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导航原理实验报告
导航原理实验报告
院系:
班级:
学号:
姓名:
成绩:
指导教师签字:
批改日期: 年 月 日
哈尔滨工业大学航天学院
控制科学实验室
实验1 二自由度陀螺仪基本特性验证实验
实验目的
1.了解机械陀螺仪的结构特点;
2.对比验证没有通电和通电后的二自由度陀螺仪基本特性表观;
3.深化课堂讲授的有关二自由度陀螺仪基本特性的内容。
思考与分析
定轴性
设陀螺仪的动量矩为H,作用在陀螺仪上的干扰力矩为Md,陀螺仪漂移角速度为ωd,写出关系式说明动量矩H越大,陀螺漂移越小,陀螺仪的定轴性(即稳定性)越高.
答案:
干扰力矩Md一定时,动量矩H越大,陀螺仪漂移角速度为ωd越小,陀螺漂移越小,陀螺仪的定轴性(即稳定性)越高.
在陀螺仪原理及其机电结构方而简要蜕明如何提高H的量值?
答案:
由公式可知
提高H的量值有四种途径:
陀螺转子采用密度大的材料,其质量提高了,转动惯量也就提高了。
改变质量分布特性。在质量相同的情况下,若质量分布的半径距质心越远,H越大。因此将陀螺转子的有效质量外移,如动力谐陀螺将转子设计成环状。即在陀螺电机定子环中,可做成质量集中分布在环外边缘的环形结构,切边缘部分材质密度大,可提高转动惯量。
增大r,可有效提高转动惯量。
4. 另外可通过采用外转子电机来改变电机质量分布,增大r。改变电机定转子结构:采用外转子,内定子结构的转子电机。
4. 增加陀螺转子的旋转速度。
,
提高电压周波频率 f ——〉n ——H f=400Hz
适当减少极对数 ,如取p=1
适当减少转差率s,可通过减少转子支承轴承摩擦来实现
2.进动性
(1) 在外框架施加一沿x轴正方向作用力矩时,画出动量矩H的进动方向及矢量M,ω,H的关系坐标图。(设定H沿Z轴正方向)并在坐标中标出陀螺仪自转轴的旋转方向n。
在内框架施加一沿Y轴正方向作用力矩时,画出动量矩H的进动方向及矢量M,ω,H的关系坐标图。(设定H沿Z轴正方向)并在坐标中标出陀螺仪自转轴的旋转方向n。
(3) 若改变了陀螺仪自转轴的旋转方向 n 即H是沿坐标Z轴的负方向,仍还是在外框架沿x轴正方向施加一作用力矩时,画出其矢量M,ω,H的关系坐标图。并在坐标图中标出自转轴的旋转方向 n 和 H 的进动方向及陀螺力矩 Mg 的方向。
陀螺动力效应
如果人为的用手指向陀螺仪的内框架(内环)施加力矩时,对于陀螺仪内框架(内环)而言,为什么没有表观出陀螺动力效应?
当人为对陀螺内框架施加外力矩时,外力矩通过内框架传递到转子上,陀螺转子产生绕外框架轴的进动。虽然作用在内框架上的陀螺力矩与施加的外力矩大小相等方向相反,但是因为陀螺转子绕外框架轴进动,会带动了内框架,随着外框架一起转动。因此陀螺内框架不能表现出陀螺动力效应。
实验2 光纤陀螺工作过程演示实验
一、 实验目的
1. 通过演示实验,加深对Sagnac效应的理解;
2. 了解光纤陀螺陀螺数据采集系统;
3. 掌握光纤陀螺结构及应用;
4. 观察光纤陀螺工作过程.
二、思考与分析
1. 萨格奈克效应是什么?
答案:Sagnac效应是法国科学家G.Sagnac于1913年发现的,它构成了现代光学陀螺——激光陀螺和光纤陀螺的理论基础。在一个任意几何形状的闭合光学环路中,从任意一点发出的沿相反方向传播的两束光波,绕行一周返回到该点时,如果闭合光路在其平面内相对惯性空间有旋转,则两束光波的相位将发生变化,这称为Sagnac效应。
2. 光纤陀螺仪按光路系统的不同分类,分为哪几种?
答案:全光纤陀螺,集成光学光纤陀螺,谐振腔型光纤陀螺。
3. 光纤环形干涉仪的基本原理是什么?
答案:
当用光纤环实现闭合光学环路并形成环形干涉仪时,其输出为:
(1)
式中,是入射光的光强;是旋转引起的相位变化,也称为Sagnac相移,它与旋转角速率的关系为:
(2)
式中,为光纤长度;为光纤环的半径;为光波长;为真空中的光速。
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