Принцип действия авиагоризонта

Авиагоризонт предназначен для определения положения самолета относительно плоскости горизонта. Он дает возможность, даже при отсутствии видимости естественного горизонта, выдерживать самолет в горизонтальном полете или указывает величину крена и тангажа при разворотах и изменениях высоты.

Авиагоризонт - гироскопический прибор с пневматическим или электрическим приводом ротора. В зависимости от привода ротора авиагоризонт называют пневматическим или электрическим. Основной частью прибора является гироскоп с тремя степенями свободы, который, как уже указывалось, безразличен к положению, в которое он установлен и может быть использован для определения заданного направления. Как известно, условием применения астатического гироскопа в качестве устройства, обеспечивающего неизменность некоторого заданного направления, является сообщение ему избирательности.

Одним из наиболее распространенных методов придания гироскопическим приборам нужной избирательности является введение радиальной коррекции.

Действие радиальной коррекции основано на следующих положениях:

1. При отклонении оси гироскопа от направления, которое она должна сохранять, на гироскоп накладывается коррекционный момент так, чтобы вызвать его движение в той же плоскости, как и указанное отклонение, но в противоположном направлении. Иными словами возникшее отклонение гироскопического узла ликвидируется, причем гироскоп возвращается в исходное положение по кратчайшему радиальному направлению. Это достигается поворотом плоскости действия коррекционного момента на 90° относительно плоскости, в которой происходит отклонение гироскопа.

2. Факт отклонения и величина его устанавливаются путем сравнения с некоторым органом, обладающим избирательностью относительно выбранного направления. Этот орган называется чувствительным органом системы коррекции. Например, для придания избирательности в вертикальном направлении используется обычный маятник; для придания избирательности в горизонтальной плоскости часто используют магниты и т. д.

Кроме радиальной коррекции, применяются и другие системы коррекции, при которых возвращение гироскопа к выбранному направлению может происходить и не по кратчайшему расстоянию.

Весьма часто задают вопрос, чем объясняется необходимость применения гироскопа, не лучше ли было использовать только чувствительный орган?

Дело в том, что гироскоп с радиальной или другой коррекцией представляет собой систему, обладающую не только избирательностью, но и устойчивостью на выбранном направлении (прецессионное движение гироскопа происходит с весьма малой скоростью, в то время как чувствительный орган, например, маятник очень быстро реагирует на действие возмущающих сил).

Гироскопу, примененному в авиагоризонте, путем введения той или иной системы коррекции придается избирательность относительно вертикали, т. е. этот гироскоп представляет собой гироскопическую вертикаль.

Принципиальная схема пневматического авиагоризонта показана на фиг. 125. При любых положениях самолета главная ось прибора I-I (ось собственного вращения) сохраняет вертикальное направление, поэтому угол между плоскостью вращения ротора и продольной осью самолета хх равен абсолютному продольному крену θ, а угол между этой плоскостью и поперечной осью самолета zz равен абсолютному поперечному крену γ (фиг. 126).

Фиг 125. Схема пневматического авиагоризонта: 1 - ротор; 2 - внутренняя рамка (кожух); 3 - коррекционная камера, 4 - маятниковые заслонки, 5 - отверстия коррекционной камеры, 6 - силуэт самолета, 7 - зубчатая передача; 8 - внешняя рамка

Фиг. 126. Измерение угла крена и угла тангажа с помощью авиагоризонта

В пневматическом авиагоризонте применяют воздушную коррекцию с маятниковыми заслонками. Прибор может работать на разрежении и на давлении.

Воздух, разгоняющий ротор гироскопа, проходит через подшипники и каналы во внешней рамке 8 (см. фиг. 125), через подшипники и каналы во внутренней рамке 2, представляющей собой закрытый кожух, и двумя струйками, выходящими из разгонных сопел, укрепленных в кожухе, ударяется в лунки ротора 1, приводя его во вращение.

Внутренняя рамка 2 в нижней части заканчивается полым цилиндром с четырьмя окнами (отверстиями) 5 для выхода воздуха, перекрываемыми маятниковыми заслонками 4. При вертикальном положении кожуха, соответствующем вертикальному положению оси ротора, каждая заслонка прикрывает половину просвета окна, и воздух четырьмя равными струями выходит через эти отверстия.

Реактивные давления струй в этом случае взаимно уравновешиваются, никаких внешних моментов к гироскопу не прикладывается, и ось его сохраняет начальное положение (фиг. 127, а).

Заслонки расположены попарно на осях, одна из которых параллельна оси хх, а другая оси zz.

Если под влиянием каких-либо внешних моментов гироскоп начнет прецессировать и отклонится от вертикали в каком-либо направлении, например, относительно оси zz, причем заслонки останутся в вертикальном положении, то одна пара отверстий коррекционной камеры 3 будет перекрыта уже не одинаково, т. е. одно окно откроется шире, а противоположное ему прикроется. Равновесие реактивных сил, перпендикулярных к оси ротора, нарушится.

Результирующая реактивная сила даст коррекционный момент, который будет действовать перпендикулярно направлению отклонения гироскопа.

Возникнет прецессия, возвращающая ось гироскопа к вертикали (фиг. 127, б).

Фиг. 127. Маятниковая пневматическая коррекция авиагоризонта: а - ось ротора вертикальна; б - ось ротора отклонилась от вертикали

Чувствительный орган коррекции — маятник, помещенный на самолете, под действием ускорений совершает колебания, вызывающие прецессию гироскопа, но так как скорость прецессии очень мала, то ось гироскопа почти не отклоняется от вертикали. По такому принципу работают все гировертикали и в том числе авиагоризонты. Наиболее распространенными конструкциями авиагоризонтов являются пикирующий авиагоризонт АГП и электрический авиагоризонт АГК-47Б.