第三章 陀螺与姿态系统仪表.ppt

三、转弯仪的内框转角公式 陀螺自转轴横向安装时，内框转角公式为： 陀螺自转轴纵向安装时，内框转角公式为： 同样大小的倾斜角，对自转轴纵向安装的转弯仪影响要大一些，所以，转弯仪的陀螺自转轴一般都是横向安装。 图3-2-4 无侧滑转弯时，倾斜角同惯性离心力和重力的关系 第三节 航空地平仪 一、地平仪的工作原理 地平仪是测量飞机俯仰角和倾斜角的姿态仪表。 地垂线是通过物体重心与地球中心的直线，也就是物体受地心引力作用的方向线，它始终垂直与地平面。 单摆在静基座情况下，它的轴线可以稳定在当地的地垂线方向，而当基座作变速运动时，则要偏离当地的地垂线位置。由此可以看出，单摆可以自动测出地垂线，但不稳定。 地平仪的基本原理，就是用单摆来测量地垂线，用三自由度陀螺来稳定摆所测出的地垂线。 一、地平仪的工作原理 （一）地平仪的基本组成环节和姿态角的测量原理 利用摆和陀螺配合来模拟地垂线（？） 摆式地垂修正器 三自由度陀螺 指示部分 控制机构 姿态角的测量 地平仪采用了摆和陀螺联合工作的方法，即用摆的位置控制陀螺的自转轴位置。用陀螺自转轴模拟出地垂线来完成。 当陀螺的自转轴偏离地垂线位置时，产生一个与摆的偏差，将使修正器产生一信号带动执行机构使陀螺自转轴进动，直至陀螺垂线与摆垂线重合。当陀螺自转轴稳定在地垂线位置时，修正机构不会产生力矩，陀螺不会受外力矩作用，自转轴稳定不动。 一、地平仪的工作原理（续） （二）地垂修正器的工作原理 通过水平修正仪控制纵向、横向修正机构中控制电路的电流分配比例，产生修正力矩。 纵向修正机构：俯仰角，外框轴产生力矩 横向修正机构：倾斜角，内框轴产生力矩 有直读式、远读式地平仪之分。 液体摆 第四节 姿态系统 近代飞机使用的姿态系统，亦称姿态基准系统、垂直陀螺系统或地平仪系统 图3-4-1 姿态系统 第三章 陀螺与姿态系统仪表 概述 飞机上用的姿态系统仪表，主要是指测量飞机姿态角和姿态角速度的一些仪表。 飞机上使用的姿态显示仪表主要是指地平仪，其次是指转弯仪和测滑仪。地平仪能直接显示出飞机在空中的俯仰角和倾斜角，转弯仪和测滑仪能帮助飞行员鉴别飞机在空中有无转弯和测滑现象。 第一节 陀螺原理 一、陀螺和陀螺仪 陀螺：能够绕定轴作高速旋转的物体称为陀螺。 高速旋转的明显特征是能够稳定地直立在地面。 特点：高速旋转的物体具有保持其自转轴方向不变的特性。 图3-1-1 地转子 一、陀螺和陀螺仪（续） 在实际的应用过程中，陀螺是采用二个(或一个)可以自由转动的框架支撑起来的，这种用支架支撑起来的陀螺称作陀螺仪。 陀螺成飞轮状，叫做转子； 支撑转子轴的框架为内框，而支撑内框轴的框架为外框； 另外还有支撑外框的底座。 一、陀螺和陀螺仪（续） 转子在内框中高速旋转，其旋转轴称自转轴，旋转角速度称为自转角速度。 内框可以绕内框轴相对于外框自由转动；外框又可以绕外框轴相对于支架自由转动。 上述这两种转动的角速度对陀螺来讲称为牵连角速度，自转轴与内框轴相垂直，内框轴与外框轴相垂直，且三轴轴线交于一点，该点称为陀螺的支点。整个陀螺可以绕支点做任意方向的转动。 陀螺有三自由度和二自由度之分 图3-1-2 陀螺仪 图3-1-4 二自由度陀螺 二、三自由度陀螺的特性 （一）稳定性 三自由度陀螺能够保持其自转轴在其惯性空间的方向不发生变化的特性。 具体表现为定轴性和章动。 定轴性：当陀螺高速转动时，在不受外力矩的作用，无论底座如何转动，支承在万向支架上的陀螺自转轴指向惯性空间方位不变的特性。 图3-1-5 三自由度陀螺的定轴性试验 （a） 在两极 （b）在赤道陀螺自转轴相对地球的运动 二、三自由度陀螺的特性（续） 章动：陀螺稳定性的另一种表现形式，是当高速转动的陀螺转子受到瞬间冲击力矩的作用时，自转轴在原位附近作为小的圆锥运动，且转子轴的方向基本不变。 图3-1-6 章动 二、三自由度陀螺的特性（续） 决定稳定性好坏的因素 陀螺转子的自转角速度 陀螺转子相对自转轴的转动惯量 陀螺自转轴与外框轴间的垂直度 因此，要提高陀螺的稳定性就要加大陀螺的动量矩（即增大转子质量或自转角速度），提高三轴的垂直度。 二、三自由度陀螺的特性（续） （二）进动性 当三自由度陀螺受外力矩作用时，陀螺仪并不在外力矩的作用平面内产生运动，而是在与外力矩作用平面相垂直的平面内运动。陀螺的这种特性称作进动性。 陀螺的进动方向与转子自转方向和外力矩方向有关。 其规律为：陀螺受外力矩作用时自转角速度矢量沿最短的路线向外力矩矢量运动。 图3-1-7 陀螺的进动性 二、三自由度陀螺的特性（续） 决定进动角速度大小的因素 三自