Принцип действия гирокомпаса

Определение азимута ориентирного направления при по­мощи гирокомпаса сводится к определению гироскопическим спо­собом положения истинного меридиана и вычислению азимута ориентирного направления.

Направление истинного меридиана с помощью гирокомпаса находится по наблюдениям колебаний чувствительного элемента. Чувствительный элемент (ЧЭ) (рис. 5, а) представляет собой гиро­маятник, т.е. гироскоп, у которого центр тяжести С находится ниже точки подвеса. В маятниковых гирокомпасах главная ось X – X гироскопа совершает гармонические колебания относитель­но плоскости меридиана. Это явление обусловлено следующими свойствами гироскопа:

– главная ось гироскопа X – X стремится сохранить неизмен­ным свое положение в мировом пространстве;

– если к оси x – x приложить пару сил F – F (рис. 5, б), то ось гироскопа под действием момента этой пары сил будет поворачи­ваться (прецессировать) в плоскости Р,перпендикулярной к плос­кости N. Направление прецессии будет совпадать с направлением силы F, повернутой на 90° в направлении вращения ротора гиро­скопа.

 

 

Рис. 5. Чувствительный элемент (а) и прецессирование оси гироскопа (б)

 

Пусть в начальный момент времени ось гироскопа горизон­тальна и расположена в плоскости экватора, т.е. ориентирована в направлении “восток-запад” (рис. 6, положение I). В этот момент линия, проходящая через точку подвеса D и центр тяжести С ЧЭ, совпадает с вертикалью места, т.е. реакция подвеса Q и сила тяжести Р находятся на одной прямой и направлены в противоположные стороны, т.е. не обра­зуют момента.

 

Рис. 6. Принцип действия маятникового гироскопа

Вследствие суточного вра­щения Земля через некоторый промежу­ток времени повернется на определенный угол. Ось гироскопа по первому свой­ству (свойству стабилизации) останется параллельной своему первоначальному положению и займет положение II. В этом случае силы Р и Q образуют момент относительно главной оси гиро­скопа X – X,который и вызовет прецес­сию ЧЭ вокруг вертикали, так что конец А будет поворачиваться на нас, т.е. к северу, а конец В – к югу.

По мере дальнейшего суточного вра­щения Земли конец А будет подниматься над плоскостью горизонта, а конец В – опускаться. Величина момента пары сил и скорость поворота чувствительного элемента вокруг вертикали будут увеличиваться и достигнут своего максимального значения, когда ось ги­роскопа станет в плоскость меридиана (положение III). В этом положении ко­нец А оси гироскопа будет максималь­но приподнят над горизонтом, а ко­нец В – максимально опущен (вид по стрелке F). По мере дальнейшего вращения Земли ось гироскопа выйдет из плоскости меридиана и займет положение IV. Конец оси гиро­скопа А будет двигаться на запад, а конец В – на восток.

В дальнейшем в связи с вращением Земли концы А и В будут приближаться к плоскости горизонта и, очевидно, наступит такой момент, когда ось гироскопа совпадет с плоскостью горизонта (положение V). В этом положении момент пары сил будет равен нулю, т.е. наступит точка реверсии. По истечении некоторого про­межутка времени (в соответствии с первым свойством гироскопа) ЧЭ займет положение VI.

В этом положении конец А оси гироскопа уже будет опущен под плоскость горизонта, а конец В будет поднят над горизонтом (противоположно положению II), т.е. чувствительный элемент начнет двигаться (прецессировать) в противоположную сторону.

Таким образом, ЧЭ маятникового гирокомпаса будет совершать периодические колебания относительно плоскости меридиана. Пе­риод колебаний зависит от широты и температуры окружающей среды (по мере удаления от экватора период колебаний увеличи­вается).

В общем случае прецессионные колебания ЧЭ ввиду наличия различных сил сопротивления, в особенности поддерживающей жидкости, носят затухающий характер и не являются симметрич­ными относительно плоскости меридиана. В процессе определения азимута эти затухания необходимо учитывать, что и предусмо­трено методиками определения азимута различными гирокомпа­сами.

В гирокомпасах 1Г9 и 1Г11 отсутствует поддерживающая жид­кость, чувствительный элемент подвешен на торсионном подвесе ленточного типа. Для исключения противодействующего момента торсиона на колеба­ния ЧЭ применена следящая система, вследствие чего затухание колебаний ЧЭ сведено к минимуму.

В точках, где наблюдатель воспринимает прекращение движе­ния ЧЭ (остановку), ось гироскопа изменяет направление движе­ния на противоположное. Поэтому эти точки и называются точ­ками реверсии.

Если на гиромаятник не действуют никакие силы сопротивле­ния, то точки реверсии располагаются симметрично относительно плоскости меридиана. В этих условиях для определения направления истинного меридиана достаточно зафиксировать две смежные точки реверсии и взять среднее между ними.

Фиксирование положений точек реверсии осуществляется пу­тем снятия отсчетов по угломерной шкале. Отсчет, соответствую­щий направлению истинного меридиана, находится как среднее арифметическое из отсчетов по точкам реверсии.

Для исключения грубых ошибок и повышения точности сред­ний отсчет, соответствующий направлению истинного меридиана, определяют по трем, а лучше по четырем точкам реверсии.

В гирокомпасе 1Г5 чувствительный элемент плавает в жидкости. Жидкостное тре­ние обусловливает затухание колебаний ЧЭ. Это затухание учи­тывается методикой работы по определению азимута.