Основные элементы конструкции ВК-53

1. Гироскопический узел

2. Система задержки времени

 

Гироскопический узел

Основной элемент – гиромотор – ГМА-4П. 3-х фазный асинхронный двигатель. Статор находится внутри ротора. Рамкой гироскопа служит корпус гиромотора.

Система задержки времени

Электродвигатель ДиД-0,5 с редуктором

Потенциометр

Выключатель со щетками (контактный диск)

Коллектор со щетками.

 

ДиД-0,5 (5) – двухфазный асинхронный индукционный двигатель.

Принцип действия основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, создаваемого статором с вихревыми токами, наведенными этим полем в роторе. ОW постоянно включена между фазами II и III, ОУ4 между фазами I-III, а ОУ6 между фазами III-I, или наоборот, в зависимости от направления разворота.

ОУ4 через R одним концом подключена к средней точке делителя U (из 2-х сопротивлений) и подключена фазам I и III.

Вторым концом подключена через щетку, скользящую по контактам панели, к фазам I и III.

ОУ6 соединена со щетками потенциометра 7.

 

Потенциометр (7)

Питание на потенциометр от фаз I и III через балластное сопротивление, для ограничения U подаваемого на потенциометр. Щетки расположены относительно отводов под углом . При отсутствии разворота . На ОУ6 подается .

При появлении ДиД-0,5 разворачивает узел щёток относительно потенциометра 7.

ДиД-0,5 через редуктор вращает вал, на котором закреплены:

1. узел щеток потенциометра 7;

2. контактный диск (выключатель)8;

3. коллектор, который соединяет ОУ6 со щетками потенциометра 7, (нет на схеме).

Связаны с корпусом (неподвижны)

- потенциометр 7

- узел щеток коллектора (нет на схеме)

- узел щеток контактного диска (выключателя).

Контактный диск (выключатель) 8

Контактный диск (выключатель) управляет реле выключателей.

Имеет 4 контактных сектора, 2 диаметрально противоположных сектора закорочены между собой.

При отсутствии щетки контактируют с разомкнутыми между собой секторами.

При наличии контактный диск поворачивается и щетки контактируют с секторами, которые соединены между собой. Таким образом через выключатель питание = I подается на обмотки исполнительных реле РСМ-2, через 2 резистора, включенных параллельно.

Коллектор со щетками

Соединяет ОУ6 со щетками потенциометра 7

Горизонтальный полет

При отсутствии разворота самолета потенциометра 7, поэтому питание на ОУ6 не подается. Щетка контактной ламели расположена на средней части, поэтому питание на ОУ4 не подается. Щетки контактного диска (выключателя) расположены на ламелях, которые не замкнуты.

 

Разворот

Гироузел поворачивается. Щетка 1 сходит с обесточенной средней части контактной ламели. ОУ4 подключается к фазе I или III. Клемма 6 находится под средним потенциалом фаз III и I, так как соединена с делителем U этих фаз.

Благодаря делителю напряжения обмотка управленияОУ4

при подключении клеммы 2 к фазе I будет присоединена последовательно с сопротивлением делителя к фазам I-III и получит напряжение ;

При подключении клеммы 2 к фазе III будет присоединена к фазам III-I и получит ;

Фазы и сдвинуты на . Таким образом ДиД-0,5 при левом развороте будет вращаться в одну сторону, при правом – в другую.

 

При подаче U на ОУ4 возникает вращающий момент на валу ротора, который начинает поворачивать вал и связанный с ним контактный диск 8 относительно щеток и узел щеток относительно потенциометра 7. По мере смещения щеток от среднего положения возникает и будет увеличиваться разность потенциалов т.А и т.В . Это напряжение подается на ОУ6.

ОУ4 и ОУ6 находятся в противофазе, т.е. ампервитки ОУ4 находятся в противофазе к ампервиткам ОУ6.

Когда U на ОУ4 станет равным U ОУ6, двигатель ДиД-0,5 остановится. Щетки контактного диска будут находиться на токоподводящей поверхности диска. Срабатывает реле, контакты которого размыкают цепи систем коррекции.

Прекращение разворота

При прекращении гироскопический момент исчезает. Пружины ставят гироскоп в исходное положение, а связанная с ним щетка контактной ламели устанавливается в средней части. ОУ4 обесточивается.

ОУ6 получает питание от щеток потенциометра 7. U ОУ6 противоположно по фазе U ОУ4. Поэтому при прекращении разворота и обесточивании ОУ4 двигатель будет вращаться в обратную сторону под действием U ОУ6, направляя щетки потенциометра 7 к нулевому положению и контактный диск относительно его щеток. Когда щетки перейдут на секторы, которые не закорочены между собой, поступит команда на включение коррекции (контакты реле замкнутся, реле обесточивается).

Использование 3-х степенного гироскопа в качестве авиагоризонта. ++

 

Рассмотрим возможность применения 3-х степенного гироскопа для определения пространственного положения воздушного судна.

Положение ВС относительно плоскости горизонта определяется двумя углами: углом тангажа и углом крена .

Угол тангажа – угол между продольной осью ВС и плоскостью горизонта, отсчитываемый в вертикальной плоскости.

Угол крена – угол поворота ВС вокруг его продольной оси, отсчитываемый от вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось вертолета.

Положение ВС относительно плоскости горизонта можно определить, если на ВС знать направление ИСТИННОЙ ВЕРТИКАЛИ, т.е. линии, проходящей через центр Земли и ВС, и измерить отклонение ВС от этого направления.

Установим 3-х степенной гироскоп на летательный аппарат. Ось собственного вращения Y-Y расположена вертикально. Внешняя ось кардановa подвеса параллельна продольной оси ВС X-X, а внутренняя – направлена параллельно поперечной оси ВС Z-Z.

Поскольку свободный гироскоп стремится сохранить положение своей главной оси в пространстве неизменным, т.е. вертикально, то отклонение продольной и поперечной осей ВС от вертикально расположенной оси гироскопа позволит определить углы крена и тангажа.

Авиагоризонт будет правильно показывать углы крена и тангажа только в том случае, если ось ротора будет занимать строго вертикальное положение. Однако вследствие ряда причин ось ротора гироскопа отклоняется от вертикали.

Основные из них следующие: моменты трения в осях карданова подвеса, вращения Земли и перемещение ВС относительно Земли.

Для определения характера влияния вращения Земли на показания авиагоризонта представим авиагоризонт, расположенный на экваторе. В начальный момент времени главная ось гироскопа направлена по вертикали и перпендикулярна плоскости истинного горизонта, проходящего через т. А. Авиагоризонт покажет угол крена = 0, угол тангажа = 0.

В результате вращения Земли т. А вместе с Землей, например за 6 часов, повернется на 90°; вместе с т. А повернется и самолет, который стоит на Земле неподвижно.

При этом главная ось гироскопа, которая сохраняет свое положение в мировом пространстве неизменным, окажется по отношению к т. А развернутый на 90° и станет параллельна плоскости истинного горизонта. Авиагоризонт покажет угол крена =90°.

Аналогично на работе авиагоризонта сказывается и перемещение ВС относительно Земли.

Установим гироскоп так, чтобы его ось в начале полета была вертикальна и будем выполнять прямолинейный полет.

 

Однако в обычном, “Земном” смысле, это не будет прямолинейный полет. Под прямолинейном полетом в земных условиях понимают полет по дуге постоянного радиуса вокруг центра Земли, т.е. перемещения ВС относительно Земли также вызывает поворот вертикали места, над которым пролетает самолет, в то время как главная ось сохраняет свое положение вертикали относительно мирового пространства.

Как видно из рисунка в начальный момент времени главная ось гироскопа, установленного на ВС, расположена вертикально, и авиагоризонт покажет угол крена=0, угол тангажа =0.

Предположим, в результате прямолинейного полета за какое-то время ВС переместился вт. В. Поскольку главная ось гироскопа стремится сохранить положение в пространстве неизменным, то она оказалась развернутой на 90° по отношению к плоскости истинного горизонта, проходящего через т. В и заняла положение не вертикальное, а горизонтальное, авиагоризонт покажет угол тангажа=90°

Таким образом, по отношению к Земле 3-х степенной гироскоп с вертикально расположенной осью будет менять свое положение, совершая так называемое КАЖУЩЕЕСЯ движение.

Движение называют кажущимся потому, что в действительности не гироскоп меняет свое положение относительно Земли, а Земля перемещается относительно гироскопа, сохраняющего положение своей оси в мировом пространстве неизменным.

Скорость этого кажущегося движения зависит от географической широты места, курса ВС, скорости полета и скорости вращения Земли. Если, например, ВС летит горизонтально со скоростью V=200 км/ч, с истинным курсом=30° на широте =60°, то главная ось гироскопа будет “уходить” по тангажу со скоростью ωz=6.45°/час, а по крену со скоростью ωx =5.5°/час.

Очевидно, что использование одного лишь гироскопа в карданном подвесе недостаточно для правильного измерения углов крена и тангажа. Необходимо такое устройство, которое бы заставило главную ось гироскопа всегда быть перпендикулярной плоскости истинного горизонта, т.е. располагаться по вертикали места.

В качестве такого устройства в авиагоризонтах используется система маятниковой коррекции, принцип работы которой описан в разделе “Авиагоризонт АГБ-3К”.

 

Авиагоризонт АГБ-3К

Авиагоризонт АГБ-3К предназначен для:

определения и индикации пространственного положения вертолета относительно истинного горизонта;

выдачи электрических сигналов, пропорциональных углам крена и тангажа в каналы крена и тангажа автопилота АП-34Б и в систему САРПП-12Д 1М);

указания наличия и направления скольжения.

Авиагоризонты АГБ-3К установлены на левой и правой приборных досках (вертолет Ми-8Т, вертолет МИ-8МТВ), средней приборной доске с-та АН-24/26.

 

Технические данные.

Диапазон измерения углов тангажа ±80º

Диапазон измерения углов крена ± 360º

Время готовности не более 1.5мин.

Скорость прецессии гироскопа по осям

крена и тангажа под действием коррекции от 1.8 до 6º/мин

Уход гироскопа на качающемся основании

за 5 мин при выключенной коррекции

не превышает по крену и тангажу ± 2.5º

Погрешность измерения углов

крена и тангажа:

в диапазоне от 0 до 30º ±1º

на углах свыше 30º ±2º

Напряжение питания:

- постоянный ток 27 в

- переменный ток, трехфазный 36в 400 Гц 3-хфазное

Принцип действия АГБ-3К.

Основан на свойстве гироскопа с 3 степенями свободы сохранять неизменным относительно мирового пространства положение его главной оси и возможности совмещения ее с вертикалью места с помощью корректирующего устройства.

Для определения пространственного положения самолета относительно плоскости истинного горизонта используется 3-х степенной гироскоп с вертикально расположенной осью.

Основные узлы АГБ-3К:

- гироузел;

- система маятниковой коррекции;

- указатель углов крена и тангажа;

- система передачи углов тангажа;

- сигнализатор отказа питания;

- система выдачи сигналов крена и тангажа в АП-34Б и САРПП-12Д1М;

- арретир;

- указатель скольжения.

Рис. Внешний вид авиагоризонта АГБ-3К

 

Гиромотор типа ГМА-4П – 3-х фазный асинхронный двигатель с одной парой полюсов статора и К3 ротором. Гиромотор закреплен в корпусе (внутренняя рама) с помощью резьбовых втулок. Кожух крепится в карданной раме с помощью радиальных подшипников.

В нижней части кожуха (внутренней рамы) закреплены 2 жидкостных маятника.

На внешней раме находятся моментный двигатель поперечной коррекции и сельсин-датчик тангажа.

Внешняя рама на радиальных подшипниках подвешена в корпусе прибора. На ее оси находится ротор сельсин-датчика крена, ротор моментного двигателя продольной коррекции. Их статоры закреплены в корпусе АГ.

Маятниковая коррекция.

Как известно, главная ось некорректируемого трехстепенного гироскопа вследствие суточного вращения Земли и перемещения самолета в полете относительно Земли, а также под влиянием трения в опорах карданова подвеса и остаточной несбалансированности гироскопа будет отклоняться от вертикального положения.

Система маятниковой коррекции предназначена для удержания главной оси гироскопа в вертикальном положении. Чувствительным элементом системы коррекции являются два однокоординатных жидкостных маятника типа ДЖМ-9Б.

Жидкостные маятники располагаются таким образом, что ось датчика 1 параллельна поперечной оси гироузла (оси измерения тангажа), а ось датчика 2 параллельна продольной оси (оси измерения крена).

Исполнительными элементами системы маятниковой коррекции являются два коррекционных двигателя – продольной и поперечной коррекции.

 

При отклонении главной оси гироскопа от вертикального положения относительно оси крена или тангажа управляющий сигнал с жидкостного маятника поступает на соответствующий коррекционный двигатель. Вращающий момент двигателя воздействует на внешнюю или внутреннюю раму гироскопа, вызывая прецессионное движение гироскопа к вертикальному положению.

Выключение поперечной коррекции при разворотах производится выключателем коррекции ВК-53РШ.

Индикация крена и тангажа.

Для индикации углов крена и тангажа предназначены следующие элементы и узлы авиагоризонта:

- силуэт самолетика;

- шкала крена;

- шкала тангажа;

- механизм центровки шкалы крена;

- следящая система передачи угла тангажа;

 

Силуэт самолетика связан с осью внешней рамы через две трибки – ведущую и ведомую.

Ведущая – на оси карданной рамы.

Ведомая – жестко связана с силуэтом самолетика.

Шкала крена закреплена на корпусе прибора.

Шкала тангажа представляет собой ленту, намотанную на два барабана – верхний и нижний.

Механизм центровки предназначен для совмещения линии искусственного горизонта и центра силуэта самолетика при наличии угла атаки в горизонтальном полете.

Следящая система – сельсин-датчик угла крена укреплен на внутренней оси карданного подвеса.

Индикация крена.

При крене самолета корпус АГ, жестко связанный с корпусом ВС, поворачивается относительно внешней рамы на угол крена. Крен ВС имитируется поворотом силуэта-самолетика на лицевой части прибора, относительно шкалы крена. Силуэт связан с внешней рамой через пару трибок с передаточным отношением 1:1. Ведущая связана с осью внешней рамы, ведомая – с силуэтом-самолетиком. Силуэт при крене в результате жесткого зацепления с трибкой, повернется на двойной угол крена и его положение будет соответствовать по величине и направлению углу крена ВС.

Индикация тангажа.

Представляет собой следящую систему на сельсинах, работающих в трансформаторном режиме.

При изменении тангажа корпус прибора вместе с внешней рамой будет поворачиваться относительно внутренней рамы, которая неподвижна. Это вызовет рассогласование между сельсин-датчиком и сельсин-приемником. Сигнал рассогласования с ротором обмотки сельсин-приемника направится на вход усилителя, далее на управляющую обмотку ДГ-0,5ТА. Двигатель-генератор будет вращаться переводя через редуктор ротор сельсин-приемника в согласованное положение с сельсин-датчиком.

Одновременно ДГ вращает барабан с намотанной на него ленточной шкалой, по ней отсчитываеться угол тангажа. Для демпфирования колебаний следящей системы применяется скоростная обратная связь, напряжение снимается с сигнальной обмотки ДГ-0,5.