Важное
Испытания МРК "Буря" вышли на финишную прямую
Как создать 
|
Главная / Издания / Литература / Книжная полка / Г.Г. Ермолаев, Л.П. Андронов, Е.С. Зотеев, Ю.П. Кирин, Л.Ф. Черниев. Морское судовождение
§ 90. Основы теории гирокомпасаПревращение свободного гироскопа в гирокомпас. Если главную ось свободного гироскопа установить в плоскости меридиана, то с течением времени, вследствие вращения Земли, она будет уходить из этой плоскости, совершая относительно нее видимое движение (рис. 122).Видимое движение точки S, обусловленное вращением Земли, будет совершаться по малому кругу S0 S S1, при этом главная ось гироскопа описывает конус вокруг оси Pn, Ps. Таким образом, свободный гироскоп не может быть использован в качестве курсоуказателя по следующим причинам:  Рис. 122. главная ось гироскопа, описывая конус вокруг оси мира, совершает колебание около плоскости меридиана; свободный гироскоп не обладает направляющей силой, т. е., будучи отклоненным от плоскости меридиана, он не возвращается к ней. Для того, чтобы превратить свободный гироскоп в гирокомпас, необходимо сообщить ему направляющий момент, который удерживал бы его главную ось в плоскости меридиана, подобно тому, как магнитный момент стрелок магнитного компаса удерживает картушку компаса в плоскости компасного меридиана. Направляющий момент приобретается гироскопом благодаря ограничению одной из трех степеней свободы — степени свободы по оси Y—Y. Наиболее простой способ этого ограничения — смещение центра тяжести гироскопа ниже точки подвеса. Гирокомпас, у которого центр тяжести расположен ниже его точки подвеса, называется маятниковым гирокомпасом. Гироскопическая система (гироскоп и его подвес) — основной элемент гирокомпаса, она реагирует на земное вращение и поэтому называется чувствительным элементом.  Рис. 123. Рассмотрим принцип действия маятникового гирокомпаса, у которого чувствительный элемент состоит из одного гироскопа. На рис. 123 изображен вид на Землю со стороны северного полюса (плоскость земного экватора совпадает с плоскостью чертежа). Допустим, что гироскоп находится на экваторе и в начальный момент главная ось гироскопа горизонтальна и направлена в плоскости восток — запад. Центр тяжести чувствительного элемента, вес которого P=M g смещен вниз от точки подвеса О на величину а, называемую метацентрической высотой. Момент силы тяжести чувствительного элемента относительно точки подвеса О называется маятниковым моментом. В начальном положении маятниковый момент равен нулю, так как направление силы тяжести проходит через точку подвеса. С течением времени Земля повернется на некоторый угол в, и гироскоп окажется в новом положении. При этом главная ось гироскопа, стремясь сохранить первоначальное заданное ей направление, отклонится от вращающейся в пространстве плоскости горизонта на тот же угол 0. В этом положении направление силы тяжести не пройдет через точку подвеса, и к гироскопу прикладывается некоторый маятниковый момент  где B=Mg a — модуль маятникового момента гироскопа. Этот момент направлен на оси у—у. Под действием маятникового момента возникает прецессионное движение гироскопа вокруг оси z—z. Согласно правилу полюсов, полюс гироскопа будет двигаться к полюсу Земли Pn, т. е. к плоскости меридиана. Угловая скорость этой прецессии  Следовательно, гироскоп, у которого центр тяжести находится ниже точки подвеса, принципиально превращается в гирокомпас При отклонении гироскопа от плоскости меридиана у него появляется направляющий момент, стремящийся привести его главную ось в плоскость меридиана. Значение направляющего момента определяется формулой  где Q —кинетический момент гироскопа; wo cos cр — горизонтальная составляющая земного вращения; а — угол отклонения полюса гироскопа от плоскости меридиана; wo — угловая скорость вращения Земли, равная 7,3-10 -5 рад/сек. Направляющий момент достигает максимального значения на экваторе при отведении главной оси гироскопа от меридиана на 90°. С увеличением широты направляющий момент уменьшается и на полюсе обращается в нуль. Поэтому на полюсе гирокомпас работать не может. В гирокомпасах типа «Курс», используемых на судах морского флота, чувствительный элемент представляет собой герметически закрытый шар, называемый гиро- сферой. Подвес гиросферы в поддерживающей жидкости обеспечивает ей возможность вращения вокруг всех трех осей.  Рис. 124. Для предупреждения вредного влияния качки гироскопическая система гиросферы состоит из двух гироскопов (рис. 124). Гироскопы 2 расположены внутри гиросферы под углом 90° друг к другу и под углом 45° к оси х (линии N—S гиросферы). Гироскопы скреплены кривошипами 1, связаны между собой спарником 3, а с оболочкой гиросферы — пружинами 4 и могут вращаться вокруг своих вертикальных осей. При изготовлении гиросферы подбирают гироскопы, у которых кинетические моменты H1 и Н2 одинаковы. Суммарный кинетический момент, создаваемый вращающимися роторами гиромоторов, направлен по оси x(N—S гиросферы) и oпределяется по формуле  Благодаря указанному соединению гироскопов между собой поведение гиросферы при вращении Земли будет аналогично поведению чувствительного элемента одногироскопного маятникового гирокомпаса. Незатухающие и затухающие колебания гирокомпаса. Подробные исследования движения главной оси чувствительного элемента гирокомпаса после того, как он прецессионным движением начал стремиться к плоскости меридиана, показывают, что главная ось гирокомпаса будет совершать так называемые незатухающие колебательные движения около меридиана. Траектория движения представляет собой сильно сжатый эллипс (рис. 125).  Рис. 125. Принципиально это уже и есть гирокомпас, так как положением равновесия чувствительного элемента является плоскость истинного меридиана ММ. Однако гирокомпас, совершающий незатухающие колебания около меридиана, не пригоден для использования в качестве курсоуказателя на судах. Для того чтобы гирокомпасом можно было пользоваться для целей навигации, необходимо, чтобы главная ось чувствительного элемента гирокомпаса постоянно находилась в плоскости меридиана. Это достигается в современных гирокомпасах путем гашения незатухающих колебаний с помощью специальных устройств, в результате чего незатухающие колебания превращаются в затухающие. Девиация гирокомпаса. Мы рассмотрели работу гирокомпаса без учета движения судна. На движущемся судне главная ось гирокомпаса отклоняется по тем или иным причинам от истинного меридиана. Это отклонение называется девиацией гирокомпаса. Вперед Оглавление Назад
|
