Инерциальный системы навигации
Прочие
Инерциальный системы навигации

Инерциальный системы навигации

 

Инерциальные системы не нуждаются во внешних источниках информации (наземные станции, маяки, радиолокационные ориентиры и т. п.) Сами системы также не излучают никакой энергии. Кроме того, им не мешают никакие помехи. Поэтому они являются наиболее автономными системами.

Составляющими частями инерциальных систем являются такие хорошо известные устройства, как акселерометры, гироскопы, следящие приводы, счетно-решающие приборы. Однако в условиях больших перепадов температур, ударов, вибраций и значительных ускорений использование этих систем в целях навигации стало возможным лишь тогда, когда техника сумела обеспечить высочайшую точность их изготовления и регулирования, и, следовательно, сохранения ими заданных параметров.

Принцип действия. Механическая энергия всех тел и частей, составляющих самолет, в полете непрерывно меняется в зависимости от изменений режима полета, воздействий внешней среды и т. п. Определяя специальным прибором изменения механической ^энергии, преобразуя их и регистрируя, можно вычислить скорость движения самолета и пройденный им путь.

Измерители ускорений называются акселерометрами. Простейшим акселерометром является груз с массой т, подвешенной на пружинах. Если такой измеритель поместить на тележку, а к его грузу прикрепить движок потенциометра, укрепленного на этой же тележке, то при неподвижной тележке движок будет неподвижно стоять в середине потенциометра и разности потенциалов наблюдаться не будет. Если применить к тележке силу F, она начнет двигаться и груз т приобретает ускорение, в результате чего он начнет смещаться относительно платформы (потенциометра) до тех пор, пока сила не уравновесится сжатием и растяжением пружин.

Очевидно, что величина смещения груза (и движка потенциометра) будет пропорциональна силе F и, следовательно, ускорению и появившейся разности потенциалов, знак которой зависит от направления ускорения.

Если в момент приложения силы скорость тележки была равна нулю, то, зная ускорение (по акселерометру), можно рассчитать скорость, приобретенную тележкой через некоторое время, и пройденный ею за это время путь. Для этого пользуются интегрированием.

Ускорение является приращением скорости в единицу времени:

Если проинтегрировать ускорение с начала движения до момента, то получим скорость в этот момент.

А интегрируя скорость, получим расстояние, пройденное тележкой за это время:

Поместив на ту же тележку (или самолет) другой измеритель ускорения с грузиком, перемещающимся не по направлению движения, а перпендикулярно ему, легко замерить ускорение, действующее на тело в боковом направлении.

По этому ускорению аналогично вычисляют и боковое уклонение тела (самолета).

Таким образом, можно в ортодромической системе координат с началом в месте взлета самолета указать его место относительно ЛЗП. Для этого необходимо электрически связать парами интеграторов продольный и боковой акселерометры с индикатором пройденного пути, по которому можно в любой момент отсчитать величину пути с момента старта и линейное уклонение от заданного направления движения.

Акселерометры. В инерциальных системах в основном используются линейные акселерометры, предназначенные для измерения действующих на тело линейных ускорений, т. е. воздействий только тех сил, которые направлены вдоль измерительной оси прибора. Действие простейшего из таких акселерометров основано на измерении перемещения упруго подвешенной массы.

Трудности в разработке новых акселерометров для целей самолетовождения связаны с диапазоном ускорений (отношения максимального и минимального ускорений). Это отношение должно быть порядка 100 000. У акселерометра с упруго подвешенной массой при таком отношении максимального и минимального измеряемых ускорений в случае малого ускорения на работу прибора будут оказывать вредное влияние силы трения, а при больших ускорениях возникнут ошибки за счет зоны нечувствительности и гистерезиса упругой подвески. Если даже зона нечувствительности составляет 0,001 д, ошибка в счислении пути за час полета достигнет величины до 70 км.

Одним из решений этого вопроса является применение «электрической пружины». Это устройство основано на движении в соленоиде массы стержня акселерометра. При движении самолета с ускорением на вход усилителя подается ток определенного напряжения, который после усиления пропорционально выходной величины тока усилителя подается на соленоид для противодействия перемещению массы. После первоначального ускорения при движении массы в обратном направлении возникает восстанавливающий ток также обратного направления. Таким образом, каждое перемещение массы можно измерять напряжением на входе в усилитель или силой восстанавливающего тока, поступающего в соленоид.

Акселерометры подобного типа удовлетворяют своей чувствительностью, которую можно увеличивать почти во всем диапазоне работы.

Множество подобных устройств отличается одно от другого лишь видом кинематической связи с корпусом летательного аппарата.

Гиростабилизированная платформа. Для удержания платформы с акселерометром или с блоком акселерометров в горизонтальной плоскости используется свойство свободного гироскопа сохранять положение оси своего ротора неизменным в инерциальном пространстве (относительно звезд).

Свободным называется гироскоп с тремя степенями свободы, не подвергающийся действию никаких моментов внешних сил, включая силы трения. Центр тяжести такого гироскопа должен совпадать с точкой пересечения осей карданного подвеса.

Основой устройства гиростабилизированной платформы является принцип силовой гироскопической стабилизации. При силовой стабилизации гироскопический момент компенсирует вредный внешний момент, т. е. является разгружающим только до тех пор, пока происходит прецессия и разгрузочный момент двигателя (имеется в виду, что на всех трех осях гироскопа установлены разгрузочные двигатели) не достиг необходимой величины. В дальнейшем ось гироскопа разгружается уже за счет момента, создаваемого двигателем, а не за счет гироскопического момента. Момент двигателя можно сделать достаточно большим.

Стабилизированная платформа, таким образом, воплощает в себе идею гироскопа с невращающимся ротором, который, однако, сохраняет неизменным положение оси ротора относительно инерциального пространства. Все это дает возможность использовать силовую гироскопическую платформу для стабилизации в горизонтальной плоскости аппаратуры инерциальной навигации, радиолокационных антенн и ряда других устройств.

Ссыдки по теме:

.

Лучшее в мире авиации

«Есть только Миль»
Сообщение в блоге
Авторские статьи
Шиворот-навыворот
Сообщение в блоге
Авторские статьи
наверх