Автоматический гирокомпас

 

Использование: навигация, геодезия, измерение азимута на земной поверхности, прицеливание объектов различного назначения. Сущность изобретения: предложен наземный гирокомпас с термостатированием внутренней полости и применением термоэлектрических элементов, в качестве чувствительных элементов использованы поплавковый гироскоп и датчик отвесной линии. Обладает повышенной точностью в широком диапазоне температур эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к навигационным гироскопическим приборам, а именно к измерителям азимута на земной поверхности, и может быть использовано в геодезии, а также для прицеливания беспилотных летательных аппаратов, артиллерийских и ракетных систем или иных объектов военного и гражданского назначения.

Современный уровень развития техники предъявляет все более высокие требования к навигационным приборам, в частности к гирокомпасам. Основными из этих требований являются:

- высокая точность прибора (погрешность определения азимута - единицы угловых секунд);

- малое время готовности - 5-10 минут;

- полевые условия эксплуатации, т.е. температура окружающей среды от минус 40 до плюс 50 градусов С, относительная влажность до 98% при температуре +25° С;

- высокие надежность и ресурс работы (до 50000 часов);

- работа прибора в автоматическом режиме с использованием новейших вычислительных средств;

- малые габариты и вес, удобство при эксплуатации.

Выполнение вышеперечисленных, подчас противоречивых, требований представляет собой сложную научно-техническую задачу.

Анализ известных технических решений показал следующее.

Известен гирокомпас [1], в котором использованы поплавковый интегрирующий гироскоп в качестве датчика угловой скорости Земли и два устройства для приведения гироскопа в исходное положение. Гироскоп располагается на основании (платформе), которое посредством двух кардановых колец с опорами и датчиками по осям соединяется с неподвижным корпусом. В этом гирокомпасе используется принцип позиционного гирокомпасирования, в котором ось чувствительности гироскопа, закрепленного на платформе, устанавливается в плоскости меридиана, а об азимуте судят по сигналам датчика угла (индикатора), который указывает относительное положение платформы относительно корпуса. Недостатком такого гирокомпаса являются сложность конструкции, увеличенные габариты и масса из-за наличия кардановых колец с датчиками по осям и обслуживающих их электронных устройств. Недостатком является и ухудшение точности определения азимута из-за дополнительных угловых погрешностей, обусловленных большим количеством конструктивных стыков (кардановые кольца, опоры и т.д.) между осью чувствительности и корпусом, а также трудностью обеспечения стабильной температуры на всех элементах кинематически сложной конструкции, особенно в условиях эксплуатации, при колебаниях окружающей температуры.

В устройстве гироскопического прицеливания, построенном на основе изобретения [2], поплавковый интегрирующий гироскоп используется для измерения азимутальной ошибки предварительного прицеливания различных объектов связи по магнитному компасу и коррекции ошибки прицеливания. Для выставки оси чувствительности гироскопа в горизонт используются спиртовые уровни. При этом предусмотрены две системы разворота гироскопа: одна на угол 180° вокруг выходной оси гироскопа - для исключения дрейфа гироскопа от постоянного смещения и разбалансировки, а вторая - на угол 90° вокруг оси вращения ротора гироскопа для обеспечения режимов измерения азимута и режима прицеливания объекта. Это усложняет конструкцию, увеличивает массу и габариты, кроме того, точность такого прибора ухудшается за счет длинной конструктивной цепи между пузырьковыми уровнями и осью чувствительности гироскопа, а также между фиксаторами положения, расположенными на корпусе устройства, и осью чувствительности гироскопа, особенно при температурных и механических воздействиях на прибор. Точность прицеливания ухудшается и за счет того, что привязка прицеливаемого объекта к оси чувствительности осуществляется по метке (это может быть упор, зеркальная поверхность и т.д.), расположенной на корпусе устройства, а ось чувствительности гироскопа расположена на подвижной части через цепь подвижных и неподвижных стыков и соединений, взаимное положение деталей которых меняется при температурных и механических воздействиях на устройство.

Известен гирокомпас [3] с кольцевым лазерным гироскопом и двумя акселерометрами. Недостатком такого гирокомпаса является большие габариты и масса, так как кольцевой лазерный гироскоп в несколько раз превышает по массе и габаритам поплавковый интегрирующий гироскоп той же точности. Кроме того, в моменты измерения азимута вращающееся основание с гироскопом и акселерометрами жестко блокируется относительно корпуса с помощью специального электромагнитного стопора, что усложняет конструкцию, снижает ее надежность и увеличивает габариты и массу. Кроме того, из патента следует, что лазерный гироскоп для обеспечения его характеристик требует установки на жесткое основание и применения специальных виброизоляторов, что увеличивает габариты и массу прибора. Также в заявленном устройстве привязка оси чувствительности гироскопа к базовому направлению осуществляется через цепочку: гироскоп-платформа (основание) - подшипники - корпус, а в широком температурном диапазоне эксплуатации без системы термостатирования (а об этом заявлено в рассматриваемом патенте) неизбежны градиенты температуры как в самих элементах, так и между элементами конструкции, что повлечет за собой изменение этой привязки, а следовательно, и увеличение погрешности измерения азимута.

Известен гирокомпас [4], в котором используются динамически настраиваемый гироскоп (ДНГ) и два акселерометра, вращающиеся на основании относительно корпуса вокруг вертикальной оси на 180° от упора до упора для аналитического определения азимутального угла базового направления корпуса. Недостатками данного изобретения являются: недостаточная точность динамически настраиваемых гироскопов, недостаточная стабильность и точность задания углов осей чувствительности ДНГ относительно базового направления корпуса с помощью односторонних упоров из-за нестабильности положения самих упоров при широком диапазоне температур эксплуатации, а также из-за нестабильности усилий прижима поводка к упорам, вызванного нестабильностью моментов сопротивления вокруг оси разворота (трение в шарикоподшипниках, в токоподводах и т.д.).

Известен автоматический гирокомпас [5], содержащий блок чувствительных элементов (БЧЭ) в составе датчика угловой скорости (ДУС) и датчиков горизонта, установленный в корпусе гирокомпаса с возможностью разворота вокруг вертикальной оси, систему разворота БЧЭ, включающую задатчик разворота и привод, а также оптический элемент, блоки сервисной электроники и вычислительное устройство. В качестве датчика угловой скорости в гирокомпасе использован динамически настраиваемый гироскоп. Как и ранее рассмотренные аналоги, данный гирокомпас не обеспечивает требуемой точности, поскольку в нем не предусмотрено обеспечение прецизионных тепловых режимов для чувствительных элементов, отдельных электронных блоков и отдельных элементов конструкции, связанных с ориентацией осей чувствительности ЧЭ, оптических осей, геометрических связей. И, как это уже указывалось, динамически настраиваемый гироскоп не обладает достаточной точностью.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания автоматического гирокомпаса высокой точности, способного работать в полевых условиях в широком диапазоне температур.

Поставленная задача решается тем, что в автоматическом гирокомпасе, содержащем блок чувствительных элементов (БЧЭ) в составе датчика угловой скорости и датчиков горизонта, установленный в корпусе гирокомпаса с возможностью разворота вокруг вертикальной оси, систему разворота БЧЭ, включающую задатчик разворота и привод, а также оптический элемент, блоки сервисной электроники и вычислительное устройство, согласно изобретению, БЧЭ выполнен в виде термостатированного модуля с замкнутой внешней оболочкой и системой терморегулирования внутренней полости, при этом тепловая связь между БЧЭ и корпусом осуществлена через термоэлектрические элементы.

Кроме того:

- датчик угловой скорости выполнен на основе поплавкового интегрирующего гироскопа с газодинамическим подвесом ротора, магнитным центрированием и термостатированием гироузла, при этом ось вращения ротора гироскопа вертикальна;

- корпус гирокомпаса закреплен на наклонно-поворотном столе и выполнен в виде вертикально оребренной обечайки с внутренней поперечной перегородкой и центральным отверстием в ней и соединен посредством опор с основанием БЧЭ, выполненным в виде диска с трубой и аркой по его торцам с образованием зазора между перегородкой корпуса и плоскостью диска, в зазоре размещена кольцевая термоэлектрическая шайба, при этом одной плоскостью шайба закреплена через теплопроводную пасту на перегородке корпуса, а между другой плоскостью шайбы и основанием БЧЭ образован зазор величиной 0,3-0,6 мм, в трубе размещен двухкоординатный маятниковый датчик горизонта, а под аркой на выступах диска закреплен гироскоп;

- выступы диска имеют равные тепловые сопротивления в направлении от места крепления гироскопа к диску и разные линейные жесткости в направлении друг к другу, для этого один выступ выполнен монолитным, а другой - коробчатый с заполнением полости теплопроводной пастой, при этом оптический элемент - зеркало, изготовленное из единого куска металла, установлено на монолитном выступе.

Высокие требования к точностным параметрам прибора могут быть обеспечены созданием прецизионных тепловых режимов для чувствительных элементов (ЧЭ). Так, для гироблока рабочая температура должна быть 60± 2° С при стабильности температуры в режиме измерения ≤ 0,001° С, а рабочая температура датчиков горизонта, в качестве которых использован двухкоординатный датчик отвесной линии (ДОЛ), может быть выбрана в диапазоне 45... 55° С при стабильности температуры 0,2... 0,5° С. Отдельные блоки электроники - стабилизатор тока (СТ) и предварительные усилители (ПУ) также требуют стабильности температуры окружающей среды. Кроме этого, требование стабильности ориентации осей чувствительности ЧЭ, оптических осей прибора и датчиков углов накладывает дополнительные ограничения на стабильность температуры посадочных поверхностей этих элементов, которая по предварительным оценкам должна быть 0,1... 0,2° С (конструкция посадочных мест должна быть защищена от теплового влияния окружающих элементов прибора и изменения величины источников тепла). Указанные температурные режимы элементов должны обеспечиваться при изменении температуры окружающей среды в диапазоне t_ос=-40... 50° С, при этом время тепловой готовности прибора должно быть ≤ 10 мин после включения питания при t_ос≥ 0° С и не более 15 мин при t_ос=-40... 0° С.

Приведенные выше температурные режимы элементов прибора должны обеспечиваться надлежащим выбором конструкции тепловой системы прибора и специальными регуляторами, при этом мощность, потребляемая системами термостатирования прибора от источника питания, в установившемся тепловом режиме не должна превышать 15 Вт, а энергия для разогрева прибора до рабочей температуры не более 3 А· ч. Накопленный опыт разработки тепловых систем прецизионных приборов показывает, что для обеспечения высокой стабильности температуры ЧЭ необходимо вокруг конструкции элементов создавать термостатируемую замкнутую оболочку (контур термостатирования с рабочей температурой на 4... 8° С ниже температуры ЧЭ), которая существенно ослабляет тепловое влияние окружающей среды на параметры ЧЭ и стабилизирует температуру посадочных мест элементов, а ЧЭ внутри оболочки должны иметь собственные терморегуляторы. Внутри термостатируемой оболочки могут быть также установлены блоки СТ и ПУ. Для повышения эффекта термостатирования БЧЭ тепловая связь корпуса с основанием БЧЭ осуществлена через термоэлектрические элементы (термоэлектрическую шайбу, выполненную в виде набора термоэлементов в металлической оболочке).

Целесообразно выполнение датчика угловой скорости на основе поплавкового интегрирующего гироскопа с газодинамическим подвесом ротора, магнитным центрированием и термостатированием гироузла, поскольку на настоящем этапе развития гироскопических чувствительных элементов такой гироскоп обладает наилучшей точностью при приемлемых массогабаритных характеристиках. А расположение оси вращения ротора гироскопа по вертикали, соосно с осью разворотов БЧЭ, позволяет избежать возмущений, прикладываемых к гироскопу при разворотах БЧЭ.

Установка корпуса на наклонно-поворотном столе позволяет осуществлять предварительное ручное горизонтирование гирокомпаса.

Целесообразно для обеспечения стабильности взаимного положения осей чувствительности ЧЭ, чтобы гироскоп и двухосный маятник на вращающемся основании крепились без переходных деталей осесимметрично относительно оси основания, причем маятник внутри трубы основания по ее оси, а гироскоп под аркой основания на выступах, выполненных заодно с диском.

Использование термоэлектрической шайбы позволяет обеспечить дозированный сброс тепла с вращающегося БЧЭ на неподвижный корпус при температуре внешней среды до +50° С и наоборот при температуре внешней среды до минус 40° С через торцевой зазор между корпусом и основанием осуществить дозированный подогрев БЧЭ, обеспечивая стабильную температуру в установившемся режиме на основании, а следовательно, и на гироскопе и маятнике, чем и обеспечивается их повышенная точность.

С целью симметрирования температурных полей на гироскопе для повышения его точности выступы диска должны иметь равные тепловые сопротивления в направлении от места крепления гироскопа к диску и разные линейные жесткости в направлении друг к другу, чтобы в переходном тепловом режиме исключить передачу на гироскоп больших осевых усилий в направлении его выходной оси, что может привести к снижению точности. С этой целью второй выступ выполняется пустотелым, т.е. коробчатой формы. Полезно, для обеспечения одинакового теплового сопротивления обеих выступов, внутреннюю полость второго (коробчатого) выступа заполнить теплопроводной пастой с таким расчетом, чтобы тепловая проводимость коробчатого выступа равнялась таковой монолитного выступа.

Одним из важных параметров, обеспечивающим точность гирокомпасов, является обеспечение стабильности угловой привязки оси чувствительности гироскопа относительно базового направления, задаваемого, как правило, на корпусе, через длинную цепь сочленений, т.к. гироскоп расположен на вращающемся относительно корпуса основании. С целью повышения точности гирокомпаса эта цепь сокращается до минимума, т.е. зеркало, нормаль к отражающей поверхности которого является базовым направлением, крепится в непосредственной близости от гироскопа, а именно на монолитном выступе, причем оно изготавливается из единого куска металла (т.к. стеклянные зеркала требуют дополнительных стыков при их креплении на металлическом основании, а отличие коэффициента линейного расширения стекла по отношению к материалу основания при изменении температуры не обеспечивает высокой стабильности привязки зеркала к оси чувствительности гироскопа).

Поясним принцип действия гироскопического компаса. Он основан на использовании свойства гироскопа, работающего в режиме датчика угловой скорости, реагировать на абсолютную угловую скорость поворота основания, на котором установлен ДУС, в проекции на его ось чувствительности.

Будучи установленным на неподвижное относительно Земли основание, ДУС будет чувствовать угловую скорость вращения Земли в той мере, в какой величина угловой скорости Земли будет проектироваться на ось чувствительности ДУС, т.е. измеренная величина угловой скорости в данном случае будет зависеть от ориентации оси чувствительности ДУС по отношению к вектору угловой скорости вращения Земли. Если, например, расположить ДУС на неподвижном относительно Земли основании так, что его ось чувствительности будет располагаться в горизонтальной плоскости, а главная ось - ось кинетического момента - вертикально, т.е. будет совпадать с направлением вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли в данном месте, то ДУС будет чувствовать только проекцию горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли на ось чувствительности. Если, например, ось направлена на север, то измеренная величина угловой скорости ω _и будет соответствовать горизонтальной составляющей угловой скорости вращения Земли Ω _г, а если будет отклонена, например, к востоку на угол А, то измеренная величина угловой скорости ω _и будет соответствовать проекции Ω _г на ось чувствительности, т.е.

ω _и=Ω _г· cosA=Ω _З· cosϕ · cosA,

где ϕ - географическая широта места расположения ДУС.

Отсюда следует, что если ось чувствительности ДУС направить по дирекционному направлению, азимут которого не известен и его требуется определить, то можно, произведя измерения показаний ДУС ω _и и зная географическую широту места испытаний ϕ , решить задачу определения азимута А выбранного направления в виде

Таким образом можно определить азимутальный угол любого требуемого направления с точностью до знака.

Для устранения неопределенности в знаке желательно было бы иметь две оси чувствительности, ортогональные друг к другу и располагаемые при измерениях в горизонтальной плоскости, как, например, это имеет место при использовании ДНГ. Тогда по соотношению знаков cosA и sinA можно однозначно определить, в каком из квадрантов располагается дирекционное направление. Однако, как упоминалось выше, в качестве чувствительного элемента в гирокомпасе используется поплавковый гироблок, имеющий одну ось чувствительности. Поэтому по одной ориентации оси чувствительности гироскопа, совмещаемой перед измерениями ω _и с дирекционным направлением, определить квадрант, в котором находится это направление, не представляется возможным. Для получения однозначного ответа на этот вопрос в рассматриваемом автоматическом гирокомпасе предусмотрено производить предварительное, достаточно грубое, измерение проекции угловой скорости Земли не менее чем в четырех ориентациях оси чувствительности, развернутых в горизонтальной плоскости друг относительно друга на угол π /2 с приходом в исходное положение, т.е. предусмотрено пять измерений ω ⁽ⁱ⁾_и в пяти точках (i=1, 2, 3, 4, 5). При этом дирекционное направление может находиться в любом из четырех квадрантов, а знак значения cosA будет меняться с положительного на отрицательный при переходе ориентации дирекционного направления из II-го квадранта в III-й и с отрицательного на положительный - при переходе из IV-го квадранта в I-й. Поэтому для окончательного устранения неопределенности ориентации оси чувствительности необходимо привлечь информацию о знаках измеренных значений ω ⁽ⁱ⁾_и в четырех точках (i=1, 2, 3, 4,) и по их сочетанию определить номер квадранта, в котором располагается ось чувствительности ДУС.

Для обеспечения требуемой точности определения азимута необходимо принудительно ориентировать ось чувствительности ДУС в оптимальное направление Запад-Восток, т.е. в зону углов 90° и 270° , и точные измерения проводить в оптимальной ориентации. Разворот из исходного положения в оптимальную ориентацию производится автоматически по результатам определения грубого значения исходного положения. Погрешность углов разворота не должна превышать 0,5-1,0 угл.сек, что обеспечивается предварительной паспортизацией углов многополюсного датчика угла при изготовлении прибора.

Для исключения погрешности, обусловленной наличием в измеренном сигнале проекции вертикальной составляющей угловой скорости Земли вследствие наклона оси чувствительности ДУС относительно горизонтальной плоскости, а также проявлением в этом случае ухода гироскопа от разбалансировки, необходимо иметь в гирокомпасе измерители наклона основания (датчики горизонта), обеспечивающие непрерывное измерение углов негоризонтальности основания БЧЭ.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

Фиг.1 - кинематическая схема гирокомпаса;

Фиг.2 - конструктивная схема гирокомпаса;

Фиг.3 - поперечный разрез гирокомпаса в зоне установки ДУС.

Автоматический гирокомпас устроен, согласно изобретению, следующим образом.

В корпусе 1 установлен с возможностью разворота вокруг вертикальной оси блок чувствительных элементов (БЧЭ) 2 в составе датчика угловой скорости 3 и двухкоординатного датчика горизонта 4, размещенных на основании БЧЭ 5. Гирокомпас имеет систему разворота БЧЭ, в которую входят задатчик, содержащий поворотный трансформатор 6 и устройство управления (входит в блок сервисной электроники БСЭ 7), а также привод - безредукторный двигатель постоянного тока 8 и многополюсный индукционный датчик угла 9.

БЧЭ 2 выполнен в виде термостатированного модуля с замкнутой внешней оболочкой 10 и системой терморегулирования внутренней полости, имеющей термодатчики 11 и нагреватели 12. Тепловая связь между БЧЭ и корпусом осуществлена через термоэлектрические элементы (термоэлектрическую шайбу) 13.

Корпус 1 гирокомпаса установлен на наклонно-поворотном столе 14 и выполнен в виде обечайки 15 с вертикальными ребрами 16 и поперечной перегородкой 17 с центральным отверстием в ней. Посредством шарикоподшипниковых опор 18 корпус через переходные детали соединен с основанием БЧЭ 5.

Основание БЧЭ 5 выполнено в виде диска 19 с трубой 20 и аркой 21 по торцам диска. В зазоре между перегородкой корпуса 17 и плоскостью диска 19 размещена кольцевая термоэлектрическая шайба 13, при этом одной плоскостью шайба закреплена через теплопроводную пасту на перегородке корпуса 17, а между другой плоскостью шайбы 13 и основанием БЧЭ 5 образован зазор величиной 0,3-0,6 мм. В трубе 20 размещен двухкоординатный маятниковый датчик горизонта 4, а под аркой 21 на выступах 22, 23 диска закреплен гироскоп 3. На монолитном выступе 22 закреплено зеркало 24, выполненное из единого куска металла. Другой выступ 23 выполнен коробчатым и заполнен теплопроводной пастой.

Гироскоп 3 крепится на выступах 22 и 23 накладками 25 (фиг.3) к диску основания так, что ось его кинетического момента Н совпадает с осью вращения Z основания, выходная ось Y перпендикулярна оси Z и отражающей поверхности зеркала 24, а ось чувствительности Х перпендикулярна плоскости, образованной осями Н и Y. При этом, ослабив накладки 25 через технологические отверстия (не разбирая прибора), гороскоп можно разворачивать на 90° относительно оси Y от упора до упора (на фиг.3 упоры не показаны), т.е. до совмещения оси чувствительности гироскопа Х с осью Z при определении и паспортизации углов между полюсами датчика угла.

Двухкоординатный датчик горизонта представляет собой маятник, подвешенный на струне в жидкости и имеющий две взаимно перпендикулярные оси чувствительности Х _м и Y_м (на фиг.3 не показаны), закреплен внутри трубы 20 основания 5 (элементы крепления на фиг. не показаны) в положении, когда одна из осей чувствительности Х_м параллельна оси чувствительности гироскопа X.

На корпусе напротив зеркала при исходном положении БЧЭ выполнен иллюминатор 26 с крышкой 27 (фиг.2), имеющей тепловой аккумулятор 28 из материала с высокой теплоемкостью, сопрягающийся с крышкой через теплоизолирующую прокладку. Крышка надета на горловину 29 с нагревателем (не показан). На корпусе 1 со стороны, диаметрально противоположной иллюминатору 26, расположена унифицированная горловина 30 с нагревателем (не показан) для установки крышки 27 при работе гирокомпаса.

В верхней части корпуса расположены индикаторы негоризонтальности БЧЭ 31, электрически связанные через блок сервисной электроники с двухкоординатным датчиком горизонта. Индикаторы могут быть выполнены в виде световых линеек на светодиодах.

На периферии диска 19 закреплены 2n (n≥ 2) роторов 32 многополюсного индукционного датчика угла 9, равномерно и попарно диаметрально расположенных по окружности диска, а два диаметрально расположенных статора 33 закреплены на корпусе. Выбор числа n определяется исходя из требуемой точности определения азимута, в реально спроектированном приборе n=8.

Электрическая связь между БЧЭ и корпусом гирокомпаса осуществляется через коллекторные токоподводы 34.

Работа автоматического гирокомпаса осуществляется следующим образом.

При включении гирокомпаса подается питание на чувствительные элементы 3, 4 и блоки сервисной электроники 7, при этом включаются системы терморегулирования ЧЭ, модуля БЧЭ 11, 12, а также нагреватели иллюминатора 26 и горловины 30. Одновременно оператор снимает крышку иллюминатора 27 и надевает ее на горловину 30, а затем по показаниям индикаторов негоризонтальности 31 выставляет основание БЧЭ 5 в горизонт изменением наклонов корпуса гирокомпаса посредством регулировочных маховиков наклонно-поворотного стола 14.

В течение времени готовности гирокомпас выходит на тепловую и точностную готовности. При достижении тепловой готовности, о чем свидетельствуют индикаторы на пульте управления, включают режим приведения БЧЭ в исходное положение, после чего осуществляют оптическую привязку зеркала 24 к внешнему потребителю (например, теодолиту).

Далее включают режим автоматического определения азимута базового направления, задаваемого зеркалом. Данный режим имеет первоначальное грубое определение азимута посредством разворотов БЧЭ в “нули” полюсов ДУ 9, измерение проекций угловой скорости вращения Земли в этих ориентациях грубое вычисление азимута по ранее указанным формулам. Для спроектированного гирокомпаса кратковременные (грубые) измерения проводятся в пяти ориентациях БЧЭ через 90° : 0° , 90° , 180° , 270° , 360° с учетом систематических паспортизованных погрешностей ориентации базового направления для указанных ориентаций БЧЭ. По результатам этих измерений из условия минимума модуля получаемых значений определяют две наиболее информативные ориентации, отличающиеся друг от друга на 180° (в этих ориентациях ось чувствительности ДУС находится ближе к направлению Запад-Восток, чем во всех других из имеющегося набора). В найденных ориентациях производятся точные (с требуемой временной базой осреднения) измерения, по которым и определяют азимут.

Поскольку в заявленном компасе для повышения точности предложено учитывать подвижки основания во время измерений, то используется информация не только об углах негоризонтальности осей ДУС, но и информация о скорости изменения угла оси чувствительности ДУС. Сигнал об этой скорости снимается с дифференцирующего устройства, вход которого соединен с выходом датчика горизонта, соответствующим его оси чувствительности, направленной по оси чувствительности ДУС.

По окончании работы гирокомпаса и выключении питания оператор снимает крышку иллюминатора 27 с горловины 30 и надевает ее на горловину иллюминатора 29. Тепловой аккумулятор 28 отдает накопленную тепловую энергию иллюминатору, поддерживая его температуру выше температуры окружающей среды в процессе остывания. Тем самым предотвращается запотевание иллюминатора продуктами гажения элементов гирокомпаса и не допускается ухудшение прозрачности иллюминатора и искажение оптических связей между зеркалом и потребителем.

На гирокомпас выпущена конструкторская документация, изготовлены опытные образцы прибора, испытания которых подтвердили эффективность заложенных технических решений.

Источники информации:

1. Патент США №2902772, НПК 33/321, 1959.

2. Патент США №4087919, НПК 33/301, 1978.

3. Патент США №4945647, НПК 33/321, 1990.

4. Журнал “Гироскопия и навигация”, 2000, №1(28), с.95-112.

5. Патент ЕР №0250608, МПК G 01 С 19/38, 1990.

Формула изобретения

1. Автоматический гирокомпас, содержащий блок чувствительных элементов (БЧЭ) в составе датчика угловой скорости и датчиков горизонта, установленный в корпусе гирокомпаса с возможностью разворота вокруг вертикальной оси, систему разворота БЧЭ, включающую задатчик разворота и привод, а также оптический элемент, блоки сервисной электроники и вычислительное устройство, отличающийся тем, что корпус гирокомпаса закреплен на наклонно-поворотном столе и выполнен в виде вертикально оребренной обечайки с внутренней поперечной перегородкой и центральным отверстием в ней и соединен посредством опор с основанием БЧЭ, выполненным в виде диска с трубой и аркой по его торцам с образованием зазора между перегородкой корпуса и плоскостью диска, в зазоре размещена кольцевая термоэлектрическая шайба, при этом одной плоскостью шайба закреплена через теплопроводную пасту на перегородке корпуса, а между другой плоскостью шайбы и основанием БЧЭ образован зазор величиной 0,3-0,6 мм, в трубе размещен двухкоординатный маятниковый датчик горизонта, а под аркой на выступах диска закреплен гироскоп, при этом БЧЭ выполнен в виде термостатированного модуля с замкнутой внешней оболочкой и системой терморегулирования внутренней полости, при этом тепловая связь между БЧЭ и корпусом осуществлена через термоэлектрические элементы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выступы диска имеют равные тепловые сопротивления в направлении от места крепления гироскопа к диску и разные линейные жесткости в направлении друг к другу, для этого один выступ выполнен монолитным, а другой - коробчатый с заполнением полости теплопроводной пастой, при этом оптический элемент - зеркало установлен на монолитном выступе.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик угловой скорости выполнен на основе поплавкового интегрирующего гироскопа с газодинамическим подвесом ротора, магнитным центрированием и термостатированием гироузла, при этом ось вращения ротора гироскопа вертикальна.

РИСУНКИ