第3章-測量飛機姿態(tài)的儀表-課件

第3章測量飛機姿態(tài)的儀表測量飛機姿態(tài)角和姿態(tài)角速度的儀表。姿態(tài)顯示儀表主要是地平儀、轉(zhuǎn)彎儀和側(cè)滑儀地平儀和轉(zhuǎn)彎儀是利用陀螺作為敏感元件制成本章重點：1ppt課件3.1陀螺的基本原理

要求：陀螺及分類，陀螺特性及影響因素，表觀運動；激光陀螺定義、原理。本節(jié)是重點。方法：實驗、實例、分析2ppt課件3.1概述(1)陀螺(gyroscope)：測量物體相對慣性空間轉(zhuǎn)角或角速度的裝置。種類：普通剛體轉(zhuǎn)子陀螺、撓性陀螺、激光陀螺、光纖陀螺、粒子陀螺、低溫超導(dǎo)陀螺等。剛體轉(zhuǎn)子陀螺：能夠繞一個支點高速旋轉(zhuǎn)的物體。3ppt課件4ppt課件(2)剛體轉(zhuǎn)子陀螺5ppt課件(2)剛體轉(zhuǎn)子陀螺

結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)子內(nèi)框外框基座6ppt課件(3)剛體轉(zhuǎn)子陀螺分類根據(jù)自轉(zhuǎn)軸具有的自由度：兩自由度陀螺、單自由度陀螺根據(jù)動力：電動、氣動7ppt課件兩自由度陀螺8ppt課件9ppt課件3.2兩自由度陀螺的特性10ppt課件11ppt課件12ppt課件13ppt課件14ppt課件15ppt課件

進(jìn)動方向角動量矢量(或自轉(zhuǎn)角速度矢量)沿最短途徑轉(zhuǎn)向外力矩矢量的方向。右手螺旋法則：將右手大拇指伸直，其余四指以最短路線從角動矢量方向握向外力矩矢量的方向，則大拇指的方向就是進(jìn)動角速度矢量的方向16ppt課件影響進(jìn)動性的因素

ω=M/Hcosθ=M/JΩcosθ（1）轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)角速度Ω越大，進(jìn)動角速度越小，即Ω↑ω↓；（2）轉(zhuǎn)子對自轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量J越大，進(jìn)動角速度越小，即

J↑ω↓；（3）外力矩M越大，進(jìn)動角速度越大，即M↑ω↑；（4）自轉(zhuǎn)軸與外框軸垂直時(θ=0)，進(jìn)動角速度最小，即

θ↓ω↓。17ppt課件特殊情況框架自鎖：如果θ=90°，自轉(zhuǎn)軸與外框軸重合，陀螺失去一個轉(zhuǎn)動自由度?！帮w轉(zhuǎn)”：當(dāng)θ較大，或“框架自鎖”時，陀螺在外力矩的作用下可能會繞內(nèi)、外框軸高速轉(zhuǎn)動。應(yīng)盡量避免陀螺“飛轉(zhuǎn)”。18ppt課件19ppt課件20ppt課件21ppt課件22ppt課件23ppt課件24ppt課件

兩自由度陀螺在地球北極(或南極)，自轉(zhuǎn)軸與地球自轉(zhuǎn)軸垂直，則自轉(zhuǎn)軸在水平面內(nèi)相對地球子午面順時針轉(zhuǎn)動，每24小時轉(zhuǎn)動一周。25ppt課件

陀螺在地球赤道上26ppt課件27ppt課件

陀螺在地球赤道上，自轉(zhuǎn)軸與地平面垂直，則自轉(zhuǎn)軸在垂直平面內(nèi)相對地平面轉(zhuǎn)動，每24小時轉(zhuǎn)動一周。

28ppt課件陀螺放在地球上任意緯度處，自轉(zhuǎn)軸與地平面平行，朝向南北方向，則自轉(zhuǎn)軸方向逐漸改變，相對地球作園錐軌跡運動，每24小時轉(zhuǎn)動一周。29ppt課件

陀螺自轉(zhuǎn)軸與地球自轉(zhuǎn)軸相互平行或重合時（不管陀螺在地球上什么地方），不存在相對運動。30ppt課件結(jié)論：不管陀螺在地球上什么地方，只要陀螺自轉(zhuǎn)軸與地球自轉(zhuǎn)軸不平行或不重合都存在相對運動。

31ppt課件32ppt課件33ppt課件3.3單自由度陀螺的特性34ppt課件35ppt課件

進(jìn)動方向角動量矢量(或自轉(zhuǎn)角速度矢量)沿最短途徑轉(zhuǎn)向基座旋轉(zhuǎn)角速度矢量方向。36ppt課件進(jìn)動特點兩自由度陀螺等速進(jìn)動；兩自由度陀螺在外力矩消失后，立即停止進(jìn)動。y單自由度陀螺加速進(jìn)動；單自由度陀螺在基座旋轉(zhuǎn)停止后，等速進(jìn)動。37ppt課件38ppt課件39ppt課件3.4陀螺儀表的動力源飛機上的陀螺儀表：地平儀、陀螺半羅盤和轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀。它們靠氣源或電驅(qū)動。大多數(shù)輕型飛機上，地平儀和陀螺半羅盤的氣源由真空系統(tǒng)提供，轉(zhuǎn)彎儀由電氣系統(tǒng)供電。40ppt課件41ppt課件42ppt課件43ppt課件44ppt課件飛行期間，應(yīng)重視對真空系統(tǒng)真空度的監(jiān)視。如果真空系統(tǒng)壓力在正常范圍（4.45.2inHg）以外，氣動陀螺儀表（通常指的是氣動地平儀和氣動陀螺半羅盤）的指示不可靠。有些飛機上裝備有真空系統(tǒng)壓力低“GYROS”警告燈，當(dāng)真空系統(tǒng)壓力低于33.5inHg時，該燈燃亮

45ppt課件3.5激光陀螺(lasergyroscope)

（一）概述1、定義應(yīng)用激光技術(shù)測量物體相對慣性空間的角速度和轉(zhuǎn)動角度的光學(xué)裝置。46ppt課件2、優(yōu)點

①結(jié)構(gòu)簡單，沒有活動的機械轉(zhuǎn)子，不存在摩擦，也不受重力加速的影響；②角速度測量范圍很寬，從0.01°/小時到1000°/秒以上；③測量精度很高，可達(dá)0.001°/小時；④能直接提供數(shù)字式輸出，與數(shù)字式計算機聯(lián)接方便；⑤啟動很快，可以說是瞬間啟動，而一般陀螺需要幾分鐘的啟動準(zhǔn)備時間；⑥工作可靠，壽命長，總成本不高等。47ppt課件（二）原理1、組成激光發(fā)生器、光電探測器等

敏感部分：環(huán)形激光腔激光發(fā)生器：用來產(chǎn)生激光。

光電探測器：可以把光信號轉(zhuǎn)變成電信號輸出。48ppt課件2、原理光在激光器環(huán)形光路中行進(jìn)時，

若ω＝0，L1＝L2

，△L＝0

式中：ω為激光器轉(zhuǎn)動角速度；L1、L2為光束1、2的光程；

△L為光束1、2的光程差。49ppt課件若ω≠0，L1≠L2△L＝ω4S／C

即△L∝ω兩束激光的光程差和轉(zhuǎn)速成正比式中：S為環(huán)形光路包圍的面積；C為光速。50ppt課件根據(jù)激光產(chǎn)生的原理，光程越長，波長越長，頻率越小。51ppt課件所以，兩束激光的頻率差和轉(zhuǎn)速成正比52ppt課件利用光電探測器，可以測量兩束激光頻率差(干涉條紋將會移動，其移動速度的大小和方向反映了角速度的大小和方向)，從而得到載體的轉(zhuǎn)速。53ppt課件54ppt課件

設(shè)激光陀螺環(huán)形光路為正三角形L=40cm，測量地球自轉(zhuǎn)角速度，得到△f=8.87Hz；地球轉(zhuǎn)一周時，兩束激光的周期數(shù)差(即脈沖數(shù))為7.66×105個。55ppt課件（三）激光陀螺結(jié)構(gòu)56ppt課件激光陀螺結(jié)構(gòu)57ppt課件應(yīng)用：在現(xiàn)代飛機上，激光陀螺廣泛用作慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的測量元件，用來測量飛機三維轉(zhuǎn)動角速度。結(jié)構(gòu)：三角形氦氖激光器--產(chǎn)生激光；讀出探測器--通過探測干涉條紋測量頻率差；壓電抖動馬達(dá)--減小低速時的閉鎖區(qū)誤差。58ppt課件

轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀是由轉(zhuǎn)彎儀和側(cè)滑儀兩個獨立的儀表組合而成。由于轉(zhuǎn)彎儀和側(cè)滑儀的綜合指示，對于駕駛員保持飛機平直飛行和作無側(cè)滑協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎飛行具有重要作用，因此這兩種儀表一般都組裝在一起。3.2轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀59ppt課件60ppt課件一、功用（1）指示飛機轉(zhuǎn)彎(或盤旋)方向（2）粗略反映轉(zhuǎn)彎的快慢程度（3）有的還能指示飛機在某一真空速時無側(cè)滑轉(zhuǎn)彎的坡度(傾斜角)61ppt課件62ppt課件63ppt課件64ppt課件65ppt課件66ppt課件（1）指示轉(zhuǎn)彎方向

轉(zhuǎn)彎儀內(nèi)部是一個單自由度陀螺，利用單自由度陀螺的進(jìn)動性工作。當(dāng)飛機直線飛行時，內(nèi)框在平衡彈簧作用下，穩(wěn)定在初始位置，指針指在刻度盤中央，表示飛機沒有轉(zhuǎn)彎當(dāng)飛機以一定的角速度向左轉(zhuǎn)彎時，內(nèi)框?qū)㈨槙r針進(jìn)動，直到引起進(jìn)動的力矩(該力矩稱為陀螺力矩)與平衡彈簧的反作用力矩相等為止。內(nèi)框的轉(zhuǎn)角通過撥桿傳送機構(gòu)傳給指針，使指針偏向左方，表示飛機正在向左轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)彎停止后，陀螺力矩消失，內(nèi)框在平衡彈簧作用下回到初始位置，指針回到刻度盤中央飛機向右轉(zhuǎn)彎時，內(nèi)框反時針進(jìn)動，帶動指針向右偏離刻度盤中央，表示飛機正在向右轉(zhuǎn)彎

67ppt課件（2）指示轉(zhuǎn)彎快慢

飛機轉(zhuǎn)彎時引起陀螺進(jìn)動的力矩

L＝ＪΩωcos(γ－α)式中：ω—飛機轉(zhuǎn)彎角速度；γ—飛機傾斜角；

α—內(nèi)框轉(zhuǎn)角。陀螺內(nèi)框轉(zhuǎn)角不大時L≈JΩωcosγ平衡彈簧的力矩為M＝ＫαK—彈性力矩系數(shù)。指針穩(wěn)定時M＝L

∴α＝（JΩ/K）ωcosγ

故，α粗略反映ω。68ppt課件（3）指示飛機無側(cè)滑轉(zhuǎn)彎時的傾斜角

tgγ＝Fi/G而Fi＝mvωG＝mg式中：m—飛機的質(zhì)量；

v—飛機的飛行速度；

g—重力加速度。因此，tgγ＝mvω/mg＝vω/g即ω＝（g/v）tgγ

代入式α＝（JΩ/K）ωcosγ中則

α＝（JΩg/Kv）sinγ

當(dāng)v一定時，α可指示γ。69ppt課件三、指示

當(dāng)小飛機翼尖或指針對準(zhǔn)“L”或“R”標(biāo)線時，表示飛機以標(biāo)準(zhǔn)角速度(3°/秒)轉(zhuǎn)彎。若無側(cè)滑，飛機轉(zhuǎn)360°需要2分鐘時間。這就是轉(zhuǎn)彎儀表面上標(biāo)有“2MIN”字樣的含義。

70ppt課件71ppt課件72ppt課件73ppt課件74ppt課件75ppt課件76ppt課件77ppt課件78ppt課件綜合使用1）接通電源，轉(zhuǎn)速正常(按規(guī)定時間或警告旗收起)后使用。79ppt課件80ppt課件81ppt課件一、基本原理俯仰角：飛機縱軸與地平面的夾角，即飛機繞橫向水平軸轉(zhuǎn)動的角度。

傾斜角：飛機對稱面與通過飛機縱軸所作的鉛垂面之間的夾角，即飛機繞縱軸轉(zhuǎn)動的角度；無俯仰時，也等于飛機橫軸與地平面的夾角。82ppt課件怎樣測量俯仰角和傾斜角？

單擺——具有地垂性，但不穩(wěn)定。陀螺——具有穩(wěn)定性，但不能跟蹤地垂線。83ppt課件84ppt課件二、安裝及測量方法縱向安裝——外框軸平行于飛機縱軸橫向安裝——外框軸平行于飛機橫軸

85ppt課件86ppt課件87ppt課件88ppt課件89ppt課件90ppt課件91ppt課件92ppt課件93ppt課件94ppt課件

分類直讀式：陀螺直接帶動指示遠(yuǎn)讀式：陀螺通過遠(yuǎn)傳帶動指示(又稱為姿態(tài)系統(tǒng)。由陀螺傳感器和指示器組成。）95ppt課件四、修正原理(一)液體擺式地垂修正器結(jié)構(gòu)：液體擺、修正線圈筒等96ppt課件修正原理自轉(zhuǎn)軸在地垂線方向時，氣泡在中央，鐵芯在中央，不產(chǎn)生修正力矩。自轉(zhuǎn)軸偏離地垂線時，氣泡偏移，鐵芯偏移，產(chǎn)生修正力矩。97ppt課件(二)固體擺式地垂修正器

修正速度3°/分，垂直精度0.5°。結(jié)構(gòu)：配重、非穩(wěn)定擺修正器、活動臂等98ppt課件自轉(zhuǎn)軸在地垂線方向時，合重心通過自轉(zhuǎn)軸，無修正力矩。99ppt課件自轉(zhuǎn)軸偏離地垂線時，合重心不通過自轉(zhuǎn)軸，產(chǎn)生修正力矩。100ppt課件五、地平儀的指示認(rèn)讀：小飛機和人工天地線關(guān)系、俯仰和傾斜指示分類：“從飛機看地面”——人工天地線運動，小飛機不動；101ppt課件

“從地面看飛機”——小飛機運動，人工天地線不動。102ppt課件

地面起動要求：（1）轉(zhuǎn)子達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。由時間保證或收警告旗判斷。（2）自轉(zhuǎn)軸處于地垂線方向。由指示停機角反映。方法：適當(dāng)時候上鎖，加快起動。六、使用特點103ppt課件104ppt課件

空中使用105ppt課件

空中使用106ppt課件

空中使用1、平飛

平飛時有一定的迎角，參照升降速度表調(diào)整。107ppt課件2、加速

加或減速時，慣性力使擺偏離地垂線，對陀螺進(jìn)行錯誤修正，使地平儀出現(xiàn)上仰或下俯誤差。用升降速度表和轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀檢查。108pp