第二章 二自由度陀螺及应用

.,第二章二自由度陀螺及应用,1、二自由度陀螺的运动特点2、速度陀螺仪原理3、转弯侧滑仪4、角速度传感器,.,1、二自由度陀螺的运动特点,一、二自由度陀螺的进动：1、二自由度陀螺的进动现象：图2-1作用：可以用来测量飞机的角速度和角位移。2、二自由度陀螺的进动方向：与陀螺力矩方向一致，即牵连角速度方向绕转子自转方向转过90度的方向。3、二自由度陀螺进动与三自由度陀螺进动的区别：三自由度陀螺在常值外力矩作用下是等速度进动；二自由度陀螺在常值牵连角速度作用下是加速进动。,.,.,1、二自由度陀螺的运动特点（续）,三自由度陀螺在外力矩消失后立即停止运动；二自由度陀螺在牵连角速度消失后维持等角速度进动。二、二自由度陀螺的受迫运动当二自由度陀螺沿内框轴有外力矩作用时，它就产生受迫运动：图2-2。这个性质说明：二自由度陀螺没有稳定性。,.,.,2、速度陀螺仪原理,二自由度速度陀螺仪：利用二自由度陀螺测量飞机角速度的仪表。（俯仰角速度、偏航角速度、滚转角速度）一、速度陀螺仪的基本原理组成及作用（图2-3）：二自由度陀螺：当飞机转弯时，产生陀螺力矩。平衡弹簧：产生弹性力矩以平衡陀螺力矩。阻尼器：用以产生与内框旋转角速度成正比的阻尼力矩，使内框的摆动迅速衰减，当内框停止转动时，阻尼力矩消失。它只是改善了速度陀螺仪工作的稳定性，对内框稳定的最终位置并没有影响。,.,.,2、速度陀螺仪原理（续）,二、内框转角公式：L=H牵*COSMK=k平衡时：MK=L所以H牵=K=H牵/KH/K是比例系数,.,3、转弯侧滑仪,转弯仪：一种速度陀螺仪。用来指示飞机转弯的方向，并粗略指示飞机转弯的角速度。指示飞机在某一飞行速度下无侧滑转弯时的倾斜角。侧滑仪：用来指示飞机转弯时有无侧滑及侧滑的方向。,.,3、转弯侧滑仪（续）,一、转弯仪的工作原理1、组成及作用：二自由度陀螺、平衡弹簧、空气阻尼器、指示部分（刻度盘、拨杆传送机构等）。图2-52、原理：转弯仪怎样指示飞机的转弯方向。当飞机直线飞行时：当飞机向左转弯时：当飞机向右转弯时：（结合图2-5进行说明）飞机绕横轴或纵轴转动时，转弯仪为什么不指示？（结合图2-5进行说明）,.,.,3、转弯侧滑仪（续）,二、转弯仪的内框转角公式：图2-6=-k=Hcosk=Hcos(-)=H(coscos+sinsin)当较小时：sincos1k=H(cos+sin)=Hcos/（K-Hsin）,.,.,3、转弯侧滑仪（续）,三、转弯仪为什么可以指示飞机在某一飞行速度下作无侧滑转弯时的倾斜角？（图2-7）F合=G*tgF离=mVF合=F离所以mV=G*tgtg=mV/mg=V/g=g*tg/V而：=Hcos（-）/K当较小时有：=Hcos/K=gHsin/VK,.,.,3、转弯侧滑仪（续）,所以转弯仪可以测量飞机在某一速度下作无侧滑转弯飞行时的倾斜角。四、电动转弯仪的结构：图2-8组成及作用：二自由度陀螺（包括离心式调速器、低通滤波器）平衡弹簧（注意灵敏度的调整）图2-9空气阻尼器（注意阻尼系数的调整）传送部分和指示部分：磁屏,.,.,3、转弯侧滑仪（续）,五、侧滑仪：用来指示飞机有无侧滑和侧滑方向的仪表（一）、飞机转弯时发生侧滑的原因和测量飞机侧滑的基本原理1、飞机转弯时发生侧滑的原因飞机转弯时破坏横向力的平衡，飞机就可能产生侧滑。结合图2-11分析。剩余侧力为0，飞机无侧滑；剩余侧力向外，飞机外侧滑；剩余侧力向内，飞机内侧滑。2、测量飞机侧滑的基本原理：图2-11在飞机上安装一单摆，摆锤的受力情况与飞机的受力情况一样，所以摆锤的运动情况和飞机的侧滑情况一样，通过测量摆锤的运动情况就可以测量飞机的侧滑情况。,.,4.2,.,3、转弯侧滑仪（续）,（二）、侧滑仪工作原理无侧滑转弯：小球在中央（图2-12）飞机外侧滑：小球偏外（图2-13）飞机内侧滑：小球偏内（图2-13）（三）、侧滑仪和转弯仪在飞行中的配合指示（图2-14）六、技术性能及性能分析：,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,3、转弯侧滑仪（续）,七、转弯仪一般常见故障分析：1、指示不准确：陀螺转子的转速不正常（直流电机的碳刷和整流子之间积碳和轴承润滑状况不良）平衡弹簧的弹性系数发生变化陀螺不平衡内框轴承的摩擦过大2、停滞误差大：内框轴承摩擦过大阻尼器的阻尼作用过大平衡弹簧的弹性系数变小,.,4、角速度传感器,分为比例式角速度传感器、继电式角速度传感器一、比例式角速度传感器：1、定义：是指输出信号的大小与被侧角速度大小成比例的角速度传感器。2、类型：分为一般结构和液浮结构（又分为全液浮和半液浮），液浮结构的陀螺主要是为了减小轴承的支承力以减小内环轴的摩擦力矩，并得到所需的阻尼。3、基本结构（图2-15）二自由度陀螺仪（包括陀螺电动机、转子、陀螺房等）：作用是产生陀螺力矩定位弹簧（平衡弹簧）：作用是产生弹性力矩。,.,4、角速度传感器（续）,阻尼器：阻尼陀螺仪绕内环轴的振荡（种类有空气、液体等）。信号传感器：把输出转角变换成成比例的电信号（工作原理：图2-16；输出特性：图2-17）。“零”位调整机构：使传感器在被测角速度为“0”时，输出为“0”。4、技术性能