测量飞机姿态的仪表陀螺仪表文档幻灯片.ppt

31 2 、原理 组成：单自由度陀螺、 平衡弹簧、空气阻尼 器和指示机构等 原理：转弯仪是利用单 自由度陀螺进动性工 作的。 32 1 ）指示转弯方向 ? ω → 单自由度陀螺 → 进动 → 指示转弯方向 33 2 ）指示转弯快慢 飞机转弯时引起陀螺进动的力矩 L ＝Ｊ Ωωcos(γ － α) 式中： ω— 飞机转弯角速度； γ— 飞机倾斜角； α— 内框转角。 陀螺内框转角不大时 L≈JΩωcosγ 平衡弹簧的力矩为 M ＝Ｋ α K — 弹性力矩系数。 指针稳定时 M ＝ L ∴ α ＝（ JΩ/K ） ωcosγ 故， α 粗略反映 ω 。 34 3 ）指示飞机无侧滑转弯时的倾斜角 tgγ ＝ F i /G 而 F i ＝ mvω G ＝ mg 式中： m — 飞机的质量； v — 飞机的飞行速度； g — 重力加速度。 因此， tgγ ＝ mvω/mg ＝ vω/g 即 ω ＝（ g/v ） tgγ 代入式 α ＝（ JΩ/K ） ωcosγ 中 则 α ＝（ JΩg/Kv ） sinγ 当 v 一定时， α 可指示 γ 。 35 3 、指示 当小飞机翼尖或 指针对准“ L” 或 “ R” 标线时，表示 飞机以标准角速度 (3 ° / 秒 ) 转弯。若无侧 滑，飞机转 360 °需 要 2 分钟时间。这就 是转弯仪表面上标有 “ 2MIN” 字样的含义。 36 （二）侧滑仪 (slip indicator) 1 、功用 指示飞机有无侧滑和侧滑方向（与转 弯仪配合，协调转弯）。 1 第二部分 姿态仪表 ? 1 、陀螺的一般知识及陀螺仪表的动力源 ? 2 、地平仪：功用、基本原理、误差及使用 ? 3 、转弯侧滑仪：功用、基本原理、指示及使用 2 （一）陀螺的一般知识 1 、陀螺 (gyroscope) ：测量物体相对惯性空间转 角或角速度的装置。 ? 种类：普通刚体转子陀螺、挠性陀螺、激光陀 螺、光纤陀螺、粒子陀螺、低温超导陀螺等。 ? 刚体转子陀螺：能够绕一个支点高速旋转的物 体。 一、陀螺的一般知识及陀螺仪表的动力源 3 2 、刚体转子陀螺 ? 刚体转子陀螺结构： 转子、内框、外框和 基座 4 3 、刚体转子陀螺分类 ? 根据自转轴具有的自由度：两自由度陀螺、单 自由度陀螺 ? 根据动力：电动、气动 5 4 、两自由度陀螺的特性 ? 进动性、稳定性 (1) 进动性 (precession) 受外力矩作用时，两自由度陀螺转动方向 ( 指角速度矢量方向 ) 与外力矩作用方向相互垂 直的特性，称为两自由陀螺的进动性。 6 进动性 (precession) 进动方向 角动量矢量 ( 或自转角速度矢量 ) 沿最短途 径转向外力矩矢量的方向。 7 进动方向 ? 或右手螺旋法则：将右 手大拇指伸直，其余四 指以最短路线从角动矢 量方向握向外力矩矢量 的方向，则大拇指的方 向就是进动角速度矢量 的方向 8 特殊情况 ? 框架自锁：如果 θ=90 °，自转 轴与外框轴重合，陀螺失去一个 转动自由度。 ? “飞转”：当θ较大，或“框架 自锁”时，陀螺在外力矩的作用 下可能会绕内、外框轴高速转动。 应尽量避免陀螺“飞转”。 9 (2) 稳定性 (stability of gyroscope) 10 稳定性定义 两自由度陀螺能够抵抗干扰力矩，力图保持其 自转轴相对惯性空间方向稳定的特性，称为陀螺 的稳定性。 两种表现形式： · 漂移－－在干扰力矩作用下，陀螺产生很小进动。 （目前常用陀螺漂移率 12 ° — 1 ° / 小时，惯性级陀螺漂移 率 0.01 °～ 0.001 ° / 小时。） · · 章动－－当陀螺受到冲击力矩作用时，自转轴将在 原来的空间方向附近作高频微幅园锥形振荡运动。频率 很高，大于几百赫；振幅很小，小于角分量级； 会很 快衰减。 11 (3) 两自由度陀螺相对于地球的运动 —— 表观运动 不管陀螺在地球上什么地方，只要陀螺自转 轴与地球自转轴不平行或不重合都存在相对运动。 原因：陀螺自转轴相对惯性空间保持稳定，地球 相对惯性空间运动。 12 5 、单自由度陀螺的特性——进动性 （ 1 ）定义 单自由度陀螺基座绕其缺 少自由度的方向转动时，陀螺 将绕内框轴转动。 （ 2 ）进动方向 角动量矢量 ( 或自转角速 度矢量 ) 沿最短途径转向基座 旋转角速度矢量方向。 13 应用：测量角速度、角位移，如转弯仪等 14 （二）陀螺仪表的动力源 ? 飞机上的陀螺仪表：地平仪、陀螺半罗盘 和转弯侧滑仪。 ? 它们靠气源或电驱动。 ? 大多数轻型飞机上，地平仪和陀螺半罗盘 的气源由真空系统提供，转弯仪由电气系 统供电 。 15 飞行期间，应重视对真 空系统真空度的监视。 如果真空系统压力在正 常范