Предупреждение влияния качки на гирокомпас с пониженным центром тяжести чувствительного элемента

Ранее мы убедились, что погрешность качки вызывается вертикальной составляющей L_zl момента, вводимого силой инерции F_x. Составляющая L_zl появляется вследствие раскачивания чувствительного элемента вокруг главной оси X–X. Следовательно, для предупреждения погрешности качки нужно предупредить раскачивание чувствительного элемента вокруг главной оси X–X, т. е. стабилизировать ось Y–Y прибора так, чтобы она все время оставалась горизонтальной. Именно на этом основан метод предупреждения возникновения погрешности качки в гирокомпасах с пониженным центром тяжести чувствительного элемента.

Для стабилизации оси Y–Y в горизонтальной плоскости гироскопическая система (чувствительный элемент) таких гирокомпасов состоит не из одного, а из двух совершенно одинаковых гироскопов. Эти гироскопы установлены внутри шара, называемого гиросферой (рис. 3.16).

Рис. 3.17. Кинетический момент гиросферы

Рис. 3.16. Гиросфера (вид сверху): 1 – камера гироскопа; 2 – кронштейн; 3 – шарнирная тяга; 4 - пружина

 

Относительно гиросферы гироскопы могут поворачиваться одновременно только вокруг их вертикальных осей в противоположные стороны и на одинаковые углы, что обеспечивается специальным механизмом. Этот механизм устроен следующим образом. К камерам 1, в которых заключены гироскопы, жестко прикреплены кронштейны 2, обращенные в противоположные стороны. Кронштейны соединены шарнирной тягой 3, цапфы которой входят в подшипники кронштейнов. Шарнирная тяга, в свою очередь, связана с корпусом гиросферы при помощи двух пружин 4. Эти пружины устанавливают гироскопы так, что их главные оси образуют между собой угол 90°.

Если гироскопы начнут поворачиваться вокруг вертикальных осей в одинаковых направлениях, то шарнирная тяга явится жесткой связью между ними, и вместе с гироскопами начнет поворачиваться вся гиросфера. Поворот же гироскопов вокруг их вертикальных осей, но в противоположные стороны ограничивается только пружинами.

Чтобы выяснить, как рассматриваемая система предупреждает возникновение погрешности качки, расположим гироскопы несколько иначе (рис.3.17). Как уже отмечалось, гироскопы подбирают совершенно одинаковыми, поэтому при равенстве угловых скоростей вращения их роторов кинетические моменты Н₁ и Н₂ гироскопов будут численно одинаковы. Разложим каждый из векторов Н₁ и Н₂ на составляющие Н_x и Н_y по направлению биссектрисы угла между главными осями гироскопов и по перпендикуляру к ней. Составляющие Н_x одинаковы по величине и направлению и поэтому могут быть представлены суммарным вектором 2Н_x, направленным по биссектрисе угла между главными осями. Составляющие Н_y направлены в противоположные стороны и также равны по величине. Следовательно, двухгироскопный чувствительный элемент можно рассматривать как одногироскопный с кинетическим моментом 2Н_х. На этом основании линию, определяемую вектором 2Н_х, назовем главной осью X–X гиросферы и обозначим ее N–S, а ось гиросферы, определяемую векторами Н_у, обозначим Y-Y.

Рис. 3.18. Прецессионное движение гироскопов внутри гиросферы

Если гиросфера находится в положении равновесия, то ее главная ось X–X совпадает с гирокомпасным меридианом.

Сила инерции F_y, возникающая при качке судна, стремится повернуть гиросферу вокруг ее главной оси, причем направление этой силы меняется через каждые полпериода качки. Если в первую половину периода качки сила F_y направлена на запад, то момент этой силы L_x направлен на север (рис. 3.18,а). Следовательно, согласно правилу полюсов гироскопы начнут поворачиваться вокруг вертикальных осей, причем полюсы гироскопов, т. е. концы векторов Н₁ и Н₂, будут перемещаться к северу (на рисунке показано стрелками).

В течение второй половины периода качки сила F_y направлена к востоку, а момент L_x — к югу, поэтому полюсы гироскопов будут перемещаться к югу (рис.3.18,б). Но вследствие прецессионного движения гироскопов вокруг вертикальных осей в гироскопах возникнут гироскопические моменты, которые уравновесят силу F_y и не дадут гиросфере повернуться вокруг своей главной оси X–X.

Таким образом, вместо того чтобы раскачивать гиросферу вокруг главной оси N–S, сила инерции F_y будет вызывать прецессионные движения гироскопов вокруг их вертикальных осей то в одну, то в другую сторону.

Итак, ось Y–Y двухгироскопного чувствительного элемента при качке судна остается горизонтальной, а это значит, что составляющая L_z1 отсутствует и погрешность качки не возникает.

Во всех остальных отношениях двухгироскопный чувствительный элемент подобен одногироскопному, поэтому все сказанное об одногироскопном компасе с пониженным центром тяжести чувствительного элемента справедливо и для двухгироскопного, с той лишь разницей, что кинетический момент последнего имеет величину

2Н_Х = 2H cosχ

 

где χ — абсолютное значение угла между осью N–S гиросферы и главной осью каждого из гироскопов.

В частности, когда χ = 45°, то

2Н_Х = 2Hcos45° = Н .

 

Здесь H — кинетический момент каждого из гироскопов, т. е.

Н = Н₁ = H₂.

 

Углы поворота гироскопов вокруг вертикальных осей при качке судна невелики, поэтому угол между главными осями гироскопов остается равным 90° и кинетический момент гиросферы 2Н_x не изменяет своей величины.

Гироскопы располагают в гиросфере в виде буквы «Т», так как при таком расположении они занимают наименьший объем.

ГироАзимутКомпас «Вега»

Основные технические данные. Гироазимуткомпас «Вега» является морским навигационным прибором и предназначен для использования на судах в широтах до 80°. Он имеет два режима работы:

основной — режим корректируемого гирокомпаса,

дополнительный — режим гироазимута.

Погрешность показаний прибора в режиме корректируемого гирокомпаса при плавании транспортных судов с неизменной скоростью и постоянным курсом составляет ±0,8° в диапазоне широт ±70° и ±1,5° — в диапазоне широт от 70 до 80°.

Скоростная девиация и девиация затухания исключаются из показаний гирокомпаса путем коррекции положения чувствительного элемента. Необходимые корректирующие сигналы формируются в блоке коррекции по данным внешней информации о скорости судна и широте места.

В условиях маневрирования судна погрешность корректируемого гирокомпаса характеризуется значением ± 2,0° в широтах до 70° и значением ±2,5° — в диапазоне широт от 70 до 80° при скорости судна до 50 уз.

Инерционные девиации корректируемого гирокомпаса существенно уменьшены благодаря увеличению периода его собственных колебаний до 150 мин и использованию индикатора горизонта с нелинейной характеристикой.

В условиях качки судна погрешность гирокомпаса не превышает ±1,5° в широтах ниже 70° и ±2,0° — в диапазоне широт от 70 до 80°. Минимизация погрешности прибора при качке достигается путем увеличения постоянной времени индикатора горизонта до 60 с.

В режиме гироазимута дрейф чувствительного элемента составляет 1,5^o/ч в широтах до 70° и 2^o/ч — в диапазоне широт от 70 до 80°. Время ускоренного приведения чувствительного элемента гироазимуткомпаса в меридиан составляет не более 30 мин.

Рис. 3.19.

Состав комплекта. В него входят основной прибор ВГ-1A и вспомогательные приборы (рис. 3.19)

 

 

В приборе ВГ-1A размещены чувствительный элемент, система его подвеса, двухканальная следящая система гироблока, двухканальная система косвенного управления чувствительным элементом и система терморегулирования. Основным узлом прибора ВГ-1A является одногироскопный чувствительный элемент с жидкостно-торсионным подвесом.

Двухканальная следящая система гироблока обеспечивает сохранение чувствительным элементом (гиросферой) свойств свободного гироскопа. Она состоит из следящей сферы, колец карданова подвеса, двух исполнительных (стабилизирующих) двигателей, двух усилителей, двух двухкомпонентных датчиков угла и поворотного трансформатора. Двухканальная система косвенного управления придает чувствительному элементу свойство избирательности по отношению к плоскости меридиана и включает в себя некоторые элементы следящей системы: следящую сферу, кольца карданова подвеса, усилители, исполнительные двигатели, а также индикатор горизонта и две пары торсионов между следящей сферой и гиросферой.

Прибор ВГ-3А – штурманский пульт гироазимуткомпаса. Прибор предназначен для формирования корректирующих сигналов, дистанционного управления режимами работы основного прибора и ручного введения данных о широте места и скорости судна. Вычислительное устройство этого прибора относится к двухканальной системе коррекции, которая служит для исключения из показаний чувствительного элемента скоростной девиации и девиации затухания.

Кроме упомянутых, в комплект гироазимуткомпаса входят известные вспомогательные приборы 15М, 23-Т, 19А, 38, 38А, 20А, 22А, ПГК-2 и запасные части, инструменты и приспособления.

Некоторые вспомогательные приборы образуют с различными элементами основного прибора отдельные системы, которые обеспечивают нормальное функционирование чувствительного элемента и электрической схемы гироазимуткомпаса. Такими системами являются: блок питания, следящая система трансляции курса, контрольно-сигнальная система.