ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ДАТЧИК КРЕНА Российский патент 2005 года по МПК G01C19/44 

Изобретение относится к гироскопической технике и может быть использовано в гироскопических приборах для стабилизации вертикального направления.

В литературе подробно описаны гировертикали или авиагоризонты, используемые, например, для определения углов крена и дифферента корабля или углов крена или тангажа самолета (См., например, книгу Г.О.Фридлиндера и М.С.Козлова. Авиационные гироскопические приборы, стр.39-48)

Указанные гировертикали не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к объектам наземной техники вследствие специфики механических воздействий, угловых колебаний и т.д. и не могут быть в них использованы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является гироскопический датчик крена 1Б14 (см.фиг.1), разрабатываемый для наземных самоходных объектов и серийно изготавливаемый на Ковровском электромеханическом заводе с 1985 года по конструкторской документации ПБ2-360.030, содержащий гиромотор в кардановом подвесе 1, жидкостные маятниковые датчики 2, 3, коррекционные двигатели 4, 5, регулировочные гасящие резисторы 6, 7.

Жидкостные маятниковые датчики (ДЖМ) являются чувствительными элементами отклонения оси кинетического момента Н (оси гиромотора) от вертикали места. ДЖМ имеют смешанную характеристику с зоной линейности в пределах от 10' до 20'. Исполнительными элементами системы являются коррекционные двигатели (КД) 4, 5, представляющие собой двухфазные двигатели переменного тока, обмотки возбуждения которых подключены параллельно фазам питания гиромотора, а обмотки управления (ОУ) соединены с соответствующими контактами ДЖМ.

Гасящие резисторы обеспечивают широкий диапазон регулировки скорости горизонтальной коррекции, так как в датчиках крена, используемых в наземных самоходных объектах, требуется обеспечить в зависимости от назначения датчика крена определенные соотношения периодической (регулировка на "слабую" коррекцию) и систематической (регулировка на "сильную" коррекцию) составляющих.

Недостатком данного датчика крена является большое время выхода оси Н в вертикаль с момента запуска гиромотора. В момент подачи электропитания подключаются обмотки гиромотора 1, обмотки возбуждения (ОВ) коррекционных двигателей 4, 5 и через контакты ДЖМ 2, 3 управляющие обмотки коррекционных двигателей. Так как в начальный момент запуска частота вращения ротора гиромотора очень мала, следовательно, величина кинетического момента Н тоже мала, то эффективность восстанавливающих моментов, создаваемых коррекционными двигателями, будет очень высокой. В результате возникают автоколебания с большой амплитудой.

Автоколебания гироузла в момент запуска создают линейные ускорения, которые вызывают разбрызгивание (вспенивание) пузырька воздуха в ДЖМ 2, 3, что нарушает работу системы горизонтальной коррекции и приводит к резкому увеличению времени выхода гироскопа в вертикаль места.

В настоящее время для исключения автоколебаний датчика крена 1Б14 используют либо подбор ДЖМ с пологой крутизной характеристики, либо разворот ДЖМ относительно выходной оси, что также уменьшает крутизну характеристики и приводит к снижению точности датчика крена.

Технической задачей заявляемого изобретения является исключение автоколебаний гироузла датчика крена без подбора ДЖМ или их разворота и уменьшение времени готовности датчика крена.

Указанный технический результат достигается тем, что в гироскопический датчик крена, содержащий гиромотор в кардановом подвесе и систему горизонтальной коррекции с коррекционными двигателями и жидкостными маятниковыми датчиками, центральные контакты которых подключены к одной из фаз питающего напряжения, а выходные - ко входам соответствующих обмоток управления коррекционных двигателей, средние точки обмоток управления соединены через регулировочные резисторы с другой соответствующей фазой питающего напряжения согласно изобретению дополнительно введены два программируемых таймера и два исполнительных реле, при этом управляющая обмотка первого исполнительного реле соединена с выходом первого таймера, а второго реле - с выходом второго таймера, размыкающий контакт первого реле подключен последовательно с регулировочными резисторами, а замыкающие контакты второго реле подключены параллельно соответствующим регулировочным резисторам, а входы таймеров подключены к фазам питающего напряжения.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всей совокупности существенных признаков заявляемого изобретения. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого гироскопического датчика крена с другими техническими решениями показывает, что отдельные режимы работы, обеспечиваемые отличительными признаками, в технике широко известны. Так, с целью уменьшения виражных погрешностей авиагоризонта конструкция известного прибора обеспечивает режим отключения коррекции (См., например, книгу Г.О.Фридлиндера и М.С.Козлова. Авиационные гироскопические приборы, М., 1961, стр.102-103).

Другим решением является шунтирование балластного сопротивления в цепи обмотки коррекционного двигателя биметаллическим выключателем в авиагоризонте АГИ-1, что обеспечивает увеличение скорости прецессии гироскопа, а следовательно, режим форсирования коррекции (книга Г.О.Фридлиндера и М.С.Козлова. Авиационные гироскопические приборы, М., 1961, стр.148-149).

Однако не обнаружено применения указанных признаков в заявляемой совокупности с другими признаками для достижения указанного технического результата, следовательно, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлен гироскопический датчик крена - прототип.

На фиг.2 - электрокинетическая схема заявляемого гироскопического датчика крена.

Гироскопический датчик крена содержит гиромотор в кардановом подвесе, жидкостные маятниковые датчики 2, 3, коррекционные двигатели 4, 5, гасящие регулировочные резисторы 6, 7, программируемые таймеры 8, 9, исполнительные реле 10, 11, контакт 12 исполнительного реле 10 и контакты 13, 14 исполнительного реле 11.

Гироскопический датчик крена работает следующим образом:

При включении питания одновременно запитываются обмотки гиромотора 1, обмотки возбуждения коррекционных двигателей 4, 5, таймеры 8, 9, центральные контакты ДЖМ 2, 3. При этом гиромотор начинает разгоняться, таймеры 8 и 9 запитывают управляющие обмотки реле 10, 11, которые срабатывают и контакт 12 исполнительного реле 10 отключает цепь питания управляющих обмоток коррекционных двигателей 4, 5, а контакты 13, 14 реле 11 шунтируют регулировочные резисторы 6, 7. В результате в начальный момент подачи питающего напряжения гиромотор набирает обороты, а горизонтальная коррекция отключена. Коррекция включится, когда сработает первый программируемый таймер 8, который отключит управляющую обмотку реле 10, которое своим размыкающим (нормально замкнутым) контактом 12 подключит питание на управляющие обмотки коррекционных двигателей 4, 5. Время срабатывания первого таймера 8 выбирается из расчета 5-10 сек, за которые гиромотор может набрать достаточное количество оборотов, при которых его стабилизирующий момент не вызывает автоколебания гироузла при действии повышенных восстанавливающих моментов коррекционных двигателей 4, 5. Так как регулировочные резисторы 6, 7 в цепях управляющих обмоток коррекционных двигателей 4, 5 были зашунтированы контактами 13, 14 реле 11, коррекционные двигатели развивают повышенный восстанавливающий момент, под действием которого будет проходить ускоренное восстановление оси гиромотора в вертикаль места. Время действия повышенного восстанавливающего момента определяется настройкой таймера 9 из условия достаточности для обеспечения времени готовности датчика крена, которое ограничено, как правило, временем выхода гиромотора в номинальный режим работы. Например, время готовности серийного датчика крена 1Б14 должно быть не более 2 мин, так как применяемый в нем гиромотор ГМА-4 номинальную частоту вращения набирает через 2 мин. Таким образом, таймер 9 настраивают на время срабатывания, не превышающее требования по времени готовности (в нашем примере 2 мин), но достаточное для выхода оси гиромотора в вертикаль места.

Экспериментально установлено, что форсированного режима работы коррекции при углах прокачки рам карданова подвеса до 35° достаточно ˜1 мин. После срабатывания второго таймера 9 отключается второе исполнительное реле 11 и контакты 13, 14 размыкаются, обеспечивая номинальный режим работы горизонтальной коррекции.

Таким образом, применение режима отключения горизонтальной коррекции датчика крена в момент запуска (обеспечено размыкающим контактом 12 реле 10) на время, достаточное для набора гиромотором оборотов, исключающих автоколебания под действием повышенных восстанавливающих моментов (обеспечено настройкой таймера 8) и последующее применение форсированного режима (обеспечено замыканием контактов 13, 14 реле 11) в течение времени, необходимого до выхода гиромотора в вертикаль, но не превышающего времени готовности (обеспечено настройкой таймера 9), полностью исключает автоколебания гироузла и обеспечивает достаточный технологический запас по времени готовности прибора.

Опытные образцы приборов прошли комплекс испытаний, результаты положительные.

Изобретение относится к гироскопической технике и может быть использовано в гироскопических приборах для стабилизации вертикального направления. В датчик крена, содержащий гироскоп в кардановом подвесе и систему горизонтальной коррекции с коррекционными двигателями и жидкостными маятниковыми датчиками, центральные контакты которых подключены к одной из фаз питающего напряжения, а выходные - ко входам соответствующих обмоток управления коррекционных двигателей, средние точки обмоток управления соединены через регулировочные резисторы с другой соответствующей фазой питающего напряжения, дополнительно введены два программируемых таймера и два исполнительных реле, при этом управляющая обмотка первого исполнительного реле соединена с выходом первого таймера, а второго реле - с выходом второго таймера, размыкающий контакт первого реле подключен последовательно с регулировочными резисторами, а замыкающие контакты второго реле подключены параллельно соответствующим регулировочным резисторам, а входы таймеров подключены к фазам питающего напряжения. Техническим результатом является исключение автоколебаний гироузла датчика крена без подбора жидкостных маятниковых датчиков или их разворота и уменьшение времени готовности датчика крена. 2 ил.

Гироскопический датчик крена, содержащий гиромотор в кардановом подвесе и систему горизонтальной коррекции с коррекционными двигателями и жидкостными маятниковыми датчиками, центральные контакты которых подключены к одной из фаз питающего напряжения, а выходные - ко входам соответствующих обмоток управления коррекционных двигателей, средние точки обмоток управления соединены через регулировочные резисторы с другой соответствующей фазой питающего напряжения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены два программируемых таймера и два исполнительных реле, при этом управляющая обмотка первого исполнительного реле соединена с выходом первого таймера, а второго реле - с выходом второго таймера, размыкающий контакт первого реле подключен последовательно с регулировочными резисторами, а замыкающие контакты второго реле подключены параллельно соответствующим регулировочным резисторам, а входы таймеров подключены к фазам питающего напряжения.