приборы, пронумерованные от 1 до 27.

Для передачи азимутальных углов от гирокомпаса 8 имеется аналогичная система, содержащая дифференциальный трансформатор

28, усилитель 29, исполнительный двигатель

80, генератор-датчик 81, репитер компаса 82, двигатель-приемник 88, редуктор 84 — 85. Передача азнмутальных углов к следящей сфере гирогоризонта на чертеже не показана.

Вместо гироскопического компаса можно применить магнитный, со сглаживанием колебаний промежуточным гироскопом.

Поднес гироскопа в жидкости и конструкция задатчиков момента могут быть заменены другими конструкциями, дающими соответствующие результаты.

Описанная система связи площадки акселерометров с гирогоризонтом может быть заме5 непа какой-лиоо другой электрической, механической или иной синхронной связью, поддерживающей перпендикулярность плоскости осей чувствительности акселерометров к оси ротора гироскопа.

10 Интеграторы могут находиться на одной глощадке с акселерометрами или быть дистанционно связаны с ними.

Интеграторы показывают путевую скорость подвижного объекта, ориентированную поот15 ношению к меридиану.

Счислитель пути определяет компоненты пути, пройденного по земной поверхности или по сфере, концентричной с земной. Погрешность

r» показаниях пути соответствует конечной

20 ошибке в положении гироскопа, определяющего вертикаль места. При неточной начальной установке акселерометров по вертикали эта ошибка не растет бесконечно по времени, а имеет колебательный характер.

Предмет изобретения

1. Навигационный прибор для регистрации

30 пройденного пути и скорости для аэропланов и других движущихся платформ, указывающий приблизительную вертикаль, снабженный гироскопом, находящимся под действием тела, подверженного действию силы тяжести, и при35 способлениями для облегчения гироскопуследования за вертикалью, отличающийся тем, что для того, чтобы гироскоп независимо от действия тела, подверженного силе тяжести, следил за вертикалью, введена система инте40 гратор — задатчик момента в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, рассчитанная, так, чтобы изменение направления оси гироскопа происходило пропорционально скоро ти перемещения по данной поверхности, причем

45 коэффициент пропорциональности выбран соответственным расчетом.

2, Прибор по п. 1, отличающийся тем, что в нем применен гироскопический маятник с периодом 84,4 яин.

184465

Составитель С. Павлов

Редактор Б. Б. Федотов Texpeg Г. Е, Петровская Корректор Е, Д. Курдюмога

Заказ 2549/8 Тираж 800 Формат бум. 60 90 /, Объем 0,41 изд. л. Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2