ГИРОСКОПИЧЕСКИЙ ПРИБОР Советский патент 1934 года по МПК G01C19/44 

Предлагаемое изобретение относится к гироскопическим искусственным горизонтам и особенно применимо для приборов, служащих для определения вертикального направления или в качестве искусственных горизонтов для летательных аппаратов, где такие приборы полезны, как указатели направления, показаниями которых летчик может руководствоваться ночью и в тумане, а также для получения базиса для автоматического полета или для стабилизации самолета. Такие приборы должны совмещать простоту и легкость с точностью при всех условиях поворота, виража и даже при делании петли. Авторы нашли, что маятниковые гироскопы непригодны для указанных целей, так как при повороте и прочих маневрах, вызывающих ускорение маятника, сообщается качательное движение, не прекращающееся в течение некоторого времени. По этой причине в настоящем предложении применен не маятниковый гироскоп с таким регулированием, которое непосредственно уменьшает наклонение, не вызывая качаний. Однако, для полного достижения указанной цели необходимо сконструировать регулировочное приспособление так, чтобы действие его не усиливалось пропорционально наклону и, предпочтительно, понижалось бы, когда наклонение гироскопа относительно этого прибора превышает заданную величину. При отсутствии такого приспособления правильность работы гироскопа будет нарушаться при поворотах и гироскоп не будет оставаться в истинном вертикальном положении.

В соответствии с назначением предлагаемого изобретения усовершенствован также индикаторный орган прибора, так что летчик может делать мертвую петлю, не нарушая установки гироскопического органа.

На чертеже фиг. 1 представляет горизонтальный разрез гироскопического искусственного горизонта по линии 1-1 фиг. 2; фиг. 2 - вертикальный разрез того же прибора по линии 2-2 фиг. 1; фиг. 3 - разрез выпрямляющего приспособления, представляющего собой несколько видоизмененную форму такого же приспособления, показанного на фиг. 2; фиг. 4 - вид спереди выпрямляющего приспособления, показанного на фиг. 2 и 3; фиг. 5 - вид спереди видоизмененной формы выполнения выпрямляющего приспособления; фиг. 6 - вид спереди другой видоизмененной формы выполнения выпрямляющего приспособления; фиг. 7 - вид спереди предпочтительной формы выполнения выпрямляющего приспособления; фиг. 8 - вид сбоку гироскопического органа, показывающий, как волчок управляет указателем горизонта; фиг. 9 - вид прибора спереди; фиг. 10 - вид сбоку, частично в разрезе, видоизмененной формы выполнения, в которой выпрямление и затухание колебаний достигается непосредственно при помощи воздушного привода; фиг. 11 - деталь одной из планок или перегородок.

Гироскопический орган монтирован в кожухе 1 с передним окном 2, через которое виден стержень 3 искусственного горизонта. Этот стержень монтирован на длинном рычаге 4, поворачивающемся вокруг оси 5 и уравновешенном грузом 6. В рычаге 6 имеется прорез 7, через который выступает штифт 8, прикрепленный к коробке 9 гироскопа, так что когда эта коробка наклоняется относительно наружного кожуха или когда самолет поворачивается вокруг гироскопа, стержень 3 перемещается соответственно кажущемуся перемещению горизонта вверх и вниз относительно нарисованного на стекле указателя маленького самолета 10. Подвес 12 подвешен на горизонтальной оси 13-14 в кожухе 1, а внутри этого подвеса поворачивается вокруг горизонтальной оси 15-16 коробка гироскопа. Штифт 8 закреплен на плече 16′ на цапфе 16, причем положение этих частей при пикировании самолета показано пунктирными линиями на фиг. 8.

Диск жироскопа 19 приводится в движение при помощи одного или нескольких воздушных сопел 17-18, хотя, конечно, можно применять и любой другой способ привода. В показанной форме выполнения для привода применяется давление ниже атмосферного, и воздух непрерывно выкачивается из кожуха 1 через патрубок 20 для шланга. Воздух под атмосферным давлением подается к соплам через сетку 12′ и каналы 14′, проходящие через цапфу 14 подвеса, через полый подвес 12 и цапфу 15 в полую коробку гироскопа, откуда воздух выходит через сопла 17-18 на диск гироскопа. Весь гироскоп с его коробкой уравновешивается вокруг обеих горизонтальных осей. Для компенсирования погрешностей из-за трения на цапфах можно расположить центр тяжести на очень незначительную величину ниже точки опоры, но точка опоры настолько близка к центру тяжести, что прибор не имеет собственного периода колебаний.

Для удерживания гироскопа в вертикальном положении использована реакция воздуха, применяемого для привода ротора, благодаря чему при наклонении гироскопа на него действует сила, стремящаяся повернуть его вокруг оси, перпендикулярной к оси наклона и непосредственно устраняющая наклонение. При выполнении в формах, показанных на фиг. 1-7, этот воздух служит после его использования для привода ротора. Для этой цели воздуху дают выходить из коробки гироскопа через несколько главных отверстий 21-21′, 22-22′, оси которых параллельны осям подвеса в обоих направлениях. Эти каналы нормально, по меньшей мере частично, открыты. Для регулирования струй воздуха применяется несколько маятниковых кранов или планок 23, 23′, 24, 24′, каждая из которых обычно занимает такое положение, что она приходится рядом с соответствующим отверстием или частично закрывает его. До тех пор, пока все маятники вертикальны, через каждый из каналов воздух выходит в одинаковом количестве так, что гироскоп не испытывает реакции. При относительном наклоне гироскопа и маятников, например, в направлении часовой стрелки (фиг. 4) планка 24, очевидно, совершенно откроет отверстие 22, а противолежащая планка закроет противолежащее отверстие 22′. Вследствие этого получится вращающий момент вокруг оси 15-16 подвеса гироскопа, вызванный наклоном гироскопа вокруг оси 13-14. Противолежащие маятники (планки) связаны друг с другом стержнями 25-25′ (фиг. 3).

Описанное приспособление оказывается не вполне удовлетворительным на самолетах, выполняющих быстрые маневры, а потому необходимо предусмотреть приспособление, компенсирующее или понижающее упомянутый выше вращающий момент, когда наклон превышает некоторую заданную величину. Для этой цели применяются. показанные на фиг. 2, 3 и 4 четыре вспомогательных отверстия 26-26′; расположенные на небольшом расстоянии от планок (маятников) для главных отверстий. При указанных выше условиях, после открытия отверстия 22, вспомогательное отверстие 26 на противолежащей стороне также будет открыто, причем сечение этого отверстия меньше сечения отверстия 22. Таким образом эффективный вращающий момент при большом наклоне понижается, что значительно понижает мешающее действие на гироскоп.

Форма выполнения экранирующей планки показана на фиг. 7. При такой планке, на каждой стороне достаточно одного отверстия 22. Эта планка имеет такие очертания, что при чрезмерном наклоне, например, в направлении часовой стрелки (фиг. 7), часть отверстия 22′ на стороне, противолежащей отверстию 22, будет открыта, когда срезанная часть 30 планки за планкой 24 окажется над этим отверстием. Эта срезанная часть откроет отверстие 22 сперва приблизительно только наполовину так, что противодействующий вращающий момент будет меньше первичного вращающего момента. При дальнейшем наклоне, если таковой будет иметь место, не срезанный край 31 планки откроет отверстие вполне, так что эффективный выпрямляющий вращающий момент будет практически устранен.

Вместо воздуха, использованного для привода, можно применять для получения выпрямляющего вращающего момента непосредственно реакцию служащих для привода воздушных струй. Такая форма выполнения показана на фиг. 10. Здесь применяются несколько расположенных друг над другом сопел 32-33 и 32′-33′ для получения вращающего момента вокруг двух или по меньшей мере одной осей гироскопа. Сопла каждой пары расположены на равном расстоянии от точки опоры. Диск гироскопа снабжен соответствующими удлиненными или сдвоенными ковшами или лопастями 19′. Между каждой парой сопел и диском гироскопа монтирована маятниковая часть, показанная на чертеже в форме планки или экрана 34-34′, причем каждая планка монтирована на штифте 35, лежащем в той горизонтальной плоскости, что и оси подвеса. Один край 36 каждой планки приходится у пары сопел. При выполнении, согласно фиг. 10, планки сделаны маятниковыми посредством грузов 37′ на их нижнем конце. Каждый край планки тангенциален к круговым струям воздуха, так что когда гироскоп находится в вертикальном положении, струи не действуют на планку. При наклонном положении гироскопа на планку будет более или менее действовать та или другая струя воздуха. Часть струи воздуха, которая действует на планку, дает гораздо большую реакцию в горизонтальном направлении, чем когда она действует на быстро вращающийся диск гироскопа. Благодаря этому получается вращающий момент вокруг горизонтальной оси гироскопа перпендикулярно к оси наклона. При опрокидывании в противоположном направлении планка будет перехватывать другую струю, и вращающий момент будет иметь противоположное направление.

Чтобы понизить этот вращающий момент для наклона, превышающего некоторую заданную величину, в показанной на чертеже форме выполнения, противоположный край каждой планки снабжен, треугольными вырезами 37-38. Сечение этих вырезов у их внутреннего конца значительно меньше сечения струи, так что только часть струи может пройти мимо планки, остальная же часть струи будет действовать на планку. Однако, по мере качательного перемещения планки количество воздуха, проходящего через вырез, постепенно увеличивается, так что выпрямляющая сила постепенно уменьшается. При двух маятниковых планках, смещенных одна относительно другой на 90°, можно получать вращающий момент вокруг любой из обеих осей гироскопа в зависимости от оси наклона.

При видоизмененной форме выполнения, показанной на фиг. 5, в качестве маятников применяются грузы 40, поддерживаемые плоскими пружинами 41, верхний конец которых приклепан к неподвижным колодкам 42, причем призматические края 43 работают совместно с прорезами 22.

Плоские пружины 41 сделаны довольно гибкими, чтобы не мешать движениям маятниковых грузов, причем пружины служат, главным образом, подвесами, вокруг которых могут поворачиваться грузы.

При выполнении по фиг. 6 над главными отверстиями 21-22 помещаются вспомогательные отверстия 40, расположенные на несколько большем расстоянии от рабочего края планки, чем главные. Таким образом, при незначительном наклоне, открывается, например, только отверстие 22, но при более значительном наклонении откроется также и отверстие 40. Благодаря этому вращающий момент вокруг горизонтальной оси понижается, так как воздух выходит тогда свободнее и с меньшей скоростью, чем при открывании только одного отверстия. При выполнении предмета изобретения в этой форме, а также в формах, показанных на фиг. 2-4, достигается, кроме того, ускорение диска гироскопа в случае чрезмерного наклонения. Изменение скорости диска в этот момент выгодно также и потому, что оно изменяет гироскопическую реакцию и период и препятствует возникновению колебательного движения.

1. Гироскопический прибор, предназначенный для применения в качестве указателя или базиса для летательных аппаратов и состоящий из гироскопа, монтированного с возможностью качания вокруг горизонтальной оси и имеющего вертикально вращающуюся ось, отличающийся тем, что в нем применено приспособление для ослабления, по мере увеличения наклона, выпрямляющего вращающего момента, действующего на гироскоп при небольшом отклонении его относительно известной уже маятниковой заслонки, служащей для регулирования источника энергии, вызывающего этот момент.

2. Форма выполнения гироскопического прибора по п. 1, отличающаяся тем, что приспособление для понижения эффективности вращающего момента, вызываемого струями воздуха, состоит из вспомогательных отверстий 26 и 26′ малого диаметра, расположенных против маятниковых заслонок в непосредственной близости от главных отверстий 21 и 21′.