СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ДИАПАЗОНА УГЛОВ ПОВОРОТА ИЗДЕЛИЯ ОТНОСИТЕЛЬНО ГИРОСТАБИЛИЗИРОВАННОЙ ПЛАТФОРМЫ, УСТАНОВЛЕННОЙ НА ИЗДЕЛИИ В КАРДАННОВОМ ПОДВЕСЕ Российский патент 2015 года по МПК G01C21/24 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при разработке ракетных и самолетных инерциальных систем управления с применением гиростабилизированных платформ (ГСП), установленных в кардановом подвесе на изделии.

Основу систем управления составляет комплекс командных приборов (ККП) с применением трехосных ГСП, на которых расположены чувствительные элементы (ЧЭ) (акселерометры и гироблоки). На осях трехосного подвеса установлены двигатели силовой стабилизации (ДС) ГСП и датчики углов (ДУ), по информации которых определяется угловая ориентация изделия относительно системы координат, связанной с ГСП. По информации ККП можно определить угловую ориентацию и линейное перемещение центра масс изделия относительно инерциального пространства.

Ориентацию системы координат OX_PY_PZ_P, связанной с ракетой, относительно системы координат OXYZ, связанной с ГСП, принято определять через «ракетные» углы φ_P, ψ_P, υ_P, которые называются углами азимута, крена и тангажа.

Последовательность поворота φ_P→ψ_P→υ_P показаны на фиг.1а, а кинематическая схема карданова подвеса с ДУ и ДС показана на фиг.1б.

Ориентацию системы координат OX_CY_CZ_C, связанной с самолетом, принято определять через «самолетные» углы ψ_C, υ_C, φ_C, которые называются углами рыскания, тангажа и крена.

Последовательность поворотов ψ_C→υ_C→φ_C показана на фиг.2а. Кинематическая схема карданова подвеса с ДУ и ДС показана на фиг.2б.

Углы поворота изделия (ракеты, самолета) вместе с кардановым подвесом относительно ГСП вокруг внутренней оси подвеса (ось азимута для «ракетных» и ось рыскания для «самолетных» углов), а также вокруг наружной оси подвеса (ось тангажа для «ракетных» и ось вращения для «самолетных» углов) практически не ограничены и могут изменяться в диапазоне ±360°. Углы разворота изделия по промежуточной оси подвеса (ось крена для «ракетных» углов и ось тангажа для «самолетных» углов) ограничены и не должны превышать пределов ±70° от исходного «нулевого» положения вследствие эффекта «сложения рам».

При «сложении рам» оси двигателей стабилизации ГСП, установленные на внутренней и наружной осях трехосного подвеса, складываются, и ГСП выходит из строя, а угловая ориентация изделия не может быть определена.

Для увеличения диапазона рабочих углов поворота ЛА относительно инерциального пространства используется четырехосный подвес. В известных схемах четырехосных подвесов «для нормального функционирования ГСП при любых эволюциях ЛА вводят дополнительную следящую раму (ДР), ось вращения которой в исходном положении совпадает с осью средней рамы ГСП. Однако даже при введении ДР существуют такие маневры ЛА, при которых может произойти нарушение нормальной работы ГСП.» (Индикаторные гироскопические платформы. Под редакцией д-ра техн. наук, проф. А.Д. Александрова. М., Машиностроение. 1979 г. - Стр.9).

Предлагаемый способ позволяет избежать этих недостатков и увеличить углы поворота вокруг всех трех осей поворота изделия: продольной (ось вращения), поперечной (ось тангажа) и вертикальной (ось рыскания или азимута) путем автоматического перевода трехосного карданова подвеса из режима работы с «ракетными» углами ориентации изделия относительно ГСП в режим работы трехосного карданова подвеса с «самолетными» углами ориентации изделия, а также обратного перехода от «самолетных» углов к «ракетным» углам необходимое количество раз.

При этом не изменяется съем информации с датчиков углов, установленных на осях карданова подвеса. Не изменяется и работа системы силовой стабилизации ГСП. Это достигается тем, что двигатель механизма поворота рам (ДМР) карданова подвеса, имеющий редуктор с пониженной передачей, для перехода от «ракетных» углов к «самолетным» и обратно устанавливают на дополнительной наружной раме (HP) карданова подвеса, который разворачивают кратковременно (1-2 с) относительно ЛА на угол θ₄ от нуля до ±90° и обратно от ±90° и до нуля. Других особых требований к двигателю ДМР не предъявляется. Угол поворота дополнительной рамы ограничен. Эта рама может иметь различное конструктивное исполнение, минимизирующее вес и габариты прибора.

После поворота рам через редуктор с пониженной передачей ДМР работает в режиме торможения (отключен), а четырехосный подвес продолжит работать как трехосный, не меняя связи между гироблоками ГСП и двигателями стабилизации, установленными на осях трехосного подвеса.

Схема карданова подвеса для автоматического перевода трехосного подвеса из режима работы с «ракетными» углами в режим работы с «самолетными» углами и обратно показана на фиг.3.

На фиг.3 дополнительная (четвертая) рама является наружной рамой карданова подвеса ГСП. Ось вращения дополнительной рамы устанавливают коллинеарно вертикальной оси ЛА. При неработающем двигателе ДМР в исходном положении, когда угол θ₄=0, четырехосный подвес превращается в трехосный подвес с «ракетными» углами с признаком «ракета», при этом наружная ось полученного трехосного подвеса совпадает с поперечной осью изделия (ось тангажа изделия).

Этот трехосный подвес имеет «неграничные» углы прокачки по внутренней (азимутальная ось) и наружной (тангажная ось) осям карданова подвеса и имеет ограниченный угол прокачки по промежуточной оси, которая совпадает с осью вращения изделия.

Если требуется большой угол поворота изделия вокруг продольной оси, то надо развернуть дополнительную раму вокруг вертикальной оси (ось OY_H) на 90° против или на -90° по часовой стрелке. Тогда ось OZ₃ совпадет с продольной осью ОХ_И изделия, и при неработающем двигателе ДМР четырехосный подвес превратится в трехосный подвес с «самолетными» углами с признаком «самолет». Этот трехосный подвес допускает «неограниченный» поворот вокруг внутренней (ось рыскания) и наружной (ось вращения) изделия и ограниченный угол прокачки вокруг промежуточной оси подвеса (ось тангажа изделия).

При обратном повороте дополнительной рамы вокруг вертикальной оси на угол 90° против или на -90° по часовой стрелке трехосный подвес с «самолетными» углами с признаком «самолет» снова превращается в трехосный подвес с «ракетными» углами и признаком «ракета».

При переходе от «ракетных» углов к «самолетным» углам и обратно необходимо иметь в виду, что также меняются местами ограничения на разворот изделия вокруг осей «вращения» и «тангажа».

Переход от «ракетных» углов к «самолетным» и обратно должен осуществляться, когда углы по тангажу и вращению одновременно не превышают пределов ±70°. Процесс перехода осуществляется за время не более 1-2 с. На дополнительной оси подвеса установлен датчик угла ДУ θ₄, который фиксирует переход от «ракетных» углов к «самолетным» и обратно автоматически, и при развороте сохраняется информация об угловом положении изделия относительно ГСП.

Двигатели силовой стабилизации работают в прежнем режиме. «Автоматическое» преобразование сигналов с датчиков углов прецессии ГСП на двигатели ДС происходит через синусно-косинусный преобразователь угла, который обычно устанавливают на внутренней оси трехосного карданова подвеса, или такое преобразование может осуществляться в вычислительном устройстве.

При выключенном двигателе ДМР на углах θ₄=0° и θ₄=±90° для повышения надежности наружная ось трехосного гиростабилизатора должна быть зафиксирована относительно корпуса прибора.

Таким образом, предлагаемый способ увеличения диапазона углов поворота изделия относительно ГСП, установленной на изделии в кардановом подвесе, имеет отличительную особенность в том, что трехосный карданов подвес с «ракетными» углами ориентации изделия относительно ГСП, когда недостаточны углы прокачки вокруг продольной оси изделия, по сигналу от вычислительного устройства на двигатель механизма разворота автоматически переводят из режима работы с «ракетными» углами ориентации изделия относительно ГСП в режим работы трехосного карданова подвеса с «самолетными» углами ориентации изделия, а также обратно переводят из режима работы с «самолетными» углами в режим работы с «ракетными» углами, когда необходимы большие углы прокачки вокруг поперечной оси изделия, для этого наружную ось трехосного подвеса устанавливают в дополнительную рамку, которую с помощью двигателя механизма разворота поворачивают вокруг вертикальной оси изделия на угол θ₄ от нуля до ±90° и обратно от ±90° до нуля необходимое число раз. Угол поворота определяют по показаниям датчика угла, который устанавливают на оси дополнительной рамы.

При неработающем двигателе ДМР в положении, когда угол θ₄=0, четырехосный подвес работает в режиме трехосного подвеса с «ракетными» углами и признаком «ракета», наружная ось полученного трехосного подвеса совпадает с поперечной осью изделия, а подвес имеет ограниченный угол прокачки по оси вращения изделия и неограниченные углы прокачки по двум другим осям изделия.

При неработающем двигателе ДМР, когда угол θ₄=±90°, четырехосный подвес работает в режиме трехосного подвеса с «самолетными» углами с признаком «самолет», наружная ось полученного трехосного подвеса совпадает с продольной осью изделия, а подвес имеет ограниченный угол прокачки по оси тангажа и неограниченные углы прокачки по двум другим осям.

Техническими результатами предлагаемого способа являются:

- совмещение в одном приборе функций двух приборов: определение «ракетных» и «самолетных» углов ориентации изделия, используя предлагаемый механизм разворота рам карданова подвеса;

- улучшение технических характеристик изделия: повышение маневренности изделия, экономия энергетики;

- простая схема переключения прибора из режима работы с «ракетными» углами в режим работы с «самолетными» углами и обратно;

- стабилизация ГСП не изменяется и работает в режиме трехосного стабилизатора.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах навигации подвижных объектов, например летательных аппаратов. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого относительно гиростабилизированной платформы (ГСП), установленной на изделии в кардановом подвесе, обеспечивают увеличение углов поворота вокруг продольной, поперечной и вертикальной осей изделия за счет автоматического перевода трехосного карданова подвеса по сигналам от вычислительного устройства из режима работы с «ракетными» углами в режим работы с «самолетными» углами и обратно на заданное (требуемое) число раз с помощью двигателя механизма разворота (ДМР), установленного на дополнительной наружной раме карданова подвеса ГСП. При этом ось вращения дополнительной рамы относительно летательного аппарата (ЛА) устанавливают коллинеарно вертикальной оси ЛА. 3 ил.

Способ увеличения диапазона углов поворота изделия относительно гиростабилизированной платформы (ГСП), установленной на изделии в кардановом подвесе, отличающийся тем, что трехосный карданов подвес с «ракетными» углами ориентации изделия относительно ГСП, когда недостаточны углы прокачки вокруг продольной оси изделия, по сигналу от вычислительного устройства автоматически переводят из режима работы с «ракетными» углами ориентации изделия относительно ГСП в режим работы трехосного карданова подвеса с «самолетными» углами ориентации изделия, а также обратно переводят из режима работы с «самолетными» углами в режим работы с «ракетными» углами, когда необходимы большие углы прокачки вокруг поперечной оси изделия, для этого наружную ось трехосного подвеса устанавливают в дополнительную раму, которую с помощью двигателя механизма разворота поворачивают вокруг вертикальной оси изделия на угол θ₄ от нуля до ±90° и обратно от ±90° до нуля необходимое число раз, угол поворота определяют по показаниям датчика угла, который устанавливают на ось дополнительной рамы.