Типы гироскопических стаби (газаторов и их принципиальные схемы. Рассмотрим некоторые общие принципы, способы гироскопической стабилизации ИУ и примеры ее практического осуществления.
Техническое решение задач гироскопической стабилизации основано на использовании различных типов гироскопических стабилизаторов. Отличительная особенность ГС по сравнению с системами непосредственной стабилизации ИУ со следящими приводами состоит в том, что в качестве стабилизирующих устройств в ГС используются гироскопы. С помощью ГС осуществляется построение некоторой базовой или опорной координатной системы, относительно которой и обеспечивается гироскопическая стабилизация ИУ. В зависимости от выбора базовой системы координат различают некорректируемые, корректируемые и управляемые ГС.
В некорректируемом ГС осуществляется построение неизменно ориентированной относительно инерциального пространства координатной системы. При этом устанавливаемые на ГС измерительные устройства будут сохранять заданную ориентацию относительно инерциального пространства. Подобные ГС используются, например, в некоторых типах ракет .
В корректируемом ГС производится построение вращающейся относительно инерциального пространства координатной системы, которая сохраняет неизменное положение относительно Земли. Устанавливаемые на подобных ГС измерительные устройства стабилизируются относительно плоскости горизонта и заданного азимутального направления. Корректируемые ГС чаще всего используются на кораблях и на самолетах для стабилизации различных ИУ, в ИНС полуаналитического типа и др.
В управляемом ГС воспроизводится система координат, которая совершает вращение относительно Земли или инерциального пространства по какому - либо закону. Если указанную систему координат связать с направлением на некоторый ориентир, то установленное на управляемом ГС измерительное устройство будет автоматически следить за ориентиром. Управляемые ГС нашли широкое применение в различных системах автоматического слежения , в гироскопических следящих системах, которые используются для стабилизации и наведения оптических, радиотехнических, оптико - электронных и других устройств.
С помощью ГС осуществляется стабилизация и наведение различных ИУ. К ним относятся разнообразные пеленгационные устройства: визиры, дальномеры, антенны, секстанты, фотоследящие системы, актинометрические устройства и др.
Другую группу ИУ, стабилизируемых с помощью ГС, составляют различные чувствительные элементы систем навигации и управления: АК, маятниковые системы, отдельные гироскопы .
При стабилизации оптических приборов в ряде случаев существенное значение могут иметь быстрые нутационные колебания ГС. Для их учета следует исходить не из уравнений прецессионного движения, а из полных уравнений ГС. Различают гироскопическую стабилизацию оптических головок и стабилизацию поля зрения. В первом случае речь идет о стабилизации оптического прибора, а во втором —о стабилизации отдельных его оптических элементов . Техническая реализация второго способа в ряде случаев является более простой.
По принципу действия ГС делятся на непосредственные, силовые и индикаторные . Приведем основные определения и принципиальные схемы этих ГС.
Непосредственными ГС называют устройства, принцип действия которых основан на непосредственном использовании стабилизирующих свойств трехстепенного гироскопа. Действительно, если ось подобного гироскопа заставить изменять свое положение в пространстве, то при этом возникает гироскопический момент, который и используется для стабилизации объекта. При этом для создания стабилизирующего эффекта гироскоп в ряде случаев должен обладать большим кинетическим моментом. Одна из важных особенностей непосредственных ГС —наличие механической связи со стабилизируемым ИУ, что способствует увеличению точности стабилизации.
Непосредственные ГС, наряду со значительными достоинствами, имеют и недостатки; в ряде устройств они обладают большим весом и габаритами; при использовании в них гироскопов с большим кинетическим моментом Н время подготовки ГС к работе увеличивается. Такие ГС применяются в качестве успокоителей качки корабля, стабилизаторов вагона однорельсовой железной дороги, для стабилизации площадок, отдельных приборов, ЧЭ систем навигации и управления, а также в гироскопических амортизаторах колебаний.
Силовые ГС представляют собой электромеханические устройства, содержащие кроме гироскопов специальные двигатели для преодоления воздействия на стабилизируемый объект внешних возмущающих моментов. Среди различных типов ГС, обеспечивающих непосредственную гироскопическую стабилизацию ИУ, наибольшее распространение получили ГС силового типа. По числу осей стабилизации они делятся на одноосные, двухосные и трехосные. В одноосном ГС обеспечивается стабилизация относительно одной оси, например в азимуте. Двухосный ГС осуществляет стабилизацию относительно двух осой, например относительно плоскости горизонта. Трехосный ГС служит для стабилизации относительно трех осей, например относительно плоскости горизонта и заданного азимутального направления.
ГС силового типа получили широкое применение в ГН, ГВ, ГАГ, предназначенных для определения углов рыскания и качки корабля. Силовые ГС используют также для стабилизации площадок служат для стабилизации отдельных приборов и устройств; они используются в различных системах стабилизации и ИНС.
Индикаторные ГС представляют собой системы, в которых гироскопические устройства, установленные на стабилизируемом объекте , являются чувствительными или задающими элементами, определяющими положение объекта и управляющими следящими системами; стабилизация же объекта гироскопы или трехстепенные астатические гироскопы.
На платформе, подвешенной в кардановом кольце, установлен трехстепенный шаровый гироскоп, который состоит из статора и вращающегося шара. С помощью специального корректирующего устройства ось шара удерживается в вертикальном положении. При отклонении платформы от горизонтального положения сигналы рассогласования снимаются с двухкоординатного датчика угла и через усилители поступают на стабилизирующие двигатели. Последние вращают кольцо и платформу до тех пор, пока нормаль к платформе не совместится с осью шара; при этом платформа займет горизонтальное положение.
Таким образом, в индикаторных ГС гироскопы связаны со стабилизируемым объектом не механически, а с помощью следящих систем, благодаря чему гироскопы не несут непосредственно силовой нагрузки по стабилизации. В индикаторных ГС создаются известные удобства для размещения элементов стабилизатора. Применение мощных следящих приводов позволяет осуществить стабилизацию объектов, обладающих значительными инерционными массами. Кроме того, у индикаторных ГС вследствие применения сравнительно небольших гироскопов время приведения стабилизатора в действие невелико и потребляемые мощности меньше, чем у других типов ГС. В индикаторных ГС предъявляются высокие требования к точности и к другим характеристикам следящих систем.
Управляемые ГС представляют собой систему автоматического управления положением гироскопа и связанного с ним объекта, которая обеспечивает вращение скрепленной с ними координатной системы по какому - либо закону относительно Земли или инерциального пространства. При этом осуществляется слежение объекта за ориентиром. Указанный принцип используется в системах автоматического слежения, в гироскопических следящих системах, которые применяются для стабилизации и наведения различных пеленгационных устройств.
Принципиальная схема гироскопической следящей системы , состоящие в высокой плавности, точности наведения и в безынерционности действия, что обеспечило широкое их применение на различных подвижных объектах.
