Уход гироскопа

Основными погрешностями гироскопов являются собственный уход, карданная погрешность, виражная погрешность и кажущийся уход.

• Величина собственного ухода определяется трением и балансировкой движущихся частей гироскопа.
• Карданная погрешность представляет собой разность между углом курса, измеряемым в горизонтальной плоскости, и показаниями гирокомпаса при наклоне (по крену или тангажу) оси наружной рамки от вертикального положения.
• Виражная погрешность появляется при виражах и возникает в связи с работой коррекционного устройства, обеспечивающего перпендикулярность положения ротора гироскопа к плоскости внешней рамки гироузла. В отличие от карданной погрешности виражная погрешность непрерывно накапливается в процессе выполнения виража и не исчезает после его окончания. Для её уменьшения выключают горизонтальную коррекцию гироскопа при виражах.
• Кажущийся уход вызван тем, что свободный трехстепенной гироскоп сохраняет направление своей оси неизменным в пространстве относительно неподвижных звезд, но отнюдь не относительно Земли и ее плоскостей. Земля сама движется в пространстве, поэтому, даже абсолютно неподвижный гироскоп в пространстве вращается относительно Земли, создавая видимое кажущееся движение своей оси. Что бы понять это явление, вспомним маятник Фуко. Качающийся маятник, это своего рода гироскоп. Поэтому, глядя на него мы можем наблюдать (если конечно находимся не на экваторе) вращение Земли вокруг своей оси.

Точность совпадения центра тяжести гироскопической системы с точкой подвеса (сбалансированность), величина силы трения в осях карданного подвеса, вес, диаметр и скорость вращения являются определяющими факторами устойчивости оси гироскопа. При воздействии на карданную систему внешних сил, ось гироскопа перемещается в плоскости, перпендикулярной направлению действия силы. Такое движение гироскопа называется прецессией. Прецессия прекращается с прекращением воздействия. В авиагоризонтах требуется удерживать гироскоп в вертикальном положении при эволюциях и изменении скорости ЛА. Для уменьшения накапливающихся погрешностей приходится корректировать положение гироскопа. В качестве датчика вертикали применяются системы маятниковой коррекции, следящие за тем, что бы нижний конец оси гироскопа был направлен к центру Земли. Маятниковые системы подвержены влиянию ускорений, возникающих при маневрировании. Как пример, можно привести явление, называемое "завал авиагоризонта" (индикация, отличных от нуля, значений тангажа или крена в прямолинейном полёте после завершения маневра). Поэтому, на этапах маневрирования, системы коррекции выключаются. Погрешность показаний гироскопа будет зависеть от скорости коррекции, скорости собственного ухода, параметров выключателя коррекции. На первых пневматических авиагоризонтах коррекция не отключалась на вираже. Поэтому скорость коррекции выбиралась очень малой, чтобы уход гироскопа не был значительным за время виража. Соответственно увеличивалось время восстановления вертикали. Позже коррекцию стали выключать в повороте, а на некоторых, и при ускорениях (АГД-1). В настоящее время используются инерциальные гировертикали, в которых точность достигается созданием искусственного маятника "длиной", равной радиусу Земли.

В отличии от авиагоризонтов, где требуется лишь "хранить" вертикаль относительно центра земли, гироскопы курсовых систем должны хранить направление относительно плоскости ортодромии. Для этого ограничивают одну из трех степеней свободы смещением центра тяжести гироскопической системы ниже точки подвеса. 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 такой гирокомпас работать не может. Если выставить главную ось гироскопа в плоскости географического меридиана ИПМ и скомпенсировать уход гироскопа в азимуте из-за вращения Земли, то ГПК будет являться является указателем ортодромии. В этом случае он обеспечивает возможность навигации в полярных районах. Компенсацию влияния вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли обеспечивает системы широтной коррекции. Угловая скорость вращения Земли равна (360 градусов/24 часа) 0.25 градусов в минуту. В зависимости от широты, "кажущийся уход" гироскопа составит 0.25sin(φ) градуса в минуту (φ - широта места самолёта) . То есть ось гирокомпаса разворачивается, в Северном полушарии вправо, если смотреть сверху. В Южном полушарии поправка 0.25sin(φ) будет отрицательной, как и значение широты. В продолжительных полётах удобнее пользоваться часовой поправкой: 15sin(φ) градусов/час. При вводе в систему коррекции широты, большей чем фактическая, самолёт, в Северном полушарии, уклонится правее курса, меньшей - левее. Этим можно воспользоваться для одновременной, вместе с широтной, компенсации собственного ухода гироскопа. Горизонтальная составляющая угловой скорости вращения Земли компенсируется системами межрамочной или маятниковой коррекции.

См. также

• ГПК, ГМК, БГМК, МГВ

Источники

• Е.Л.Николаи "Гироскоп и некоторые его технические применения в общедоступном изложении",1947 (3.7 Мб формат djvu)
• Браславский Д.А.,ЛогуновС.С."Приборы на самолете".1947
• Браславский Д.А.,Логунов С.С."Авиационные приборы".1941