测量飞机姿态仪表课件.pptx

测量飞机姿态仪表;;陀螺地平仪的外观;;;悬挂的摆锤（单摆）对重力的方向很敏感，其摆线所指示的就是地垂线，也就是说单摆具有地垂性。由于地垂线和水平面是相互垂直的，所以找到地垂线也就等于找到了水平面。建筑工人利用重锤检查墙壁是否垂直，利用气泡水准仪检查地基是否水平就是应用单摆地垂性的最好例证。

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然而，建筑物静止的，飞机是运动的，因此除了重力外还会受到惯性力的作用，使摆线偏离地垂线，因此，摆不具有抵抗干扰的方向稳定性。不能单独用来测量飞机的姿态角。;两自由度陀螺;两自由度陀螺的自转轴是相对惯性空间保持方向稳定。由于地球自转，地垂线相对惯性较间的方向不断改变，而陀螺自转轴相对惯性空间的方向却仍然不变，这就使原来与地垂线相重合的自转轴逐渐偏离地垂线(a)。;并且，飞机又总是相对地球运动，从一个地点飞到另一个地点，地球上不同地点的地垂线相对惯性空间的方向是不同的，而陀螺自转轴相对惯性空间的方向却仍然保持与原来的相同，这也将引起自转轴逐渐偏离地垂线(b)。;此外，实际的陀螺仪总是不可避免地存在着干扰力矩引起的漂移，也会使自转轴偏离地垂线。上述原因使陀螺没有对地垂线的方向选择性。因此，如果单独使用陀螺仪来测量飞机的姿态角，也将产生很大的误差。;;纵向安装：当飞机俯仰时，表壳和外框跟随机体一起转动，而内框绕内框轴保持稳定，外框绕内框轴转过的角度就等于飞机绕横向水平轴转动的角度，即飞机的俯仰角，因而内框轴成为仪表俯仰角的测量轴。当飞机倾斜时，表壳跟随机体一起转动，而外框绕外框轴保持稳定，表壳绕外框轴转过的角度就等于飞机绕纵轴转动的角度，即飞机的倾斜角，因而外框轴成为仪表倾斜角的测量轴。;纵向安装;纵向安装;横向安装：当飞机俯仰时，表壳跟随机体一起转动，而外框绕外框轴保持稳定，表壳绕外框轴转过的角度就等于飞机绕横向水平轴转动的角度，即飞机的俯仰角，因而外框轴成为仪表俯仰角的测量轴。当飞机倾斜时，表壳和外框轴跟随机体一起转动，而内框绕内框轴保持稳定，外框绕内框轴转过的??度就等于飞机绕纵轴转动的角度，即飞机的倾斜角，因而内框轴成为仪表倾斜角的测量轴。;比较两种安装方式，从测量准确度来看，它们是不同的。我们知道，飞机的俯仰角是绕飞机横向水平轴转动的角度，飞机的倾斜角是绕飞机纵轴转动的角度，即飞机俯仰角的定义轴是横向水平轴，倾斜角的定义轴是飞机纵轴。对于纵向安装的地平仪，无论在飞机俯仰的情况下测量倾斜，或是在飞机倾斜的情况下测量俯仰，仪表姿态角的测量均始终与飞机姿态角的定义轴重合，这样仪表所测量到的姿态角是准确的。;对于横向安装的地平仪，当飞机俯仰时测量倾斜，由于陀螺内框轴保持水平而不和飞机纵轴重合;当飞机倾斜时测量俯仰，由于陀螺外框轴随飞机倾斜而不能保持水平。因此，仪表姿态角的测量轴均与飞机姿态角的定义轴不重合，仪表出现了测量误差。可见，纵向安装的地平仪比横向安装的地平仪更准确。;从两种安装方式陀螺的稳定性来看，当飞机有较大的俯仰角时，纵向安装地平仪陀螺的外框轴与自转轴接近重合，将严重影响陀螺的稳定性，当飞机有较大的倾斜角时，横向安装地平仪陀螺的外框轴与自转轴接近重合，也将严重影响陀螺的稳定性。对于运输机来说，因为俯仰角和倾斜角都不大，所以对陀螺的稳定性不会造成太大影响。;两自由度陀螺;常用的地平仪转子转速高达22000-23000r/min。;通常采用机械式锁定装置（如活动臂、加速度传感器或角速度传感器等）。;在地平仪的四个组成部分中，陀螺和修正器是组成地平仪的核心。因为修正器的敏感元件实质上是一个摆，所以从原理上说，陀螺和摆是组成地平仪的核心。;优缺点：

直读式：结构简单，精度差，灵敏度差但可靠性高等；

远读式：指示真实，灵敏度高，误差小，但结构复杂。;;在陀螺工作时，自转轴经减速齿轮、修正器齿轮，带动修正器配重绕修正器枢轴转动，配重又通过其上的凸块推动非稳定摆转动。;当陀螺自转轴处于地垂线方向时，非稳定摆保持与配重上的凸块接触，并以恒速转动，摆和配重的重心通过自转轴，对陀螺不施加力矩，陀螺自转轴稳定在地垂线方向，如图。;当陀螺自转轴偏离地垂线方向时(例如下端偏向y轴正方向)，非稳定摆和配重组件的旋转平面也偏离水平面，如图(a)所示。由于配重上的凸块可在非稳定摆一段小槽内运动，因此非稳定摆可以相对配重转动，转速将发生变化，摆和配重的合重心不再通过旋转轴，从而产生修正力矩，使陀螺向地垂线进动。;具体讲，在x轴负方向半周内，非稳定摆向上运动，受重力作用，它和凸块接触，被配重推动等速转动，直到上升段最高点，见图(b)。在x轴正方向半周内，非稳定摆向下运动，在重力作用下，转