Гирокомпас принцип работы

Что такое гирокомпас?

Гирокомпас – это приспособление, основой которого стал гироскоп. Представляет собой предмет, изготовленный из плотного материала. Чаще всего он металлический и легко вращается вокруг оси, а также характеризуется способностью поддерживать это движение. Прибор такого типа, предназначенный для использования на море, содержит в основании гиросферу. Она представлена полым шаром. Внутри расположены вращающиеся гироскопы, которые нуждаются в электропитании. Даже в условиях кратковременного влияния на гирокомпас какой-то силы он всё равно не отклоняется от заданного направления в пространстве.

Использование устройства

Гирокомпас судовой получил один либо несколько гироскопов. Его устанавливают почти на каждом большом судне для навигации. Такой инструмент является опорным и размещается в судовых рулевых системах, оснащенных автоматическим либо ручным управлением. Также посредством гирокомпаса решаются и другие задачи. К примеру, с его помощью можно выполнить наведение орудий, если имеется в виду боевой корабль.

Общие характеристики гирокомпасов - фото 13

Изделие имеет большой вес (иногда масса может превышать 25 кг). Для его корректного функционирования требуется достаточно устойчивая основа. Она должно быть зафиксирована по отношению к земной поверхности и не подвергаться ускорению. Все эти условия невозможно осуществить, например, в самолете, поэтому его используют на кораблях.

Судовой гирокомпас по технологии устанавливают на самой нижней платформе либо палубе. На ходовой мост устанавливают репитер, куда передаются показания по электрическим проводам.

Достоинства гирокомпаса

Если выставить гироскопический компас на северный полюс земли, то он сохранит направление столько, сколько потребуется. Условием лишь станет наименьшее трение в устройстве.

Он точнее, чем обычный компас, имеет сложное строение и отображает географическое, а не магнитное направление. Внешние магнитные поля не способны влиять на его показатели.

Гирокомпас изготавливается и конструируется с помощью высокоточного оборудования. 

Основными приборами курсоуказания являются гироскопические курсоуказатели: гирокомпас, гироазимут, гироазимут-горизонт и др.

Основой всех гироскопических курсоуказателей является гироскоп (быстро вращающееся твердое тело), а работа этих курсоуказателей основана на свойстве гироскопа сохранять неизменным направление оси вращения в пространстве без действия моментов внешних сил.

Если взять идеально изготовленный свободный гироскоп (центр тяжести совпадает с его геометрическим центром и исключены силы трения в осях его подвеса), то его главная ось будет сохранять свое направление в пространстве постоянным, но такой гироскоп не будет постоянно указывать направление меридиана, т.е. учитывать суточное вращение Земли.

В гирокомпасах элементом, указующим направление меридиана, служит чувствительный элемент (ЧЭ), представляющий собой гиросферу с двумя гироскопами, соединенными между собой так, что может изменяться угол между их осями. Кроме того, центр тяжести ЧЭ гирокомпаса смещен относительно центра подвеса на определенную величину.

Смещение центра тяжести ЧЭ гирокомпаса вниз относительно центра подвеса приводит к тому, что главная ось гироскопа, будучи отклоненной от меридиана, с течением времени будет поворачиваться относительно центра подвеса в сторону меридиана и через какое-то время «придет в меридиан». Время прихода в меридиан зависит от начального угла отклонения ЧЭ от истинного меридиана и широты места.

(от 2,5 до 7 часов) – от т. I до т. VIII (рис. 4.1).

Гирокомпас принцип работы - изображение 21

Рис. 4.1. Кривая прихода гирокомпаса в меридиан

Для сокращения этого времени гирокомпасы имеют устройство для ускоренного приведения в меридиан. Если с помощью такого устройства установить и удерживать ЧЭ ГК в меридиане с точностью до 2¸3°, то время прихода в положение равновесия сокращается до 1¸1,5 часов (min 45 мин.)

Главная ось ЧЭ работающего ГК на движущемся судне вследствие наличия динамических и статических погрешностей располагается по направлению гироскопического меридиана, не совпадающего с истинным меридианом.

Динамические погрешности:

- скоростная погрешность, которая возникает вследствие угловой скорости вращения плоскости истинного горизонта из-за движения судна по поверхности Земли. Эта погрешность устраняется в ГК с помощью специального счетно-решающего механизма-корректора ГК (вводом в него ИК, V, j);

- инерционные погрешности I и II рода, которые возникают при изменении курса и скорости судна. ГК по окончании маневра приходит в новое положение равновесия через 25-30 мин. Эти погрешности устраняются в ГК регулировкой периода незатухающих колебаний ЧЭ ГК (84,3 мин.) и применением масляного успокоителя в ЧЭ;

- погрешность от качки, которая обусловлена раскачиванием ЧЭ ГК относительно его главной оси. Исключается стабилизацией ЧЭ в плоскости горизонта.

Статические погрешности:

- наличие трения в подвесах гиромоторов;

- непостоянство скорости вращения роторов гиромоторов;

- неточная установка основного прибора в ДП судна;

- действие магнитных полей.

Эти погрешности, характеризующие устойчивость работы ГК на неподвижном основании, определяются опытным путем.

Если удастся исключить все указанные погрешности, то главная ось ЧЭ ГК устанавливается в направлении истинного меридиана (), а следящая система позволяет непосредственно снимать это направление и передавать на репитеры ГК.

Направляющий момент ГК во много раз больше, чем у МК, и не зависит от магнитного поля Земли. Однако с увеличением широты (j) он уменьшается пропорционально cosj, и в высоких широтах (> 75°) ГК работает менее надежно.

Другой вид гироскопического указателя – гироазимут – работает устойчиво как в низких, так и в высоких широтах.

Гироазимутами (ГА)называются гироскопические приборы, предназначенные для сохранения заданного азимутального направления.

В гироазимутах применяются гироскопы с подвесом на шарикоподшипниках или с аэродинамическим подвесом. Первый представляет собой гирокамеру, в которой на шарикоподшипниковых опорах вращается дисковый ротор с утяжеленным ободом. У второго гироскопа ротор, имеющий форму шара, при работе находится во взвешенном в воздухе состоянии (шаровой гироскоп).

В отличии от ГК у ЧЭ любого ГА его центр тяжести должен быть совмещен с точкой подвеса. По этой причине ГА не обладает избирательностью по отношению к плоскости меридиана, но и не имеет инерционных погрешностей.

С помощью системы горизонтальной коррекции главная ось ЧЭ ГА принудительно удерживается в плоскости горизонта.

С помощью азимутального корректора создается момент внешней силы, который вызывает прецессию главной оси ЧЭ ГА в плоскости горизонта, что и позволяет ГА сохранять неизменным свое первоначальное направление (учитываются: 1) w – угловая скорость вращения Земли; 2) R – радиус Земли; 3) j – широта места; 4) V – скорость судна; 5) ИК – истинный курс судна; 6) wД – угловая скорость остаточного дрейфа ЧЭ ГА).

Из-за неточного знания j, V, ИК, wД – фактическая скорость прецессии главной оси ЧЭ ГА будет отличаться от ее действительной величины. Это различие приведет к появлению изменяющейся во времени погрешности курса.

Общая погрешность ГА включает в себя:

- широтную погрешность (текущая широта – jТ отличается от расчетной j0);

- скоростную погрешность (max при плавании в высоких широтах и на больших скоростях);

- погрешность от дрейфа (имеет сложный характер).

Основным критерием качества работы ГА является остаточная скорость ухода.

Общие характеристики гирокомпасов

Гирокомпас принцип работы - изображение 23

Принцип действия гирокомпаса основан на свойствах гироскопа сохранять направление в пространстве при отсутствии внешних сил и изменять это направление, или прецессировать, под воздействием внешних сил. В качестве внешней силы, сообщающей гироскопу свойства компаса, т. е. заставляющей его непрерывно процессировать вслед за плоскостью географического меридиана, используется сила тяжести (в маятниковых гирокомпасах) или управля­ющий момент, вырабатываемый с помощью ин­дикатора горизонта (в гирокомпасах с косвен­ным управлением).

По конструкции чувствительного элемента (ЧЭ) гирокомпасы бывают одногироскопные и двухгироскопные. 

За счёт маятниковости ЧЭ под действием суточного вращения Земли возникает направляющий момент, приводящий чувствительный элемент в плоскость истинного меридиана.

Масляный успокоитель уменьшает погрешность от качки.

Способ подвеса ЧЭ – жидкостно-электромагнитный.

Система принудительного охлаждения – жидкостная.

Особенность гирокомпасов с косвенным управлением - возможность их использования в режиме гироазимута, т. е. корректируемого ги­роскопа направления. Это качество особенно ценно при маневрировании в течение не слишком продолжительных промежутков времени.

Для повышения точности при маневрировании в некоторых гирокомпасных системах производится автоматическое регулирование параметров. Такие гирокомпасы часто называются апериодическими.

Гирокомпасы разделяются также по способу гашения (демпфирования) колебаний (ЧЭ). В применяемых на судах морского флота маятниковых гирокомпасах этот эффект достигается с помощью гидравлического маятника, помещённого внутри ЧЭ, а в гирокомпасах с косвенным управлением - с помощью дополнительного управляющего момента, вырабатываемого по сигналам, поступающим от индикатора горизонта.

Гирокомпасы с автономным чувствительным элементом

Чувствительный элемент этого аналога выполнен в виде сферы, которая полностью погружена в токопроводящую маловязкую поддерживающую жидкость и плавает в ней. Внутри сферы установлены два гиромотора, связанные между собой кинематической связью типа "антипараллелограмм", обеспечивающей гиромоторам движение вокруг их вертикальных осей на равные углы и в противоположные стороны.

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 1230)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты