第一章陀螺羅經(jīng)原理

1、概述一：航海儀器的分類(lèi)概述一：航海儀器的分類(lèi)磁羅經(jīng)磁羅經(jīng)(Magnetic-compass)航航海海儀儀器器無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航儀器：無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航儀器： 電航儀器：電航儀器： 陀螺羅經(jīng)陀螺羅經(jīng)(Gyrocompass) 測(cè)深儀測(cè)深儀(Echo-sounder) 計(jì)程儀計(jì)程儀(ships log)概述二：電航儀器的作用概述二：電航儀器的作用指示航向指示航向northheading900180270真北船首向航向概述二：電航儀器的作用概述二：電航儀器的作用測(cè)量水深（測(cè)深儀）測(cè)量水深（測(cè)深儀） D M UHDh概述二：電航儀器的作用概述二：電航儀器的作用測(cè)量航速（計(jì)程儀）測(cè)量航速（計(jì)程儀）D M UV第一部分第

2、一部分 陀螺羅經(jīng)陀螺羅經(jīng)第一章第一章 陀螺羅經(jīng)的指北原理陀螺羅經(jīng)的指北原理第一節(jié)第一節(jié) 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí) 一、轉(zhuǎn)子及其動(dòng)量矩一、轉(zhuǎn)子及其動(dòng)量矩( )H角速度角速度Ho角速度轉(zhuǎn)動(dòng)慣量動(dòng)量矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)(JJH)(VmP動(dòng)量相同方向與其理量代表轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)強(qiáng)弱的物,:HM二、轉(zhuǎn)子所受的力矩（二、轉(zhuǎn)子所受的力矩（ ）FrO力力臂力矩FrMM的方向判定的方向可由右手定則已知MF三、動(dòng)量矩定理三、動(dòng)量矩定理dtpddtvdmmaF運(yùn)動(dòng)定理：直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中的牛頓第二dtHddtdJJM矩定理：轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)中的動(dòng)量動(dòng)量矩定理動(dòng)量矩定理 動(dòng)量矩對(duì)時(shí)間的變化率動(dòng)量矩對(duì)時(shí)間的變化率 = 外力矩外力矩四、賴(lài)柴爾定理四、賴(lài)柴爾定理

3、uMu 對(duì)于繞定軸高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)對(duì)于繞定軸高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，在垂直于動(dòng)量矩方向的外子，在垂直于動(dòng)量矩方向的外力矩（力矩（ ）作用之下，動(dòng)量矩）作用之下，動(dòng)量矩矢端將產(chǎn)生線(xiàn)速度（矢端將產(chǎn)生線(xiàn)速度（ ），且），且uMuMdtHd即：動(dòng)。行或共線(xiàn)時(shí)，不產(chǎn)生進(jìn)（或轉(zhuǎn)軸）平與注：當(dāng)HMHoMM二、轉(zhuǎn)子所受的力矩（二、轉(zhuǎn)子所受的力矩（ ）FrO力力臂力矩FrMM的方向判定的方向可由右手定則已知MF第二節(jié)第二節(jié) 陀螺儀及其特性陀螺儀及其特性 1.陀螺陀螺(Gyro):繞繞回轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)體的對(duì)稱(chēng)軸的對(duì)稱(chēng)軸高速高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)的剛體剛體。（對(duì)稱(chēng)軸。（對(duì)稱(chēng)軸=主軸）主軸） 2.陀螺儀陀螺儀(Gyroscope):工程上，工

4、程上，陀陀螺螺及其及其懸掛裝置懸掛裝置的總體。的總體。一、定義：一、定義：二、陀螺儀結(jié)構(gòu)二、陀螺儀結(jié)構(gòu)1.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2.主軸（主軸（ox）3.內(nèi)環(huán)（內(nèi)環(huán)（oY水平軸）水平軸）4.外環(huán)（外環(huán)（oz垂直軸）垂直軸）5.主軸的三自由度主軸的三自由度兩個(gè)重要定義：兩個(gè)重要定義： 平衡陀螺儀平衡陀螺儀 自由陀螺儀自由陀螺儀二、陀螺儀結(jié)構(gòu)二、陀螺儀結(jié)構(gòu)兩個(gè)重要定義：兩個(gè)重要定義： 平衡陀螺儀平衡陀螺儀: 若三自由度陀螺儀的重心與其若三自由度陀螺儀的重心與其支架點(diǎn)相重合，這種陀螺儀稱(chēng)為平衡陀螺儀。支架點(diǎn)相重合，這種陀螺儀稱(chēng)為平衡陀螺儀。自由陀螺儀：自由陀螺儀：不受任何外力矩作用的三自由不受任何外力矩作用的三自

5、由度平衡陀螺儀稱(chēng)為自由陀螺儀。度平衡陀螺儀稱(chēng)為自由陀螺儀。三、陀螺儀特性三、陀螺儀特性 （通電演示）（通電演示）1.定軸性：定軸性： 在不受任何在不受任何外外力矩力矩作用時(shí)，自由作用時(shí)，自由陀螺儀主軸將保持陀螺儀主軸將保持其其慣性空間慣性空間初始指初始指向不變。向不變。三、陀螺儀特性三、陀螺儀特性 （通電演示）（通電演示）2.進(jìn)動(dòng)性：進(jìn)動(dòng)性： 在在垂直于垂直于主軸的主軸的外外力矩力矩作用下，陀螺儀作用下，陀螺儀主軸主軸動(dòng)量矩矢端動(dòng)量矩矢端將以將以捷徑捷徑趨向于趨向于外力矩。外力矩。MH即為：四、陀螺儀特性的力學(xué)解釋四、陀螺儀特性的力學(xué)解釋uMdtHd根據(jù)動(dòng)量矩定理和賴(lài)柴爾定理根據(jù)動(dòng)量矩定理和賴(lài)

6、柴爾定理:M1.定軸性定軸性 ( =0 )0M 2.進(jìn)動(dòng)性進(jìn)動(dòng)性 ( )五、進(jìn)動(dòng)角速度與外力矩的關(guān)系五、進(jìn)動(dòng)角速度與外力矩的關(guān)系pWuHOMF進(jìn)動(dòng)公式）又則：矢徑角速度根據(jù)：線(xiàn)速度(HMWHWMUMHWUPPP練習(xí)練習(xí)HOMFupW1.右手定則判斷右手定則判斷力矩力矩2.賴(lài)柴爾定理判賴(lài)柴爾定理判斷進(jìn)動(dòng)線(xiàn)速度斷進(jìn)動(dòng)線(xiàn)速度3.判斷進(jìn)動(dòng)角速判斷進(jìn)動(dòng)角速度度第四節(jié)第四節(jié) 地球上自由陀螺儀的視運(yùn)動(dòng)地球上自由陀螺儀的視運(yùn)動(dòng) 及其分析及其分析一、參考坐標(biāo)系一、參考坐標(biāo)系1慣性坐標(biāo)系（慣性坐標(biāo)系（o）2地理坐標(biāo)系（地理坐標(biāo)系（ONWZ。）。）OWZ。No參考坐標(biāo)系參考坐標(biāo)系3.陀螺儀坐標(biāo)系（陀螺儀坐標(biāo)系（OX

7、YZ）高度角高度角：陀螺儀陀螺儀主軸與水平面之間主軸與水平面之間的垂直夾角。的垂直夾角。 上負(fù)下正上負(fù)下正方位角方位角：陀螺儀陀螺儀主軸與子午面之間主軸與子午面之間的水平夾角。的水平夾角。 東負(fù)西正東負(fù)西正Z。WNSEZOXY Question:1.人坐車(chē)前進(jìn)時(shí)感覺(jué)到路兩旁的樹(shù)在不人坐車(chē)前進(jìn)時(shí)感覺(jué)到路兩旁的樹(shù)在不斷地向后運(yùn)動(dòng)，為什么？斷地向后運(yùn)動(dòng)，為什么？2.地球的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？地球上的人看到地球的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？地球上的人看到太陽(yáng)東升西落，是太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)嗎？太陽(yáng)東升西落，是太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)嗎？3.將陀螺儀的主軸初始指向地球上將陀螺儀的主軸初始指向地球上某一方位，人會(huì)看到它的指向始終某一方位，人會(huì)看到它的指向始

8、終不變嗎？不變嗎？二、視運(yùn)動(dòng)概念：二、視運(yùn)動(dòng)概念：v 在地球上的人在地球上的人看到的主軸的運(yùn)動(dòng)與看到的主軸的運(yùn)動(dòng)與人看到的太陽(yáng)或恒星人看到的太陽(yáng)或恒星的運(yùn)動(dòng)具有相似性。的運(yùn)動(dòng)具有相似性。三、地球上看到的陀螺儀視運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象：三、地球上看到的陀螺儀視運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象：HeW(A)北北極極點(diǎn)點(diǎn)處處 現(xiàn)象：地球自西向東旋轉(zhuǎn)一周，陀螺儀現(xiàn)象：地球自西向東旋轉(zhuǎn)一周，陀螺儀主軸在方位上指向改變主軸在方位上指向改變360 。(B)赤道某處赤道某處:現(xiàn)象：地球自西向東旋現(xiàn)象：地球自西向東旋轉(zhuǎn)一周，陀螺儀主軸在轉(zhuǎn)一周，陀螺儀主軸在高度上指向改變高度上指向改變360。 eWHWE2HWE1HWE4HWE3(C)北緯任意某處北

9、緯任意某處v初始時(shí)，設(shè)主初始時(shí)，設(shè)主軸水平指北。軸水平指北。v隨著地球自轉(zhuǎn)，隨著地球自轉(zhuǎn)，主軸指北端與子主軸指北端與子午面出現(xiàn)方位偏午面出現(xiàn)方位偏角角 。 T=6hNS子午面子午面NS子午面子午面T=0(C)北緯任意某處北緯任意某處v初始時(shí)，設(shè)主初始時(shí)，設(shè)主軸水平指北。軸水平指北。v經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)12小時(shí)后，小時(shí)后，主軸指北端與水主軸指北端與水平面出現(xiàn)高度傾平面出現(xiàn)高度傾角角 。 T=12h水平面水平面T=0水平面水平面T=6h結(jié)論：北緯處自結(jié)論：北緯處自由陀螺儀在方位由陀螺儀在方位和高度上均出現(xiàn)和高度上均出現(xiàn)變化。變化。四、地球的自轉(zhuǎn)四、地球的自轉(zhuǎn)Z。WSENAWe We W1 W2PNPS（We

10、:地球自轉(zhuǎn)角速度地球自轉(zhuǎn)角速度 :地理緯度）地理緯度）W1=Wecos（水平分量）（水平分量）W2=Wesin （垂直分量）（垂直分量） W1：在北緯使水平面：在北緯使水平面SENW的東半平面不斷的東半平面不斷下沉，西半平面不斷上下沉，西半平面不斷上升。（南緯相同）升。（南緯相同） 以以北北緯緯A點(diǎn)點(diǎn)為為例例W2：在北緯使子午面：在北緯使子午面S Z。N的的N點(diǎn)不斷向點(diǎn)不斷向W移移動(dòng)。（南緯反之）動(dòng)。（南緯反之）We分解為：分解為：Z。WNSE五、自由陀螺儀主軸指北端的視運(yùn)動(dòng)規(guī)律五、自由陀螺儀主軸指北端的視運(yùn)動(dòng)規(guī)律1.主軸指北端相對(duì)于子午面的視運(yùn)動(dòng)主軸指北端相對(duì)于子午面的視運(yùn)動(dòng)W2 以北緯某點(diǎn)

11、為例以北緯某點(diǎn)為例由于由于W2的影響，的影響，人看到主軸指北端人看到主軸指北端將不斷向東運(yùn)動(dòng)。將不斷向東運(yùn)動(dòng)。V2=HW2-W2V2H南緯處呢？南緯處呢？赤道處呢？赤道處呢？ 2.主軸指北端相對(duì)于水平面的視運(yùn)動(dòng)主軸指北端相對(duì)于水平面的視運(yùn)動(dòng)（以主軸指北端初始偏子午面東側(cè)為例）（以主軸指北端初始偏子午面東側(cè)為例）由于由于W1y ，主軸指主軸指北端一側(cè)水平面不北端一側(cè)水平面不斷下沉，則人看到斷下沉，則人看到主軸指北端將上升。主軸指北端將上升。V1=H W1y =H W1sin HW1 若指北端初始若指北端初始偏西呢？偏西呢？Z。WNSEW1 W1x W1y V1 Z XY H指北端初始偏西：指北端

12、初始偏西：由于由于W1y ，主軸指主軸指南端一側(cè)水平面不南端一側(cè)水平面不斷上升，則人看到斷上升，則人看到主軸指北端將下降。主軸指北端將下降。Z。ESNWW1 W1x W1y V1 Z XY H3.自由陀螺儀主軸指北端的視運(yùn)動(dòng)規(guī)律總結(jié)：自由陀螺儀主軸指北端的視運(yùn)動(dòng)規(guī)律總結(jié)：北緯東偏北緯東偏南緯西偏南緯西偏全球一樣全球一樣?xùn)|升西降東升西降北緯東偏北緯東偏 南緯西偏南緯西偏全球一樣全球一樣?xùn)|升西降東升西降由于由于W2的影響，人看到主軸指北端將不斷向東運(yùn)動(dòng)。的影響，人看到主軸指北端將不斷向東運(yùn)動(dòng)。V2=HW2由于由于W1y ，主軸指北端一側(cè)水平面不斷下沉，則人看到主主軸指北端一側(cè)水平面不斷下沉，則人看

13、到主軸指北端將上升。軸指北端將上升。V1=H W1y =H W1sin HW1 V2W2引起引起W1引起引起V1變化變化變化變化復(fù)習(xí)時(shí)記住的名詞：復(fù)習(xí)時(shí)記住的名詞：1.陀螺儀陀螺儀2.平衡陀螺儀平衡陀螺儀3.自由陀螺儀自由陀螺儀4.定軸性定軸性5.進(jìn)動(dòng)性進(jìn)動(dòng)性一、轉(zhuǎn)子及其動(dòng)量矩一、轉(zhuǎn)子及其動(dòng)量矩( )H角速度角速度Ho角速度轉(zhuǎn)動(dòng)慣量動(dòng)量矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)(JJH)(VmP動(dòng)量相同方向與其理量代表轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)強(qiáng)弱的物,:HM二、轉(zhuǎn)子所受的力矩（二、轉(zhuǎn)子所受的力矩（ ）FrO力力臂力矩FrMM的方向判定的方向可由右手定則已知MFM二、轉(zhuǎn)子所受的力矩（二、轉(zhuǎn)子所受的力矩（ ）FrO力力臂力矩FrMM的方向判定

14、的方向可由右手定則已知MF五、進(jìn)動(dòng)角速度與外力矩的關(guān)系五、進(jìn)動(dòng)角速度與外力矩的關(guān)系pWuHOMF進(jìn)動(dòng)公式）又則：矢徑角速度根據(jù)：線(xiàn)速度(HMWHWMUMHWUPPP第五節(jié)第五節(jié) 變自由陀螺儀為陀螺羅經(jīng)的方法變自由陀螺儀為陀螺羅經(jīng)的方法一、自由陀螺儀不能穩(wěn)定指北的主要原因一、自由陀螺儀不能穩(wěn)定指北的主要原因先回顧自由陀螺儀的視先回顧自由陀螺儀的視運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律W2使得自由陀螺儀指使得自由陀螺儀指北端產(chǎn)生相對(duì)于子午面的北端產(chǎn)生相對(duì)于子午面的運(yùn)動(dòng)，是其不能穩(wěn)定指北運(yùn)動(dòng)，是其不能穩(wěn)定指北的主要原因。的主要原因。Z。WNSEW2-W2V2Hx問(wèn)題：如何克服問(wèn)題：如何克服W2的影響？的影響？v設(shè)法人為產(chǎn)

15、生一個(gè)設(shè)法人為產(chǎn)生一個(gè)U2使其與使其與V2大小相等，方向相反。大小相等，方向相反。v利用陀螺儀的進(jìn)利用陀螺儀的進(jìn)動(dòng)性，施加外力矩，動(dòng)性，施加外力矩，產(chǎn)生產(chǎn)生U2。問(wèn)題：力矩施加問(wèn)題：力矩施加在哪個(gè)軸上？在哪個(gè)軸上？v只能加于水平只能加于水平軸（軸（oY）上。）上。結(jié)論：人為施加水平軸控制力矩（結(jié)論：人為施加水平軸控制力矩（My）克服）克服W2影響。影響。問(wèn)題：如何實(shí)現(xiàn)？問(wèn)題：如何實(shí)現(xiàn)？Z。WNSEHV2U2Z XY W2My二、控制力矩的獲得二、控制力矩的獲得 獲得控制力矩的方法獲得控制力矩的方法重力控制力矩重力控制力矩電磁控制力矩電磁控制力矩重心下移法重心下移法下重式羅經(jīng)下重式羅經(jīng) （如：安

16、許茨系列羅經(jīng)）（如：安許茨系列羅經(jīng)） 重心上移法重心上移法液體連通器液體連通器式羅羅經(jīng)經(jīng) （如：斯伯利系列羅經(jīng)）（如：斯伯利系列羅經(jīng)） 電磁控制法電磁控制法電磁控制羅經(jīng)電磁控制羅經(jīng) （如：阿瑪勃郎系列羅經(jīng)）（如：阿瑪勃郎系列羅經(jīng)） 三、下重式羅經(jīng)的控制力矩三、下重式羅經(jīng)的控制力矩1.下重式羅經(jīng)靈敏（指北）部分的結(jié)構(gòu)：下重式羅經(jīng)靈敏（指北）部分的結(jié)構(gòu)：GZX陀螺球陀螺球陀螺轉(zhuǎn)子陀螺轉(zhuǎn)子重心重心OaHH動(dòng)量矩動(dòng)量矩 指北指北重心重心G下移下移7-8mm2.重心下移后如何使主軸自動(dòng)找北？重心下移后如何使主軸自動(dòng)找北？西西東東XZZ0OGHOGHXZZ0mgmg12地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)西西東東A主軸初始水

17、平指西主軸初始水平指西西西東東XZZ0aOGHOG西西東東HXZZ0mgmg12地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn) My=-mgsina U2= My =-M B主軸初始水平指東主軸初始水平指東水平面之上，水平面之上，0，偏西偏西 ；水平面之下，水平面之下，0， 偏東偏東 ； U2的方向的方向:結(jié)論：在重力控制力矩的作用下主結(jié)論：在重力控制力矩的作用下主軸指北端能自動(dòng)找北。軸指北端能自動(dòng)找北。 = - M sin - M 四、液體連通器羅經(jīng)的控制力矩四、液體連通器羅經(jīng)的控制力矩1.液體連通器羅經(jīng)靈敏（指北）部分的結(jié)構(gòu)：液體連通器羅經(jīng)靈敏（指北）部分的結(jié)構(gòu)：NSXHH動(dòng)量矩動(dòng)量矩 指南（指南（ox軸負(fù)向）軸負(fù)向）

18、連通器內(nèi)裝水銀或硅油連通器內(nèi)裝水銀或硅油OZ地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)2.液體連通器如何使主軸指北端自動(dòng)找北？液體連通器如何使主軸指北端自動(dòng)找北？A主軸指北端（主軸指北端（ox正向）初始水平指東正向）初始水平指東Z0SN西西東東ZX水平面水平面OH2S西西東東ONZ0ZXH1多余液體多余液體mg產(chǎn)生控制產(chǎn)生控制力矩力矩MymgNZ0ZXH地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)西西東東西西HSN東東ZXS水平面水平面B主軸指北端（主軸指北端（ox正向）初始水平指西正向）初始水平指西mg結(jié)論：液體的流動(dòng)能使主軸指北端自動(dòng)找北結(jié)論：液體的流動(dòng)能使主軸指北端自動(dòng)找北。My=2R2Sgsin = M U2=-My=-M 水平面之下，偏

19、東水平面之下，偏東 水平面之上，偏西水平面之上，偏西 U2的方向：的方向：12O陀螺儀視運(yùn)動(dòng)陀螺儀視運(yùn)動(dòng)+控制力矩阻尼力矩控制力矩阻尼力矩陀螺羅經(jīng)陀螺羅經(jīng)MMEWN東東南南西西北北子午面子午面水平面水平面五、下重式羅經(jīng)的等幅擺動(dòng)五、下重式羅經(jīng)的等幅擺動(dòng)1.主軸指北端投影圖：主軸指北端投影圖：PP(, )MMEWN投影面投影面線(xiàn)速度線(xiàn)速度產(chǎn) 生產(chǎn) 生原因原因公式公式規(guī)規(guī) 律律V1（上升（上升/下降）下降）W1V1=HW1方向：方向：東升西降東升西降大?。捍笮。号c與成正比成正比 V2（偏東（偏東/偏偏西）西） W2 V2=HW2 方向：方向：北緯東偏，南緯西偏北緯東偏，南緯西偏大?。捍笮。壕暥纫欢?/p>

20、，緯度一定，V2不不變變 U2（控制線(xiàn)速（控制線(xiàn)速度）度） My（ 控 制（ 控 制力矩）力矩） U2=M方向：方向：水平面之上，水平面之上，U2偏西偏西水平面之下，水平面之下，U2偏東偏東大?。捍笮。号c與成正比成正比 2.主軸指北端運(yùn)動(dòng)線(xiàn)速度主軸指北端運(yùn)動(dòng)線(xiàn)速度3.主軸指北端在投影面上的運(yùn)動(dòng)軌跡：主軸指北端在投影面上的運(yùn)動(dòng)軌跡：NMM（E）（W）ABCDEFGHV1V2V2V2V2V2V2V1V1V2U2U2U2V1U2V1U2V1V1V2U2U2V2vV1隨方隨方位角的增位角的增大而增大大而增大vV2大小大小方向不變方向不變vU2隨高隨高度角的增度角的增大而增大大而增大其運(yùn)動(dòng)軌跡為一橢圓，

21、分析如下：其運(yùn)動(dòng)軌跡為一橢圓，分析如下： U2= My =-M NMM（E）（W）結(jié)論：下重式羅經(jīng)在施加了控制力矩后，其結(jié)論：下重式羅經(jīng)在施加了控制力矩后，其主軸指北端運(yùn)動(dòng)軌跡為一等幅擺動(dòng)的橢圓，并主軸指北端運(yùn)動(dòng)軌跡為一等幅擺動(dòng)的橢圓，并不能穩(wěn)定在子午面上。不能穩(wěn)定在子午面上。橢圓軌跡呈扁橢圓軌跡呈扁平狀。平狀。橢圓運(yùn)動(dòng)周期橢圓運(yùn)動(dòng)周期又稱(chēng)等幅擺動(dòng)又稱(chēng)等幅擺動(dòng)周期（周期（T0）。）。102MWHT4.橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡的特征：橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡的特征：液體連通器羅經(jīng)的等幅運(yùn)動(dòng)分析同下重式羅經(jīng)液體連通器羅經(jīng)的等幅運(yùn)動(dòng)分析同下重式羅經(jīng)第五節(jié)第五節(jié) 擺式羅經(jīng)的減幅擺動(dòng)擺式羅經(jīng)的減幅擺動(dòng)一、阻尼的目的與方法：一、

22、阻尼的目的與方法：MM（E）（W） 將等幅運(yùn)動(dòng)變將等幅運(yùn)動(dòng)變?yōu)闇p幅運(yùn)動(dòng)，最后為減幅運(yùn)動(dòng)，最后衰減至子午面上的衰減至子午面上的某個(gè)穩(wěn)定位置，以某個(gè)穩(wěn)定位置，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定指北。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定指北。2.阻尼的方法阻尼的方法壓縮長(zhǎng)軸法壓縮長(zhǎng)軸法水平軸阻尼法水平軸阻尼法壓縮短軸法壓縮短軸法垂直軸阻尼法垂直軸阻尼法1.阻尼的目的阻尼的目的N3.下重式羅經(jīng)水平軸阻尼的實(shí)現(xiàn)：下重式羅經(jīng)水平軸阻尼的實(shí)現(xiàn)：A阻尼器結(jié)構(gòu)：液體阻尼器沿南北放置，內(nèi)有高粘度硅油。阻尼器結(jié)構(gòu)：液體阻尼器沿南北放置，內(nèi)有高粘度硅油。GO國(guó)產(chǎn)航海國(guó)產(chǎn)航海I型液體阻尼器型液體阻尼器NSGONS德國(guó)安許茨液體阻尼器德國(guó)安許茨液體阻尼器二、水平軸阻尼法二

23、、水平軸阻尼法（為下重式羅經(jīng)所采用）（為下重式羅經(jīng)所采用）1.定義：定義：由阻尼設(shè)備產(chǎn)生水平軸的阻尼力矩以實(shí)現(xiàn)阻由阻尼設(shè)備產(chǎn)生水平軸的阻尼力矩以實(shí)現(xiàn)阻尼的方法尼的方法。要求阻尼力矩引起要求阻尼力矩引起的進(jìn)動(dòng)線(xiàn)速度（的進(jìn)動(dòng)線(xiàn)速度（U3)總是指向子午面?？偸侵赶蜃游缑?。1、3象限象限U3U3U3U3漸次衰減至穩(wěn)定位置漸次衰減至穩(wěn)定位置r1234MM（E）（W）r2.原理：原理：減幅減幅 等幅等幅 2、4象限象限 減幅減幅 等幅等幅B.阻尼液體流動(dòng)的滯后性：阻尼液體流動(dòng)的滯后性：N（E）（W）NSSNNSNSNSNSNSU3U3HNSHHH西側(cè)西側(cè)南端油多南端油多東側(cè)東側(cè)北端油多北端油多結(jié)論：阻尼力

24、矩作用于水平軸上，阻尼線(xiàn)速度（結(jié)論：阻尼力矩作用于水平軸上，阻尼線(xiàn)速度（U3）總是）總是指向子午面，實(shí)現(xiàn)了水平軸阻尼。指向子午面，實(shí)現(xiàn)了水平軸阻尼。（E）（W）子午面子午面rC.阻尼運(yùn)動(dòng)軌跡及穩(wěn)定位置：阻尼運(yùn)動(dòng)軌跡及穩(wěn)定位置：v軌跡：軌跡： 為一衰減的螺旋曲線(xiàn)。為一衰減的螺旋曲線(xiàn)。V2U3U2v穩(wěn)定位置（穩(wěn)定位置（r）：）： 北緯北緯指北偏上指北偏上 南緯南緯指北偏下指北偏下結(jié)論：結(jié)論：下重式羅經(jīng)主軸指北端在水平軸阻尼力矩的作用下，下重式羅經(jīng)主軸指北端在水平軸阻尼力矩的作用下，將等幅運(yùn)動(dòng)變?yōu)樗p運(yùn)動(dòng)，最后穩(wěn)定于子午面上。將等幅運(yùn)動(dòng)變?yōu)樗p運(yùn)動(dòng)，最后穩(wěn)定于子午面上。三、垂直軸阻尼法三、垂直軸阻尼

25、法（為液體連通器羅經(jīng)所采用）（為液體連通器羅經(jīng)所采用）1.定義：由阻尼設(shè)備產(chǎn)生垂直軸阻尼力矩以實(shí)現(xiàn)阻尼定義：由阻尼設(shè)備產(chǎn)生垂直軸阻尼力矩以實(shí)現(xiàn)阻尼的方法的方法。要求阻尼力矩引起要求阻尼力矩引起的進(jìn)動(dòng)線(xiàn)速度（的進(jìn)動(dòng)線(xiàn)速度（U3)總是指向水平面。總是指向水平面。1、3象限象限減幅減幅 等幅等幅 U3U3U3U3漸次衰減至穩(wěn)定位置漸次衰減至穩(wěn)定位置r1234MM（E）（W）r2.原理：原理： 2、4象限象限 減幅減幅 等幅等幅3.液體連通器羅經(jīng)垂直軸阻尼法的實(shí)現(xiàn)：液體連通器羅經(jīng)垂直軸阻尼法的實(shí)現(xiàn)：A阻尼器：陀螺房西側(cè)放置一阻尼重物。阻尼器：陀螺房西側(cè)放置一阻尼重物。YZO阻尼重物阻尼重物mD陀螺房陀

26、螺房YHNSOX西西東東俯視圖俯視圖B.阻尼重物產(chǎn)生垂直軸阻尼力矩（阻尼重物產(chǎn)生垂直軸阻尼力矩（MzD）：）： P31頁(yè)：頁(yè)：MZD=mD g sin*a -MD 主軸指北端在水平面之上主軸指北端在水平面之上:U3U3U3U3所以，可實(shí)現(xiàn)垂直軸阻尼。所以，可實(shí)現(xiàn)垂直軸阻尼。MZD向上，指北端產(chǎn)生的進(jìn)向上，指北端產(chǎn)生的進(jìn)動(dòng)動(dòng)U3向下；向下；主軸指北端在水平面之下主軸指北端在水平面之下:MZD向下，指北端產(chǎn)生的向下，指北端產(chǎn)生的進(jìn)動(dòng)進(jìn)動(dòng)U3向上。向上。v穩(wěn)定位置的分析：穩(wěn)定位置的分析：（E）（W）rV2U2U3rU3V2U2V1（方位誤差）（方位誤差）結(jié)論：液體連通器羅經(jīng)由于采結(jié)論：液體連通器羅經(jīng)

27、由于采用了垂直軸阻尼法，指北端在子用了垂直軸阻尼法，指北端在子午面上無(wú)法穩(wěn)定，因此產(chǎn)生了指午面上無(wú)法穩(wěn)定，因此產(chǎn)生了指向上的誤差向上的誤差。 北緯北緯偏東偏上偏東偏上穩(wěn)定位置：穩(wěn)定位置： 南緯南緯偏西偏下偏西偏下C.阻尼運(yùn)動(dòng)軌跡及穩(wěn)定位置：阻尼運(yùn)動(dòng)軌跡及穩(wěn)定位置：v軌跡：軌跡：v問(wèn)題：主軸指北端衰減終了的問(wèn)題：主軸指北端衰減終了的位置不在子午面上，為什么？位置不在子午面上，為什么？r 為一衰減的螺旋曲線(xiàn)。為一衰減的螺旋曲線(xiàn)。四、羅經(jīng)主軸阻尼運(yùn)動(dòng)的有關(guān)參數(shù)：四、羅經(jīng)主軸阻尼運(yùn)動(dòng)的有關(guān)參數(shù)：TDa1a2阻尼因數(shù)阻尼因數(shù)f: 又稱(chēng)衰減又稱(chēng)衰減因數(shù)，因數(shù)，它表示主軸在方它表示主軸在方位角上減幅擺動(dòng)位角

28、上減幅擺動(dòng)過(guò)程的快慢程度。過(guò)程的快慢程度。 2. 阻尼周期阻尼周期TD： 表示羅經(jīng)作減幅表示羅經(jīng)作減幅擺動(dòng)時(shí)，主軸作阻尼擺動(dòng)時(shí)，主軸作阻尼擺動(dòng)一周所需的時(shí)間。擺動(dòng)一周所需的時(shí)間。ta0f=a1/a2=a3/a4=an/an+1四、羅經(jīng)主軸阻尼運(yùn)動(dòng)的有關(guān)參數(shù)：四、羅經(jīng)主軸阻尼運(yùn)動(dòng)的有關(guān)參數(shù)：TDa1a23. 穩(wěn)定時(shí)間穩(wěn)定時(shí)間t： 從航海的角度從航海的角度來(lái)看，自羅經(jīng)起動(dòng)來(lái)看，自羅經(jīng)起動(dòng)到其指向精度滿(mǎn)足到其指向精度滿(mǎn)足航海要求（航海要求（1）所需的時(shí)間，即為所需的時(shí)間，即為羅經(jīng)的穩(wěn)定時(shí)間。羅經(jīng)的穩(wěn)定時(shí)間。ta0f=a1/a2=a2/a3=an/an+1第六節(jié)第六節(jié) 光纖陀螺羅經(jīng)光纖陀螺羅經(jīng) (Fi

29、ber-Optic Gyrocompass) Navigat 2100 Gyrocompass is the first Solid state ,fully electronic digital Gyrocompass for marine application in strapdown technologydesigned for integrateed bridged and advanced high-speed vessels.一、Significant Features -No moving parts. -Solid state technology. -No maintena

30、nce during service life. - High dynamic accuracy. - Short setting time. -Heading ,roll ,pitch and rate sensor. -Meets all IMO recommendations including high-speed code. 第六節(jié)第六節(jié) 光纖陀螺羅經(jīng)光纖陀螺羅經(jīng) (Fiber-Optic Gyrocompass)二、The fundamental principle of the Fiber-Optic Gyrocompass (1)The invariance of the sp

31、eed of light. (2)The so-called Sagnac effect. 第六節(jié)第六節(jié) 光纖陀螺羅經(jīng)光纖陀螺羅經(jīng) (Fiber-Optic Gyrocompass)三、The Sagnac effect 1. In a circular light path with the radius R, a light wave enters the ring at P(figure 1) . 2. The light wave is split into two waves which in opposite directions,clockwise, counterclockwi

32、se. 第六節(jié)第六節(jié) 光纖陀螺羅經(jīng)光纖陀螺羅經(jīng) (Fiber-Optic Gyrocompass)PRfigure 1三、The Sagnac effect Consequently both light waves will arrive back at the point of entry P simultaneously. What happens when the light path rotates when the light waves are travelling through the ring.PRfigure 1三、The Sagnac effect One wave w

33、ill travel over a longer distance to reach the exit point P, the other wave over a shorter distance.第六節(jié)第六節(jié) 光纖陀螺羅經(jīng)光纖陀螺羅經(jīng) (Fiber-Optic Gyrocompass)figure 2PR三、The Sagnac effect The light path with a radius of R has a circumference of L=2R,the transit time for the path L is: T=L/C, where C is the speed

34、 of light. During the transit time T the light path rotates at a rate of and through an angle = T figure 2PR三、The Sagnac effect The shortening of one light path can be calculateed with I=R as: L-=L-I The increase in the other light path is: L+ =L+I The total difference in path light is: L= L+ -L- =2

35、I =2R figure 2PR三、The Sagnac effect Considering that a wave length is equivalent to a phase angle of 2 , the path difference can be expressed as a phase shift between the two ligth waves: S= 2 L / This phase shift is also called Sagnac phase. figure 2PR 三、The Sagnac effect If the aforementioned relationed r