Реферат на тему:
Гиросфера гирокомпаса типа Аншютц - Кемпфе в разрезе
Гирокомпа́с — механический указатель направления истинного (географического) меридиана, предназначенный для определения курса объекта, а также азимута (пеленга) ориентируемого направления. Принцип действия гирокомпаса основан на использовании свойств гироскопа и суточного вращения Земли. Его идея была предложена французским учёным Фуко.
Гирокомпасы широко применяются в морской навигации и ракетной технике. Они имеют два важных преимущества перед магнитными компасами:
Гирокомпас — это по существу гироскоп, то есть вращающееся колесо (ротор), установленное в кардановом подвесе, который обеспечивает оси ротора свободную ориентацию в пространстве.
Предположим, ротор начал вращаться вокруг своей оси, направление которой отлично от земной оси. В силу закона сохранения момента импульса, ротор будет сохранять свою ориентацию в пространстве. Поскольку Земля вращается, неподвижный относительно Земли наблюдатель видит, что ось гироскопа делает оборот за 24 часа. Такой вращающийся гироскоп сам по себе не является навигационным средством. Для возникновения прецессии ротор удерживают в плоскости горизонта, например, с помощью груза, удерживающего ось ротора в горизонтальном положении по отношению к земной поверхности. В этом случае сила тяжести будет создавать крутящий момент, и ось ротора будет поворачиваться на истинный север. Поскольку груз удерживает ось ротора в горизонтальном положении по отношению к земной поверхности, ось никогда не может совпадать с осью вращения Земли (кроме как на экваторе).
Гироскоп был запатентован в 1885 году датчанином Мариусом Герардусом ван ден Босом, но его гироскоп никогда должным образом не работал.[1] Француз Артур Кребс в 1889 году сконструировал маятниковый гирокомпас для экспериментов на подводной лодке «Gymnote». Это позволило Gymnote преодолеть морскую блокаду в 1890 году. В 1903 году немец Герман Аншютц-Кемпфе сконструировал работающий гирокомпас и получил патент на его изобретение. В 1908 году Аншютц-Кемпфе и американский изобретатель Элмер Сперри патентуют гироскоп в Германии и США. Когда Сперри попытался продать своё устройство германскому военно-морскому флоту, Аншютц-Кемпфе подал в суд иск за нарушение патентного законодательства. Сперри утверждал, что патент Аншютц-Кемпфе был недействителен, так как патентуемое устройство незначительно отличается от гироскопа ван ден Боса. Патентным экспертом по иску выступал знаменитый физик Альберт Эйнштейн. Сначала он согласился со Сперри, но затем изменил своё мнение, признав, что патент Аншютц-Кемпфе был действителен, а Сперри нарушил авторское право, использовав специфический способ затухания. Аншютц-Кемпфе выиграл процесс в 1915 году.
Гирокомпас может выдавать ошибки измерения. Например, резкое изменение курса, скорости или широты могут вызывать девиацию, и она будет существовать до тех пор, пока гироскоп не отработает такое изменение. На большинстве современных судов имеются системы спутниковой навигации (типа GPS) и/или другие навигационные средства, которые передают во встроенный компьютер гирокомпаса поправки.
wreferat.baza-referat.ru
Курсовая работа на тему:
"Гирокомпас Вега"
Владивосток
2000Введение
Одной из характерных черт развития современного морского флота является повышение скорости судов.Это поставило перед навигационным оборудованием сложную задачу — обеспечить безопасность мореплавания судов такого типа. В решении этой задачи важное место занимает создание гирокомпасов, которые могли бы при высокой скорости, а следовательно, и лучшей маневренности судов, вырабатывать истинный курс с высокой точностью. Этому требованию в большой степени отвечают гирокурсоуказатели с электромагнитным управлением.
Основное отличие гирокомпасов с электромагнитным управлением от ранее известных типов заключается в том, что в них в качестве чувствительного элемента (ЧЭ) используется астатический гироскоп, а для придания ему компасных свойств применяются датчики моментов, действующих по осям прецессии гироскопа в зависимости от угла отклонения его главной оси от плоскости горизонта.
Угол отклонения главной оси гироскопа измеряется физическим маятником, установленным на камере гироскопа, но не накладывающим моментов на гироскоп. Такой маятник (его лучше называть индикатором горизонта) вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный углу отклонения главной оси гироскопа от плоскости горизонта. После соответствующего преобразования этот сигнал используется для возбуждения датчиков момента.
В обычных гирокомпасах измерение угла отклонения главной оси гироскопа от плоскости горизонта и наложение управляющих моментов на гироскоп выполняются одним элементом — физическим маятником, жестко связанным с гироскопом или гироскопическим ЧЭ — гиросферой. Если понимать под методом управления гироскопом способ наложения управляющих моментов, то в отличие от классических гирокомпасов с непосредственным управлением от физического маятника схему нового гирокомпаса, у которого физический маятник играет роль только индикатора горизонта, часто называют гирокомпасом с косвенным управлением. В этом гирокомпасе ЧЭ — трехстепенной поплавковый гироскоп, связь которого с Землей осуществляется посредством индикатора горизонта, а наложение управляющих моментов на гироскоп производится через торсионы при помощи следящих приводов. В зависимости от характера управляющих моментов курсоуказатель может работать в двух режимах: гирокомпаса и гироазимута — гироскопа направления.
ТТХ гирокомпаса «Вега»
«Вега» является двухрежимным корректируемым гироскопическим курсоуказателем (ГКУ) с косвенным управлением. Этот малый по размерам прибор со сравнительно высокими точностными, параметрами рассчитан на работу в условиях больших инерционных возбуждений.
Подвес чувствительного элемента жидкостно-терсионный. Период незатухающих колебаний в расчетной (60°) широте «150 мин. Нормальная работа ГКУ возможна в широтах до 80° в одном из режимов: ГК (основной режим) при скорости до 50 уз и гироазимут (вспомогательный режим) до 70 уз.
Точность показаний ГКУ в режиме ГК при различных условиях плавания в широтах меньше 70° характеризуется следующими цифрами: погрешность на неподвижном судне ± 0,5°; погрешность на прямом курсе при постоянной скорости до 30 уз и качке с амплитудой 2°±0,8°, с амплитудой 25° ± 1,5°, погрешность при маневрировании на скоростях до 30 уз достигает ±2°. Вообще ГКУ выдерживает воздействие качки с амплитудой 45° и рыскания судна со скоростью 12° в секунду при амплитуде рыскания 30°. В режиме гироазимута допустимая скорость дрейфа ±1° в час. Время ускоренного приведения ГКУ в меридиан 60 мин. Предельная погрешность синхронной передачи ±0,1°. В связи с высокой рабочей температурой поддерживающей жидкости (75°С) введен электрический подогрев. Гарантийный срок работы гироблока 10000 ч. Время непрерывной работы ГКУ 2000 ч.
Питание ГКУ осуществляется от судовой сети трехфазного переменного тока (380 или 220 В, 50 Гц).
Устройство и принцип работы курсоуказателя.
Принципиальное устройство двухрежимного курсоуказателя с электромагнитным управлением показано на рис. 1.1.
Гиромотор заключен в герметически запаянную сферу — поплавок 1 , состоящую из двух полусфер, соединенных между собой короткой цилиндрической шейкой. Гиросфера помещена во внешнюю следящую сферу 2, и пространство между ними заполнено тяжелой вязкой (поддерживающей) жидкостью 3. Плотность поддерживающей жидкости и вес гиросферы выбраны так, что при определенной температуре жидкости гиросфера приобретает нейтральную плавучесть. Рабочая температура поддерживается автоматически системой терморегулирования.
Гиросфера связана со следящей сферой двумя парами торсионов, которые служат для наложения на гироскоп управляющих моментов и центрирования гиросферы относительно следящей сферы. Вертикальные торсионы 6 одним концом закреплены в корпусе следящей сферы, а другим — в кардановом кольце 9, свободно охватывающем шейку гиросферы. Горизонтальные торсионы 11 одним концом прикреплены к оболочке гиросферы, а другим—к карданному кольцу гироскопа. Жесткость на кручение пары вертикальных торсионов и жесткость пары горизонтальных торсионов рассчитаны определенным образом, исходя из конструктивных параметров прибора.
Все четыре торсиона установлены в плоскости, перпендикулярной оси собственного вращения гироскопа, и позволяют следящей сфере поворачиваться относительно гиросферы .вокруг горизонтальных или вертикальных торсионов и вместе с оболочкой гиросферы — вокруг оси кинетического момента.
Питание на гиромотор и статоры двухкомпонентных датчиков угла 4, расположенных по оси собственного
вращения гироскопа на противоположных сторонах гиросферы 1, подается по гибким спиральным токоподводам 8, свободно навитым вокруг торсионов или через сами торсионы.
Следящая сфера 2 имеет снаружи цапфы, расположенные параллельно оси собственного вращения гироскопа, посредством которых она свободно подвешена на подшипниках в горизонтальном внутреннем кольце 10 стабилизированного карданова подвеса.
Горизонтальное кольцо 10 подвешено по оси, параллельной оси горизонтальных торсионов, в вертикальном внешнем кольце подвеса 5, которое может поворачиваться вокруг вертикальной оси, образованной подшипниками, установленными в корпусе прибора. Прибор своим основанием крепится к палубе.
Вертикальное кольцо 5 приводится во вращение через зубчатую передачу двигателем азимутальной стабилизации 13, установленным в корпусе прибора. Это вращение передается на вертикальные торсионы, которые накладывают на гироскоп вертикальный момент. В вертикальном кольце .5 установлен двигатель горизонтальной стабилизации 12, который через зубчатую передачу поворачивает горизонтальное кольцо 10 вокруг его оси подвеса, закручивая горизонтальные торсноны и накладывая таким образом на гироскоп горизонтальный момент. Стабилизация следящей сферы в горизонте вокруг оси ее подвеса осуществляется смещением вниз центра тяжести сферы относительно оси подвеса.
Двухкомпонентные индукционные датчики угла, статоры которых расположены на гиросфере 1, а съемные (роторные) обмотки закреплены на следящей сфере 2, вырабатывают напряжения, пропорциональные углам рассогласования между гиросферой и следящей сферой относительно вертикальных и горизонтальных торсионов. Датчики угла включены по дифференциальной схеме, что исключает погрешности в измерении углов рассогласования, вызываемые линейными перемещениями гиросферы относительно следящей сферы. Сигналы рассогласования от датчиков угла через усилители стабилизации 14, расположенные в самом приборе, поступают на соответствующие двигатели, которые обеспечивают непрерывные согласования следящей сферы 2 с гиросферой /. Таким образом, прибор работает в режиме свободного гироскопа.
Для превращения свободного гироскопа в гирокомпас необходимо наложить на гироскоп моменты вокруг горизонтальной xx и вертикальной zz осей, пропорциольные углу отклонения главной оси гироскопа от плоскости горизонта.
Связь гироскопа с плоскостью горизонта осуществляется при помощи индикатора горизонта 7, представляющего собой высокочувствительный физический маятник с индукционным съемом сигнала, задемпфированный вязкой жидкостью.
Индикатор горизонта 7 можно установить непосредственно на гиросфере 1 или следящей сфере 2. Однако из конструктивных соображений он установлен на следящей сфере так, что реагирует только на отклонения оси подвеса yy следящей сферы от плоскости горизонта и вырабатывает напряжение, пропорциональное этому отклонению. Сигнал индикатора горизонта 7 суммируется в противофазе с сигналами датчиков угла, и разность этих сигналов подается через усилители на двигатели стабилизации 12 или 13.
Двигатели 12, 13 приводят во вращение следящую сферу 2 относительно горизонтальных и вертикальных торсионов до тех пор, пока сигнал индикатора горизонта 7, поданный в схему суммирования в определенном масштабе, не сравняется с сигналом от соответствующего датчика угла. Горизонтальные и вертикальные торсионы окажутся закрученными на углы, пропорциональные углу отклонения главной оси гироскопа от горизонта, что обеспечивается схемой суммирования сигналов. Момент, прикладываемый вследствие этого горизонтальными торсионами 11 к гироскопу, аналогичен маятниковому моменту обычных маятниковых гирокомпасов. Под действием этого момента гироскоп прецессирует в азимуте, совершая незатухающие колебания около меридиана.
mirznanii.com
Размещено на
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА
ФГОУ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Московская государственная академия водного транспорта
Кафедра "Управление судном и технические средства судовождения"
Курсовая работа
По дисциплине: "Технические средства судовождения"
МОСКВА 2013 г.
Содержание
гирокомпас следящая репитерная курсоуказание
Сигнальный мостик состоит из переменных сопротивлений ф1, ф2, и постоянных сопротивлений R1, R2.
Роль переменных сопротивлений ф1 и ф2 исполняют жидкостные резисторы, сопротивление которых определяется величиной столбика поддерживающей жидкости между следящими электродами на ЧЭ и следящей сфере. В исходном положении (курс судна постоянный) расстояния между электродами на ЧЭ и следящей сфере одинаковы, ф1=ф2 и сигнальный мостик находится в равновесии, т.е.ua = Uc=О. При изменении курса нарушается равенство сопротивлений ф1 ф2, появляется сигнал Uc ?0, показывающий направление и величину рассогласования.
Магнитный усилитель включает фазовый трансформатор ФТ, два выпрямителя и два магнитных усилительных дросселя.
Фазовый трансформатор предназначен для выработки опорного напряжения Uо. Вторичная обмотка трансформатора состоит из двух одинаковых частей I и II. Напряжение, снимаемое с каждой из полуобмоток, выпрямляется соответственно выпрямителями и подается на управляющие обмотки усилительных дросселей.
Первичная обмотка I фазового трансформатора питается от первой и третьей фаз трехфазной цепи, через ограничительный резистор R 3. Хотя существуют различные схемы магнитных усилителей, суть их действия сводится к следующему. На трехстержневом сердечнике из пермаллоя уложены две обмотки (рис.10): на среднем - управляющая обмотка Wy, питаемая постоянным током iе, на крайних - обмотка возбуждения Wв, состоящая из двух частей и подключенная через нагрузочный резистор Rн к источнику переменного напряжения Uв. При постоянстве угловой частоты и переменного тока и активного сопротивления цепи Rн ток в обмотке возбуждения (в рабочей обмотке) определяется только ее индуктивностью L, величина которой зависит от степени намагниченности сердечника.
Индуктивность L, как известно, пропорциональна магнитной проницаемости м сердечника. Напомним, что м = В/Н, где В - магнитная индукция сердечника.
Характер изменения м у пермаллоя в зависимости от напряжения намагничивающего поля графически изображен в виде кривой Отмечается большая крутизна характеристики при определенных значениях Если задать начальное подмагничивание Но, пропуская небольшой опорный ток iе по управляющей обмотке, то можно добиться исходной магнитной проницаемости м0, соответствующей середине самой крутой части характеристики (рабочая точка 0). Тогда при незначительном i увеличении или уменьшении подмагничивания Но, например за счет тока сигнала iе, резко соответственно уменьшится (или увеличится) магнитная проницаемость сердечника. А это приводит к значительным изменениям индуктивности L и, следовательно, тока в обмотке возбуждения.
На этом и основана работа магнитного усилителя: с помощью слабого сигнала iе постоянного тока, подаваемого на управляющую обмотку, можно изменять более мощный ток iв в обмотке возбуждение.
Рабочие обмотки дросселя включены по мостиковой схеме. При прохождении по управляющим обмоткам одинакового по величине опорного тока iо их индуктивные сопротивления равны и рабочий мостик находится в равновесии. В этом случае на выходе магнитного усилителя напряжения нет. Очевидно, что в управляющей обмотке исполнительного двигателя ИД, являющейся нагрузкой усилителя, тока тоже нет.
Исполнительный двигатель является асинхронным двигателям однофазного тока. В его статоре уложены взаимно перпендикулярно обмотки возбуждения (0В) и обмотки управления (0У).0В подключена к первой 27 и второй 28 фазам трехфазной цепи через выключатель Вк. Для получения вращающегося магнитного поля необходимо иметь сдвиг токов по фазе в обмотке на 180°. С этой целью в цепь ОУ включены конденсаторы C1 и С2, обеспечивающие взаимный сдвиг токов по фазе в обмотках на 90°. Сдвиг токов по фазе еще на 90° обусловлен геометрией расположения обмоток. Таким образом, в исходном положении при отсутствии сигнала о рассогласовании исполнительный двигатель не При постоянстве угловой частоты и переменного тока и активного сопротивления цепи Rн ток в обмотке возбуждения (в рабочей обмотке) определяется только ее индуктивностью L, величина которой зависит от степени намагниченности сердечника. Индуктивность L, как известно, пропорциональна магнитной проницаемости м сердечника. Напомним, что м = В/Н, где В - магнитная индукция сердечника.
Характер изменения м у пермаллоя в зависимости от напряжения намагничивающего поля. Отмечается большая крутизна характеристики при определенных значениях Н. Если задать начальное подмагничивание Но, пропуская небольшой опорный ток iе по управляющей обмотке, то можно добиться исходной магнитной проницаемости м0, соответствующей середине самой крутой части характеристики (рабочая точка 0). Тогда при незначительном i увеличении или уменьшении подмагничивания Но, например за счет тока сигнала iе, резко соответственно уменьшится (или увеличится) магнитная проницаемость сердечника. А это приводит к значительным изменениям индуктивности L и, следовательно, тока в обмотке возбуждения.
На этом и основана работа магнитного усилителя: с помощью слабого сигнала iе постоянного тока, подаваемого на управляющую обмотку, можно изменять более мощный ток iв в обмотке возбуждение.
Рабочие обмотки дросселя включены по мостиковой схеме. При прохождении по управляющим обмоткам одинакового по величине опорного тока iо их и...
www.tnu.in.ua
