6.1. Принцип силовой гироскопической стабилизации

При непосредственной стабилизации, принцип работы которой используется в авиагоризонтах, гироскоп сам, за счет сво­его гироскопического момента, сопротивляется внешним моментам, действующим по осям карданова подвеса. Вследствие этого для осу­ществления функций стабилизации при действии на гироскоп значи­тельных внешних моментов гироскоп должен обладать большим собст­венным кинетическим моментом, а это, в свою очередь, вызывает уве­личение веса самого гиромотора и, следовательно, моментов трения в осях его подвеса. Таким образом, при непосредственной стабилизации получить достаточно хорошую рабо­ту гироскопа в смысле точности и способности сопротивления, внеш­ним моментам затруднительно, по­этому в тех случаях, когда от прибо­ра требуется большая точность, ко­торая бы мало зависела от внеш­них моментов, действующих на ги­роскоп, используют так называе­мую силовую гироскопическую ста­билизацию.

Рассмотрим принцип действия силовой гироскопической стаби­лизации на следующем примере.

Рис 6.1 кинематическая схема одноостного гиростабилизатора

Представим, что гироскоп с тремя степенями свободы установ­лен на основании так, как показано на рис. 6.1. Основание, с кото­рым связан гироскоп через подшипники внешней рамы карданова подвеса, вращается со скоростью со против часовой стрелки. При этом в подшипниках внешней рамы неизбежно возникает момент трения М_тр, который является внешним моментом по отношению к гироскопу и стремится повернуть его тоже против часовой стрел­ки. Момент М_тр, приложенный к гироскопу, вызывает его прецессию вокруг оси х со скоростью

(6.1)

Следовательно, ротор будет участвовать в двух движениях: вращении вокруг собственной оси с большой скоростью и прецес­сионном движении со скоростью р. В результате этого возникает гироскопический момент, равный М_Г= -Нр, направление которого противоположно направлению М_ТР и который уравновешивает мо­мент М_ТР (см. рис. 6. 1):

(6.2)

Следовательно, для того чтобы гироскоп удерживал свое поло­жение неизменным по углу поворота α вокруг внешней рамы под­веса при действии момента М_тр, необходима скорость прецессии по углу β. Чем больше внешний момент М_тр, тем больше будет ско­рость β́ при одном и том же значении кинетического момента H.

Если на оси внутренней рамы карданова подвеса закрепить щет­ку потенциометра, а сам потенциометр — на внешней раме подве­са, то с этого потенциометра можно снять электрический сигнал, пропорциональный углу поворота внутренней рамы. Если этот электрический сигнал подать на двигатель, якорь которого жестко связан с внешней рамой карданова подвеса, а статор закреплен на основании, то двигатель вызовет по оси внешней рамы момент М_дв, который скомпенсирует вредный внешний момент М_тр, т. е. вместо уравнения (6.2) можно будет записать М_дв=М_тр.

Таким образом, компенсация внешнего момента обеспечивается двигателем при небольшом угле поворота гироскопа вокруг оси внутренней рамы.

Следовательно, сам гироскоп в такой схеме практически выполняет роль чувствительного элемента, а стабилизацию обеспе­чивает двигатель.

Описанная схема называется схемой одноосной силовой гиро­скопической стабилизации. Силовой она называется потому, что всю силовую работу по компенсации вредных моментов выполняет двигатель, получающий электрическую энергию, а гироскоп лишь управляет работой двигателя. В переходном процессе компенсация вредных моментов обеспечивается двигателем и гироскопом, а в установившемся режиме — только двигателем.