第二章-二自由度陀螺及應(yīng)用

第二章

二自由度陀螺及應(yīng)用§1、二自由度陀螺的運動特點§2、速度陀螺儀原理§3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀§4、角速度傳感器回目錄2021/8/141§1、二自由度陀螺的運動特點一、二自由度陀螺的進(jìn)動：1、二自由度陀螺的進(jìn)動現(xiàn)象：圖2-1作用：可以用來測量飛機(jī)的角速度和角位移。2、二自由度陀螺的進(jìn)動方向：與陀螺力矩方向一致，即牽連角速度方向繞轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)過90度的方向。3、二自由度陀螺進(jìn)動與三自由度陀螺進(jìn)動的區(qū)別：①三自由度陀螺在常值外力矩作用下是等速度進(jìn)動；二自由度陀螺在常值牽連角速度作用下是加速進(jìn)動?；啬夸?021/8/1422021/8/143§1、二自由度陀螺的運動特點（續(xù)）②三自由度陀螺在外力矩消失后立即停止運動；二自由度陀螺在牽連角速度消失后維持等角速度進(jìn)動。二、二自由度陀螺的受迫運動當(dāng)二自由度陀螺沿內(nèi)框軸有外力矩作用時，它就產(chǎn)生受迫運動：圖2-2。這個性質(zhì)說明：二自由度陀螺沒有穩(wěn)定性。回目錄2021/8/1442021/8/145§2、速度陀螺儀原理二自由度速度陀螺儀：利用二自由度陀螺測量飛機(jī)角速度的儀表。（俯仰角速度、偏航角速度、滾轉(zhuǎn)角速度）一、速度陀螺儀的基本原理組成及作用（圖2-3）：二自由度陀螺：當(dāng)飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時，產(chǎn)生陀螺力矩。平衡彈簧：產(chǎn)生彈性力矩以平衡陀螺力矩。阻尼器：用以產(chǎn)生與內(nèi)框旋轉(zhuǎn)角速度成正比的阻尼力矩，使內(nèi)框的擺動迅速衰減，當(dāng)內(nèi)框停止轉(zhuǎn)動時，阻尼力矩消失。它只是改善了速度陀螺儀工作的穩(wěn)定性，對內(nèi)框穩(wěn)定的最終位置并沒有影響。回目錄2021/8/1462021/8/147§2、速度陀螺儀原理（續(xù)）二、內(nèi)框轉(zhuǎn)角公式：L=Hω牽*COSαMK=kα平衡時：MK=L所以Hω牽=Kαα=Hω牽/KH/K是比例系數(shù)回目錄2021/8/148§3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀轉(zhuǎn)彎儀：一種速度陀螺儀。①用來指示飛機(jī)轉(zhuǎn)彎的方向，并粗略指示飛機(jī)轉(zhuǎn)彎的角速度。②指示飛機(jī)在某一飛行速度下無側(cè)滑轉(zhuǎn)彎時的傾斜角。側(cè)滑儀：用來指示飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時有無側(cè)滑及側(cè)滑的方向?；啬夸浕啬夸浕啬夸?021/8/149§3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）一、轉(zhuǎn)彎儀的工作原理1、組成及作用：二自由度陀螺、平衡彈簧、空氣阻尼器、指示部分（刻度盤、撥桿傳送機(jī)構(gòu)等）。圖2-52、原理：①轉(zhuǎn)彎儀怎樣指示飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎方向。當(dāng)飛機(jī)直線飛行時：當(dāng)飛機(jī)向左轉(zhuǎn)彎時：當(dāng)飛機(jī)向右轉(zhuǎn)彎時：（結(jié)合圖2-5進(jìn)行說明）②飛機(jī)繞橫軸或縱軸轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)彎儀為什么不指示？（結(jié)合圖2-5進(jìn)行說明）回目錄2021/8/14102021/8/1411§3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）二、轉(zhuǎn)彎儀的內(nèi)框轉(zhuǎn)角公式：圖2-6α=γ-βkβ=Hωcosαkβ=Hωcos(γ-β)=Hω(cosβcosγ+sinβsinγ)當(dāng)β較小時：sinβ≈βcosβ≈1kβ=Hω(cosγ+βsinγ)β=Hωcosγ/（K-Hωsinγ）回目錄2021/8/14122021/8/1413§3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）三、轉(zhuǎn)彎儀為什么可以指示飛機(jī)在某一飛行速度下作無側(cè)滑轉(zhuǎn)彎時的傾斜角？（圖2-7）F合=G*tgγF離=mVωF合=F離所以mVω=G*tgγtgγ=mVω/mg=Vω/gω=g*tgγ/V而：β=Hcos（γ-β）ω/K當(dāng)β較小時有：β=Hωcosγ/Kβ=gHsinγ/VK回目錄2021/8/14142021/8/1415§3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）所以轉(zhuǎn)彎儀可以測量飛機(jī)在某一速度下作無側(cè)滑轉(zhuǎn)彎飛行時的傾斜角。四、電動轉(zhuǎn)彎儀的結(jié)構(gòu)：圖2-8組成及作用：二自由度陀螺（包括離心式調(diào)速器、低通濾波器）平衡彈簧（注意靈敏度的調(diào)整）圖2-9空氣阻尼器（注意阻尼系數(shù)的調(diào)整）傳送部分和指示部分：磁屏回目錄2021/8/14162021/8/1417§3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）五、側(cè)滑儀：用來指示飛機(jī)有無側(cè)滑和側(cè)滑方向的儀表（一）、飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時發(fā)生側(cè)滑的原因和測量飛機(jī)側(cè)滑的基本原理1、飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時發(fā)生側(cè)滑的原因飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時破壞橫向力的平衡，飛機(jī)就可能產(chǎn)生側(cè)滑。結(jié)合圖2-11分析。剩余側(cè)力為0，飛機(jī)無側(cè)滑；剩余側(cè)力向外，飛機(jī)外側(cè)滑；剩余側(cè)力向內(nèi)，飛機(jī)內(nèi)側(cè)滑。2、測量飛機(jī)側(cè)滑的基本原理：圖2-11在飛機(jī)上安裝一單擺，擺錘的受力情況與飛機(jī)的受力情況一樣，所以擺錘的運動情況和飛機(jī)的側(cè)滑情況一樣，通過測量擺錘的運動情況就可以測量飛機(jī)的側(cè)滑情況。回目錄2021/8/14184.22021/8/1419§3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）（二）、側(cè)滑儀工作原理無側(cè)滑轉(zhuǎn)彎：小球在中央（圖2-12）飛機(jī)外側(cè)滑：小球偏外（圖2-13）飛機(jī)內(nèi)側(cè)滑：小球偏內(nèi)（圖2-13）（三）、側(cè)滑儀和轉(zhuǎn)彎儀在飛行中的配合指示（圖2-14）六、技術(shù)性能及性能分析：回目錄2021/8/1420

2021/8/14212021/8/14222021/8/14232021/8/14242021/8/14252021/8/14262021/8/14272021/8/14282021/8/1429§3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）七、轉(zhuǎn)彎儀一般常見故障分析：1、指示不準(zhǔn)確：陀螺轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不正常（直流電機(jī)的碳刷和整流子之間積碳和軸承潤滑狀況不良）平衡彈簧的彈性系數(shù)發(fā)生變化陀螺不平衡內(nèi)框軸承的摩擦過大2、停滯誤差大：內(nèi)框軸承摩擦過大阻尼器的阻尼作用過大平衡彈簧的彈性系數(shù)變小回目錄2021/8/1430§4、角速度傳感器分為比例式角速度傳感器、繼電式角速度傳感器一、比例式角速度傳感器：1、定義：是指輸出信號的大小與被側(cè)角速度大小成比例的角速度傳感器。2、類型：分為一般結(jié)構(gòu)和液浮結(jié)構(gòu)（又分為全液浮和半液?。焊〗Y(jié)構(gòu)的陀螺主要是為了減小軸承的支承力以減小內(nèi)環(huán)軸的摩擦力矩，并得到所需的阻尼。3、基本結(jié)構(gòu)（圖2-15）①二自由度陀螺儀（包括陀螺電動機(jī)、轉(zhuǎn)子、陀螺房等）：作用是產(chǎn)生陀螺力矩②定位彈簧（平衡彈簧）：作用是產(chǎn)生彈性力矩。回目錄2021/8/1431§4、角速度傳感器（續(xù)）③阻尼器：阻尼陀螺儀繞內(nèi)環(huán)軸的振蕩（種類有空氣、液體等）。④信號傳感器：把輸出轉(zhuǎn)角變換成成比例的電信號（工作原理：圖2-16；輸出特性：圖2-17）。⑤“零”位調(diào)整機(jī)構(gòu)：使傳感器在被測角速度為“0”時，輸出為“0”。4、技術(shù)性能5、安裝方位（圖2-18、圖2-19）二、繼電式速度陀螺傳感器：1、定義：是指當(dāng)被