Гирокомпас Вега (стр. 3 из 6)

Что касается влияния собственных колебаний следящих систем на работу гирокомпаса, то поскольку частота этих колебаний значительно больше частоты собственных колебаний гиросферы, а переходный процесс в следящих системах при правильном выборе параметров затухает очень быстро, влияние колебании следящих систем практически не должно сказываться.

Однако выбранная для двухрежимного курсоуказателя конструктивная схема подвеса ЧЭ обусловливает взаимное влияние азимутальной и горизонтальной следящих систем при наличии наклонов следящей сферы вокруг оси ее подвеса, совпадающей с осью кинетического момента гироскопа—с осью уу (см. рис.1).

При таких наклонах, благодаря жесткой связи гиросферы со следящей сферой посредством торсионов, оси горизонтальных и вертикальных торсионов будут рассогласованы с осями приложения моментов от соответствующих двигателей на некоторый угол g.

Упрощая физику явления и принимая во внимание малость углов закрутки горизонтальных (b—b_с) и вертикальных (a -a_c) торсионов, измеряемых датчиками угла, и приведенных углов поворота осей двигателей горизонтальной d_{b и} азимутальной d_a стабилизации, связь между этими углами можно выразить формулами:

(b—b_с)=d_b cosg +d_a singg. ; (a -a_c)= d_a cosg +d_b cos (1. 8)

Формулы (1.8) характеризуют взаимное влияние горизонтальной и азимутальной следящих систем при наклоне следящей сферы. Как показывает анализ, наличие перекрестных связей приводит к неустойчивости следящих систем, если не принять специальных мер. Наиболее простым способом, обеспечивающим устойчивость системы при любых углах g, является полное устранение перекрестных связей путем включения в контуры следящих систем преобразователя координат. В качестве преобразователя координат используется синусно-косинусный вращающий трансформатор (СКВТ), который включается в цепи следящих систем между датчиками угла и усилителями по схеме, показанной на рис.3.

Поступающее на входные обмотки преобразователя координат напряжение U, пропорциональное углам закрутки соответствующих торсионов, будет связано с приведенными углами поворота осей двигателей следующими уравнениями:

d_b=U_b cosg + U_a sing ; d_a= U_a cosg + U_b sing(1. 9)

в которых напряжение U_b пропорционально углу (b—b_с) и U_aпропорционально углу (a -a_c).

Решив уравнения (1.8) и (1.9) совместно, нетрудно убедиться, что соотношения между углами закрутки торсионов и углами поворота соответствующих двигателей не зависят от утла наклона следящей сферы, т. е. горизонтальная и азимутальная следящие системы полностью развязаны.

Скоростная девиация. Для того чтобы определить положение равновесия гирокомпаса при движении судна прямым курсом с постоянной скоростью, найдем частные решения системы уравненийи (1.1) и (1.3), полагая при этом

Сгn»H(и соsg +V_E/R),(1. 10)

что легко достигается соответствующим выбором параметров: прибора. В положении равновесия имеем:

a*=V_N /R(u cosj+V_E /R) - C_B m tgj /Cг;

a*_с=a*- mH / C_г(u sinj+ V_E tgj /R); (1. 11)

b*=H / C_гn(u sinj+ V_E tgj /R); .

b*_с=H(1-n) / C_гn (u sinj+ V_E tgj /R). .

Таким образом, ЧЭ гирокомпаса при движении судна с постоянной скоростью приходит в определенное положение равновесия, которое по координатам a и b практически ничем не отличается от положения равновесия одногироскопного маятникового гирокомпаса с демпфированием посредством момента, направленного по вертикальной оси гироскопа, как это сделано, например, в маятниковых гирокомпасах «Сперри».

Действительно, отклонение гироскопа в азимуте a* складывается из скоростной девиации, определяемой приведенным выше выражением (первый член в формуле для a*), и так называемой широтной девиации (второй член той же формулы). При скоростях движения корабля около 60 узлов в широтах 70—80° значения скоростной и широтной девиаций будут достигать столь больших величин, что их компенсация известными методами становится практически невозможной.

Учитывая, что значения курса в двухрежимном гирокомпасе в силу его конструктивных особенностей можно снимать лишь с картушки (или датчика), связанной со следящей сферой, т. е. по координате a_c, для компенсации скоростной и широтной девиаций можно использовать метод, сущность которого сводится к следующему.

Если на входы усилителей следящих систем вместе с сигналами от датчика угла подать определенные сигналы коррекции аналогично тому, как это делается с сигналом индикатора горизонта, то к гироскопу по обеим осям стабилизации будут приложены соответствующие корректирующие моменты. В этом случае выражения (1.4) можно записать:

(b—b_с)=nb +e_x; (a -a_c)=mnb +e_z. (1. 12)

гдеe_x и e_z; — сигналы коррекции, являющиеся функциями широты и скорости судна.

Для нахождения этих функций воспользуемся системой четырех уравнений (1.1) и (1.12), в которую входит шесть неизвестных функций a ,a_c,b ,b_с ,e_x ,e_z—две из них можно-задать произвольно.

Для получения от гирокомпаса истинного курса зададимся следующими произвольными значениями координатa_c и b в положении равновесия:

a_c =0; b*=0.(1. 13)

Это условие означает, что в положении равновесия нуль следящей сферы будет в плоскости меридиана, а ось кинетического момента гироскопа — в плоскости горизонта.

Частные решения системы уравнений (1.1), (1.12) с учетом условия (1.13) дают формулы сигналов коррекции:

e_z = V_N / (R u cosj +V_E +C_вR /H) ; e_x = H /C_г(u sinj +V_E tgj /R), (1. 14)

и выражения для положения равновесия по двум другим координатам будут:

a*= V_N / (R u cosj +V_E +C_вR /H) ; (1. 15)

b* = - H /C_г(u sinj +V_E tgj /R), (1. 16)

Следовательно, при вводе в схему управления сигналов коррекции e_z и e_x, определяемых выражениями (1.14), из показаний гирокомпаса полностью исключаются скоростная и широтная девиации. Кроме того, величина отклонения оси кинетического момента гироскопа от меридиана a*, определяемая формулой (1.15), резко уменьшается по сравнению со скоростной девиацией, имевшей место до ввода коррекции, и при скорости порядка 60 узлов в широте 70° достигает всего 0°,2.

Уменьшение скоростной девиации гиросферы a* обусловлено наложением вертикального корректирующего момента e_z.

Баллистические девиации. Природа баллистических девиаций курсоуказателя в режиме гирокомпаса в принципе та же, что и у обычных маятниковых гирокомпасов. Разница только в том, что возникающие во время маневрирования ускорения не возмущают гироскоп, поскольку он астатический и обладает нейтральной плавучестью, а воздействуют на индикатор горизонта, который при этом вырабатывает дополнительный сигнал, пропорциональный величине dV_N/gdt, т. е. пропорциональный северной составляющей ускорения.

Этот сигнал вызовет соответствующее закручивание горизонтальных и вертикальных торсионов, которое будет продолжаться в течение всего времени действия ускорения, и в результате приведет к отклонению гиросферы от положения равновесия, в котором она находилась до начала маневрирования. По окончании действия ускорения гиросфера, совершая затухающие колебания, начнет приходить к своему положению равновесия.

Аналогично тому, как это делается для обычного маятникового гирокомпаса, можно и для двухрежимного гирокомпаса найти условие апериодического перехода в новое положение равновесия или «условие невозмущаемости».

Исследования показывают, что в отличие от маятникового гирокомпаса апериодический переход гирокомпаса с электромагнитным управлением в новое положение равновесия теоретически можно получить при значении периода незатухающих колебаний, отличающемся от периода Шулера, который как известно, равен 84,4 мин.

Его величина приближенно, без учета собственной скорости судна, определяется следующим соотношением:

T_a=84,4 V(H u cosj +C_в) /H u cosj(1. 17)

и может составлять несколько сотен минут.

Эта особенность двухрежимного гирокомпаса с торсионно-жидкостным подвесом ЧЭ объясняется тем, что в отличие от обычных гирокомпасов на гироскоп с помощью упругой связи во время маневрирования накладываются корректирующие моменты по вертикальной оси.

В гирокомпасах такого типа, где скоростная девиация компенсируется наложением момента, действующего по вертикальной оси гироскопа, исключение баллистических девиаций путем настройки схемы управления на величину периода, отвечающего условию невозмущаемости, трудно выполнимо.