第二章 二自由度陀螺及應(yīng)用

1、第第二二章章二自由度陀螺及應(yīng)用二自由度陀螺及應(yīng)用l1、二自由度陀螺的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)l2、速度陀螺儀原理l3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀l4、角速度傳感器回目錄1 1、二自由度陀螺的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、二自由度陀螺的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)l一、二自由度陀螺的進(jìn)動(dòng)：1、二自由度陀螺的進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象：圖2-1l作用：可以用來(lái)測(cè)量飛機(jī)的角速度和角位移。2、二自由度陀螺的進(jìn)動(dòng)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(guò)90度的方向。3、二自由度陀螺進(jìn)動(dòng)與三自由度陀螺進(jìn)動(dòng)的區(qū)別：l三自由度陀螺在常值外力矩作用下是等速度進(jìn)動(dòng)；二自由度陀螺在常值牽連角速度作用下是加速進(jìn)動(dòng)。回目錄1 1、二自由度陀螺的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)（續(xù)）、二自由度陀螺的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)（續(xù)）

2、l三自由度陀螺在外力矩消失后立即停止運(yùn)動(dòng)；二自由度陀螺在牽連角速度消失后維持等角速度進(jìn)動(dòng)。l二、二自由度陀螺的受迫運(yùn)動(dòng)當(dāng)二自由度陀螺沿內(nèi)框軸有外力矩作用時(shí)，它就產(chǎn)生受迫運(yùn)動(dòng)：圖2-2。這個(gè)性質(zhì)說(shuō)明：二自由度陀螺沒(méi)有穩(wěn)定性。回目錄2 2、速度陀螺儀原理、速度陀螺儀原理l二自由度速度陀螺儀：利用二自由度陀螺測(cè)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）l一、速度陀螺儀的基本原理組成及作用（圖2-3）：l二自由度陀螺：當(dāng)飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)，產(chǎn)生陀螺力矩。l平衡彈簧：產(chǎn)生彈性力矩以平衡陀螺力矩。l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(dòng)迅速衰減，當(dāng)內(nèi)框停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，阻尼力矩消

3、失。它只是改善了速度陀螺儀工作的穩(wěn)定性，對(duì)內(nèi)框穩(wěn)定的最終位置并沒(méi)有影響。回目錄2 2、速度陀螺儀原理（續(xù)）、速度陀螺儀原理（續(xù)）l二、內(nèi)框轉(zhuǎn)角公式：L= H牽*COSMK=k平衡時(shí)：MK=L所以H牽=K=H牽/K H/K是比例系數(shù)回目錄3 3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀l轉(zhuǎn)彎儀：一種速度陀螺儀。用來(lái)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。指示飛機(jī)在某一飛行速度下無(wú)側(cè)滑轉(zhuǎn)彎時(shí)的傾斜角。l側(cè)滑儀：用來(lái)指示飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)有無(wú)側(cè)滑及側(cè)滑的方向?；啬夸浕啬夸浕啬夸? 3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）l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

4、機(jī)構(gòu)等）。圖2-52、原理：l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(shí)： 當(dāng)飛機(jī)向左轉(zhuǎn)彎時(shí)： 當(dāng)飛機(jī)向右轉(zhuǎn)彎時(shí)：（結(jié)合圖2-5進(jìn)行說(shuō)明）l飛機(jī)繞橫軸或縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)彎儀為什么不指示？（結(jié)合圖2-5進(jìn)行說(shuō)明）回目錄3 3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）l二、轉(zhuǎn)彎儀的內(nèi)框轉(zhuǎn)角公式：圖2-6=-k=Hcosk=Hcos(-) =H(coscos+sinsin)當(dāng)較小時(shí)：sin cos1k=H(cos+sin)=Hcos/（K-H sin）回目錄3 3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）l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(wú)側(cè)滑轉(zhuǎn)彎時(shí)的傾斜角？（圖2-7）F合=G*tgF離=m

5、VF合=F離所以mV=G*tgtg= mV /mg=V /g =g*tg/V而：=Hcos（-） /K當(dāng)較小時(shí)有：=H cos/K =gHsin/VK回目錄3 3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）所以轉(zhuǎn)彎儀可以測(cè)量飛機(jī)在某一速度下作無(wú)側(cè)滑轉(zhuǎn)彎飛行時(shí)的傾斜角。l四、電動(dòng)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3 3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）l五、側(cè)滑儀：用來(lái)指示飛機(jī)有無(wú)側(cè)滑和側(cè)滑方向的儀表（一）、飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生側(cè)滑的原因和測(cè)量飛機(jī)側(cè)滑的基本原理l1、

6、飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生側(cè)滑的原因l飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)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(wú)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。 l2、測(cè)量飛機(jī)側(cè)滑的基本原理：圖2-11l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(yùn)動(dòng)情況和飛機(jī)的側(cè)滑情況一樣，通過(guò)測(cè)量擺錘的運(yùn)動(dòng)情況就可以測(cè)量飛機(jī)的側(cè)滑情況?；啬夸? 3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）（二）、側(cè)滑儀工作原理l無(wú)側(cè)滑轉(zhuǎn)彎： 小球在中央（圖2-12）l飛機(jī)外側(cè)滑：小球偏外（圖2-13）l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）l六

7、、技術(shù)性能及性能分析：回目錄 3 3、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀（續(xù)）l七、轉(zhuǎn)彎儀一般常見(jiàn)故障分析：1、指示不準(zhǔn)確：l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(rùn)滑狀況不良）l平衡彈簧的彈性系數(shù)發(fā)生變化l陀螺不平衡l內(nèi)框軸承的摩擦過(guò)大2、停滯誤差大：l內(nèi)框軸承摩擦過(guò)大l阻尼器的阻尼作用過(guò)大l平衡彈簧的彈性系數(shù)變小回目錄4、角速度傳感器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l一、比例式角速度傳感器：1、定義：是指輸出信號(hào)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）l二自由度陀螺儀（包括陀螺電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)子、陀螺房等）：作用是產(chǎn)生陀螺力矩l定位彈簧（平衡彈簧）：作用是產(chǎn)生彈性力矩?；啬夸?、角速度傳感器（續(xù)）角速度傳感器（續(xù)）l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）。l信號(hào)傳感器：把輸出轉(zhuǎn)角變換成成比例的電信號(hào)（工作原理：圖2-16；輸出特性：圖2-17）。l“零”位調(diào)整機(jī)構(gòu)：使傳感器在被測(cè)角速度為“0”時(shí)，輸出為“0”。4、技術(shù)性能5、安