Курс и системи за измерване на курс
Тема номер 14. Курс и системи за измерване на курс.
Урок номер 2 (2 часа).
1. Насочващ жироскоп (жироскоп полукомпас).
Курсът се нарича тристепенен астатичен жироскоп с вертикално разположена ос на външната рамка. Главната ос на дирекционния жироскоп е в хоризонталната равнина и заема произволно положение спрямо осите на самолета, например в изходно състояние е перпендикулярна на оста ОХ1 на самолета и на зададената посока ОХ0 на полета (фиг. 1).
Жироскопът за курс е предназначен да измерва ъгъла на отклонение на самолета от даден курс (ъгъл на отклонение Y). Когато самолетът се завърти под ъгъл Y, заедно с него спрямо скалата III, фиксирана върху оста на външната рамка на жироскопа, индексът And, отпечатан върху тялото на устройството, здраво свързано с самолета, се движи. Тъй като главната ос на жироскопа остава непроменена в позицията си в пространството, положението на индекса А спрямо знака О, отпечатан върху скалата, е мярка за ъгловото отклонение на самолета от дадената посока на полета.
Тристепенният астатичен жироскоп, за разлика например от магнитен компас, няма възможност да се настрои в посоката на меридиана, тъй като основната му ос запазва (до собствените си отклонения) позицията в инерционното пространство, която е имала в края на времето за ускорение на ротора. Следователно разглежданият жироскоп се нарича жиро-полукомпас (GPC). Основните грешки на GPC, както и на всеки жироскоп, са привиден дрейф, присъщ дрейф и грешка на кардана.
2. Основните грешки на КЗП и начините за отстраняването им.
2.1 Видимо отклонение на HCG поради въртенето на Земята.
Компонентите на вектора Wz на ъгловата скорост на въртене на Земята (фиг. 14.13. а) за точка O, разположена на ширина j,са равни:
- хоризонтален компонент Wzg =Wz ´cosj;
- вертикален компонент Wv =Wz ´sinj.
Нека HPC е ориентиран в точка O, както следва (фиг. 2b):
- главната ос лежи в равнината на хоризонта, а векторът H е насочен на изток E;
- оста на вътрешната рамка X (ос на окачването на жиромотора) е хоризонтална и насочена на север N;
- оста на външната рамка е насочена по локалния вертикал Z.
При това разположение хоризонталният компонент Wzg се проектира изцяло върху оста на вътрешната рамка, а вертикалният компонент Wzg се проектира върху оста на външната рамка на GPC.
Наблюдател от космоса (в съответствие с фиг. 2b) ще види, че:
1. Главната ос на GPC запазва позицията си в инерционното пространство непроменена;
2. Горният ляв край на равнината на хоризонта се издига, а долният десен край пада. Това се дължи на хоризонталния компонент Wzg на ъгловата скорост на въртене на Земята и става при скорост, равна на Wzg ;
3. Равнината на хоризонта се върти около локалния вертикал Z. Това се дължи на вертикалния компонент Wstar на ъгловата скорост на въртене на Земята и се случва обратно на часовниковата стрелка, ако се гледа от края на вектора Wstar, със скорост, равна на Wstar.
Наблюдателят, който се намира на Земята, не усеща нейното въртене. Така той ще види, че:
1. Векторът H се издига над равнината на хоризонта с ъглова скорост wх, равна по големина и противоположен по знак на хоризонталната компонента Wзг на ъгловата скорост на въртене на Земята, т.е. wх = -Wзг ;
2. Векторът H се върти в равнината на хоризонта с ъглова скорост wh, равна по големина и противоположен по знак на вертикалната компонента Wg на ъгловата скорост на въртене на Земята, т.е. wh = -Wg.
Ъглови скорости wх и wh в този случайса скоростите на видимото излитане на HCG поради въртенето на Земята около осите съответно на вътрешната и външната рамка.
Стойността на дрейфа a=wh´t в равнината на хоризонта, дължаща се на вертикалния компонент Wg на ъгловата скорост на въртене на Земята, е GPC грешката при измерване на посоката. Елиминира се чрез системата за корекция на азимуталната ширина – моментна или кинематична (вижте тема N13, урок N2).
Стойността на отклонението b=wх ´t от равнината на хоризонта, дължащо се на хоризонталната компонента Wзг на ъгловата скорост на въртене на Земята, се компенсира от системи за междукадрова или махалова корекция.
2.2 Очевидното излитане на GPC поради движението на самолета.
Да приемем, че Земята не се върти. Нека GPC, разположен на северния полюс N, е настроен така, че оста на външната му рамка да е вертикална, а главната ос е хоризонтална (фиг. 3а).
Когато самолетът се движи към екватора, оста на външната рамка на GPC ще се върти в инерционното пространство заедно с самолета, но винаги ще остане вертикална по отношение на Земята (ако самолетът лети хоризонтално). В този случай главната ос на GPC, запазвайки посоката си в инерционното пространство непроменена, ще се върти спрямо Земята и ще заеме вертикално положение на екватора, в резултат на което жироскопът ще се "сгъне".
За да се запази главната ос на GPC в равнината на хоризонта, както вече беше споменато, се използват системи за корекция между рамки или махало. Излитането на GPC в равнината на хоризонта ("по азимут") поради движението на самолета зависи от вида на траекторията.
Нека самолетът се движи от точка А до точка Б и в точка А главната ос на GPC (вектор H) е съвместима с вектора на земната скорост W.
Ако самолетът се движи по протежение на локсодрома, тогава неговата проекция върху хоризонталната равнина, построена в точка А, е крива линия (фиг. 3b).
В същото време, вточка B, векторът H вече няма да съвпада с вектора W, тоест има видимо отклонение на HPC в равнината на хоризонта, поради движението на самолета по криволинейна траектория.
Проекцията на големия кръг върху хоризонталната равнина е права линия (фиг. 3в). В същото време в точка B, както и в точка a, векторът H съвпада с вектора W, т.е. в този случай няма да има видимо отклонение на GPC по азимут.
Ще получим изрази за общия привиден дрейф, дължащ се на въртенето на Земята и движението на самолета. Нека самолетът се движи по локсодрума с постоянен истински курс Y и , със земна скорост W и във всеки момент от времето да бъде в точка O с текущата ширина j. Свържете с тази точка придружаващата географска дясна координатна система ONZE, чиито оси са насочени както следва:
- ON - лежи в равнината на хоризонта и е насочен на север;
- OZ - по локалната вертикална линия;
- OE - лежи в равнината на хоризонта и е насочена на изток.
Нека обозначим проекциите на вектора на земната скорост върху осите ON и OE: WN и WE са северните и източните компоненти на земната скорост.
Благодарение на северния компонент самолетът се движи по меридиана и се върти в инерционно пространство с ъглова скорост
Wn = (WN /R), където R е радиусът на Земята (не вземаме предвид височината на полета поради малката й стойност в сравнение с R на Земята), чийто вектор лежи в равнината на хоризонта и е насочен към отрицателната страна на оста OE, следователно в израза за стойността на WN има знак минус.
Благодарение на източния компонент, самолетът се движи по паралела и се върти в инерционно пространство с ъглова скорост
We =(WE /(R´cosj)), чийто вектор съвпада по посока с вектора на ъгловата скорост на въртене на Земята. Нека построим общия вектор Wz + We в точка O и го разширим в хоризонтален (проекция върху остаON) и вертикални (проекция върху оста OZ) компоненти
където Wg =Wg ´cosj, Wg =Wv ´sinj са хоризонталните и вертикалните компоненти на ъгловата скорост на въртене на Земята. Ако компенсирате видимото отклонение на GPC по азимут, то може да се използва като индикатор за истинския курс. Въпреки това, при високи географски ширини (близо до полюсите), компенсацията на компонента (WE /R)´tgj е невъзможна, тъй като в този случай tgj®¥. Следователно в полярните райони не може да се извърши навигация на самолета, когато се движи по локсодрума с помощта на GPC. Това е възможно само при движение по ортодрума. Трябва да се има предвид, че няма азимутално отклонение на GPC поради движението на самолета по ортодромата. Следователно, когато се движите по ортодромата, азимуталното отклонение на HCG се дължи само на вертикалния компонент Wg на ъгловата скорост на въртене на Земята. Това отклонение се компенсира от системи за корекция на азимутална ширина - моментна или кинематична.
Трябва да се отбележи, че посоката и големината на видимото излитане на HPC не зависят от посоката и големината на ъгловия момент, а зависят само от неговата ориентация, вида на траекторията, географската ширина на мястото, както и от посоката и големината на скоростта на самолета.
Равнината на големия кръг се върти около локалния вертикал с ъглова скорост, равна на Wstar.
Ако компенсираме дрейфа на жироскопа по азимут поради Wg, тогава той ще изгради тази равнина. В този случай GPC е индикатор за големия кръг.
В този случай GPC (заедно с астрономически средства, които не се разглеждат тук) осигурява възможност за навигация в полярните региони.
Равнината на големия кръг в началната точка на маршрута на IPM се определя от началния ъгъл на следата на големия кръг на NPUO, считано от северната посока на географския меридиан, а в IPM този ъгъл е равен наистински курс (фиг. 4), т.е. NPUO = Y ipm (фиг. 14.20).
С помощта на GPC това се прави, например, като се настрои главната му ос ZW в равнината на географския меридиан IPM и след това се компенсира отклонението на азимута, дължащо се на Ww, като се използва системата за коригиране на ширината на момента. В същото време в междинната точка на маршрута на PPM главната ос ZW няма да съвпада с географския меридиан на PPM (фиг. 4), а ще запази посоката на географския меридиан на PPM.
От тази посока се измерва ортодромичният ход. Ако в GPC се приложи корекция на кинематична азимутална ширина, тогава произволното положение на главната му ос в пространството (равнина на хоризонта) предварително се координира с посоката на север и след това нейното отклонение в азимута, дължащо се на Wstar, се компенсира.