ВЙВЛЙОТЕГСА Советский патент 1966 года по МПК G01C23/00 

Для определения положения движущегося объекта в пространстве без видимости земных или небесных ориентиров неоднократно предлагались инерционные интеграторы ускорений.

Ни одно из предложений не могло быть применено на практике ввиду отсутствия искусственного горизонта достаточной точности, на который можно было бы поставить измеритель ускорений (акселерометр). При точности горизонтальной площадки, на которой расположен акселерометр, в несколько угловых миliyT, интегратор ускорений накапливает ощибку, быстро растущую со временем, что делает прибор негодным для поставленной цели.

Применявшиеся до сих пор указатели горизоита, основанные на использовании физических маятников, гиромаятников или гироскопов с маятниковой коррекцией, подвержены возмущениям при длительном действии ускорений нодвижиого объекта.

Известно, что физический маятник, имеющей период в 84 минуты, не чувствителен к ускорениям точки опоры на земной сфере, но такой физический маятник практически осуществить невозможно. Известно также применение принципа 84-минутной настройки к гиромаятнику и гирокомпасу.

независимо от действия тела, подверженного силе тяжести, следил за вертикалью, в него введены интегратор сигиалов акселерометра и датчики моментов, на которые поступают сигналы с интегратора. При этом направление оси гироскопа нзменяется пропорционально скорости перемещения по данной поверхности.

В приборе применен гироскопический маятник с периодом 84,4 мин.

Прибор обеспечивает измерение компонент путевой скорости и одиовремеино указывает ноложение истинной вертикали на движущемся объекте но принципу 84-минутного маятника.

Принцип действия устройства для частного случая движений точки опоры О в одной вертикальной плоскости Я при условном отсутствии вращения Земли.

Свободный г1-1роскоп располагают так, чтобы ось его ротора (вектор собственного кинетического момента Л) лежала в плоскости/7; акселерометр, находящийся в точке О, связывают с гироскопом неизменно так, чтобы

ось его чувствительности лежала в плоскости Я и в исходном положении была горизонтальна; к гироскопу прикладывают момент, вектор М которого в плоскости П, перпендикулярен вектору Л и по величине опрегде iK - радиус земли; М - величина приложенного к гироскопу момента; N - величина кинетического момента гироскопа; Р - показание акселерометра, равное проекции на его ось чувствительности равнодействующей ускорения силы тяжести и ускорения движения точки О; положительным считаем показание при положительном наклоне на неподвижном основании. Направление вектора момента должно быть таким, чтобы при неподвижной точке О приводить акселерометр из случайно наклоненного положения кратчайшим путем к горизонтали. При этих условиях поведение системы определяется соотношениями 1-4, в которых дополнительно обозначено: м - ГРЛ(1) P :g-slnO Wcose(2) 1 zn ш N R - - (lFco30 gsine)d/ R w f s. . , . , . - -cos sin 0; - Rdt dt dt ; + smO + --(l-cosO): df RR - угловая скорость прецессии где CO гироскопа под воздействием момента М; Р - угол, образованный текущей вертикалью движущейся точки О с начальным полол ением вертикали этой точки,при движении в плоскости Я вправо; в - угол отклонения оси чувствительности акселерометра от текущей горизонтали в плоскости Я по часовой стрелке; а р+в- угол отклонения оси чувствительности акселерометра от начальной горизонтали; W - горизонтальная составляющая ускорения движения точки О в плоскости Я; положительное направление вправо; g - направленная вниз удельная сила тял :ести, исправленная на величину вертикальной составляющей ускорения движения точки О. Выражение (4) определяет положение оси чувствительности акселерометра по отношению к истинной горизонтали при произвольных движениях точки О в вертикальной плоскости, фиксированной в пространстве. Из уравнения (4) видно, что если первоначально установить угол в равным нулю, то ускорения точки опоры не могут вызвать возмущений системы, т. е. ось чувствительности акселерометра останется постоянно горизонтальной. Будучи выведена случайными внутренними силами из положения равновесия на малый угол 0(,rsln Op, система получит весьма медленные колебания относительно истинной горизонтали, подобно физическому маятнику с большим периодом; на поверхности Земли период будет равен 2- у - 84 мин. Практически плоскость Я можно фиксировать с помощью какого-либо компаса; такая географическая ориентировка вместо теоретически необходимой инерциональной ориентировки допустима, за исключением полярных областей земного шара. Вращение Земли может быть скомпенсировано ностоянным моментом, приложенным к гироскопу. Перемещения точки опоры по поверхности земного шара в направлении, перпендикулярном плоскости Я, допустимы;влияние ускорений Кориолиса считается малым. Вертикальный подъем и опускание будет нарушать настройку системы, но в весьма малой степени, так как связанное с изменением высоты изменение величины R весьма мало, особенно для морского корабля. Аналогичным способом можно сохранить постоянную горизонтальность второго акселерометра, ось чувствительности которого перпендикулярна первой плоскости Я. Система, включающая два акселерометра, показывает положение плоскости истинного горизонта. Одновременно показания интеграторов выражают проекции путевой скорости судна на стабилизированные азимутальные направления. На чертеже показана схема прибора. Прибор содержит площадку /, несущую два акселерометра с взаимно перпендикулярными осями чувствительности, подлежащими постонной стабилизации по горизонту и азимуту, гирогоризонт 2, представляющий собой своодный гироскоп с осью ротора, ориентироанной по вертикали, с двумя задатчиками упавляющих моментов, оси которых образуют осью ротора прямоугольный трехгранник, и ирокомпас 3.

задатчиков моментов гирогоризопта и ориентированы в азимуте с помощью гирокомпаса 5.

Гиродвигатель, поддерживающий постоянное вращение ротора гирогоризонта, а также средства начальной установки оси ротора по вертикали и средства компенсации влияния вращения Земли на чертеже не показаны.

Акселерометр состоит из массы 4, пружины 5 и дифференциального емкостного датчика смещений 6, подключенного через усилитель 7 к интегратору 8. К выходу интегратора 8 подключены указатель скорости 9, вторичный инт тегратор 10 с указателем пути //, а также электромагнитный задатчик момента 12 по соответствующей оси подвеса гирогоризонта 2.

Вертикальный гироскоп гирогоризонта 2 помещен в гиросферу 13, плавающую в токопроводящей жидкости, которая заполняет следящую сферу, как в известном гирокомпасе фирмы «Анщютц.

Система синхронной передачи угла по одной горизонтальной оси состоит из контакта 14 на гиросфере 13, двух контактов 15 и 16 на следящей сфере, дифференциального трансформатора 17, усилителя 18, исполнительного двигателя 19, синхронного генератора (датчика) 20, синхронных двигателей (приемников) 21, 22 и редукторов 24, 25, 26, 27. К датчику 20 подключен также репитер-указатель горизонта 23.

Для координирования и регистрации движения по второй горизонтальной оси имеется, второй комплект приборов, повторяющий приборы, пронумерованные от 1 до 27.

Для передачи азимутальных углов от гирокомпаса 3 имеется аиалогичная система, содержащая дифференциальный трансформатор 28, усилитель 29, исполнительный двигатель 30, генератор-датчик 31, репитер компаса 32, двигатель-приемник 33, редуктор 34-35. Передача азимутальных углов к следящей сфере гирогоризонта на чертеже не показана.

Вместо гироскопического компаса можно применить магнитный, со сглаживанием колебаний нромежуточным гироскопом.

Подвес гироскопа в жидкости и конструкция задатчиков момента могут быть заменены

другими конструкциями, дающими соответствующие результаты.

Описанная система связи площадки акселерометров с гирогоризонтом может быть заменена какой-либо другой электрической, механической или иной синхронной связью, поддерживающей перпендикулярность плоскости осей чувствительности акселерометров к оси ротора гироскопа.

Интеграторы могут находиться на одной площадке с акселерометрами или быть дистанционно связаны с ними.

Интеграторы показывают путевую скорость подвижного объекта, ориентированную поотношению к меридиану.

Счислитель нути определяет компоненты путн, пройденного по земной поверхности или по сфере, концентричной с земной. Погрешность Б ноказаниях пути соответствует конечной

ошибке в -положении гироскопа, определяюH iero вертикаль места. При неточной начальной установке акселерометров по вертикали эта ошибка не растет бесконечно по времени, а имеет колебательный характер.

Предмет изобретения

1.Навигационный прибор для регистрации пройденного пути и скорости для аэропланов

и других движущихся платформ, указывающий приблизительную вертикаль, снабженный гироскопом, находящимся под действием тела, подверженного действию силы тяжести, и присиособлениями для облегчения гироскопу следования за вертикалью, отличающийся тем,

что для того, чтобы гироскоп независимо от

действия тела, подверженного силе тяжести,

следил за вертикалью, введена система иитегратор-задатчик момента в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, рассчитанная, так, чтобы измеиение иаправления оси гироскопа происходило пропорционально скорости перемещения по данной поверхности, причем

коэффициент пропорциональности выбран соответственным расчетом.

2.Прибор по п. 1, отличающийся тем, что в нем применен гироскопический маятник с иериодом 84,4 мин.