Навигационные системы. Часть 1. Гироскопические приборы и устройства навигационных систем: Учебное пособие, страница 29

Как и применительно к ГТ, при вращении гироскопа вместе с объектом вокруг оси h со скоростью u_h  создается гироскопический момент вокруг  x, но, в отличие от ГТ, он уравновешивается моментом, создаваемым демпфером. Поскольку демпфер создает усилие только при движении,  равновесию моментов соответствует вращение гироскопа вокруг x c  постоянной скоростью , пропорциональной (в линейном приближении) u_h. Следовательно, сам угол  b  пропорционален интегралу от u_h.

Чтобы получить  этот результат аналитически,  обратимся к уравнению (52), приняв в нем с=0 (что соответствует исключению пружины) и полагая, как и ранее,   b малым. Тогда  вместо  (52) получим

,                                  (60)

где  k = H/h², T = J/h², а остальные обозначения сохраняют прежний смысл. Параметры k и Т называют коэффициентом усиления и постоянной времени ГИУС.

Как видно из (60), ГИУС - апериодическое интегрирующее звено, которое по затухании переходного процесса выдает значение интеграла от      u_h   с коэффициентом усиления k. Основные ошибки ГИУС обусловливаются вторым слагаемым  правой  части  (60), погрешностью коэффициента усиления    k  и динамической ошибкой.

Из приведенного анализа вытекает одно важное  обстоятельство, касающееся условий применения ГИУС. Поскольку угол b должен  находиться  в  ограниченных пределах (при  b = ± 90°  ГИУС, очевидно, просто  теряет работоспособность),  прибор может использоваться, главным образом, в индикаторном режиме, т.е. основание прибора  должно  отрабатывать измеряемую ГИУС скорость (при  этом ГИУС измеряет ошибку отработки). В  частности, ГИУС может успешно  применяться  (и применяется) в гиростабилизаторах.

На практике наиболее широко используется конструкция ГИУС, предложенная в 1945 г. русским ученым Л.И.Ткачевым - поплавковый интегрирующий гироскоп  (ПИГ).  Его  схема  изображена  на рис.39. Прибор  включает  поплавок 1  в  виде  цилиндра, внутри которого  размещен   гироскоп   2 (при этом  корпус поплавка является одновременно    кожухом гироскопа) и  датчик  угла  3. Для управления ориентацией ПИГ  (при его размещении, например, на ГСП) на ось подвеса 4  поплавка может   быть  установлен датчик момента 5. Ось подвеса 4 устанавливается  в камневых опорах 6,  подобных опорам,  используемым в часовых механизмах.  Вся полость между корпусом 7 и поплавком заполняется вязкой жидкостью 8.

Использование вязкой жидкости преследует две цели.

Во-первых, она создает момент вязкого трения, что обеспечивает требуемое функционирование прибора.

Во-вторых, благодаря создаваемой ею архимедовой силе разгружаются опоры.  Для  этого конструкция разрабатывается таким образом и подбирается такая жидкость,  чтобы плотность последней была равна средней плотности поплавка. Таким образом, поплавок имеет нейтральную плавучесть. Благодаря разгрузке опор в качестве них могут использоваться опоры с минимальной площадью контакта трущихся моментов - опоры типа "игла-камень",  применяемые, как  отмечалось,  в  часах.  Это позволяет существенно снизить влияние  на  точность  вредного  момента  трения  (см. (60)). В  качестве упомянутой выше жидкости используются,  как правило, фторорганическая (плотность 1,9 г/см³) и  хлорорганическая (плотность 2,7 г/см³) жидкости.

 ПИГ, хотя и являются достаточно дорогими  в  изготовлении  приборами, широко  применяются в высокоточных системах навигации объектов, движущихся с высокими перегрузками, поскольку в этих условиях  обеспечивают высокий уровень точности измерений.

 7.2. Динамически настраиваемый гироскоп