Исследование основных свойств гирокомпаса “Яхта” и оценка его погрешностей

Введение

          Гирокомпас “Яхта” построен на базе динамически настраиваемого гироскопа (ДНГ) и имеет высокую степень автоматизации процессов, связанных с его включением и обнаружением неисправностей. Он практически не требует проведения в судовых условиях никаких профилактических работ, кроме общего наблюдения за его техническим состоянием. Функции встроенной системы диагностики сводятся только к определению наличия какой-либо неисправности в основных системах компаса и отключению неисправного прибора. Информация о характере неисправности и месте ее локализации отсутствует. Как правило, отсутствует и ЗИП на прибор. Все это делает практически невозможным проведение ремонтных работ в судовых условиях.

Учитывая сказанное, содержание дипломной работы имеет своей целью познакомить [А.И.1] с техническими данными изделия, его общей функциональной схемой, составом блока электроники, назначением и функциональными схемами его основных плат. Наряду с этим диплом ознакомит анализом работы ГК при различных условиях плавания, исследуя процессы установления гироскопа в меридиан при различных начальных углах его рассогласования. [А.И.2] 

1.  Общая характеристика гирокомпаса

1.1 Назначение и технические характеристики гирокомпаса[А.И.3] 

Гирокомпас предназначен для курсоуказания на морских и речных судах, а также яхтах.

Прибор рассчитан на эксплуатацию в следующих условиях:

          - температура окружающей среды должна находиться в пределах от  -10⁰С до +55⁰С (для пеленгаторных репитеров, пелорусов и оптического пеленгатора от -40⁰С до +65⁰С);

          - угловая скорость рысканья судна не должна  превышать 10 град./с;

          - максимальное значение горизонтальной составляющей ускорения качки судна не должно быть более 1 м/c;

          - допустимая линейная скорость судна составляет 60 узлов;

-  максимальная широта плавания 75⁰.

Основные технические параметры прибора соответствуют следующим данным:

-  Статическая погрешность измерения курса судна в широтах до 60⁰ не превышает 0,2⁰ sec j.

-  Динамическая погрешность судна в тех же условиях составляет 0,6⁰ sec j.

-  Погрешность передачи курсовой информации от центрального прибора не превышает:

          к цифровым приемникам - 0,1⁰;

          к аналоговым приемникам - 0,5⁰;

-  Время готовности ГК с погрешностью не более 1⁰ при произвольной ориентации диаметральной плоскости судна не превышает 60 мин. В сложных условиях (качка, влияние температуры) время готовности может возрасти до 1,5 часов.

-  Питание гирокомпаса осуществляется:

от сети постоянного тока 24 ± 2,4 В. При этом потребляемая мощность составляет не более 30 Вт в установившемся режиме и не более 75 Вт в режиме запуска;

от сети переменного тока напряжения 110/220 В частотой 50/60 Гц.

1.2 Структурная схема и особенности устройства данного ГК

Гирокомпас “Яхта” может выпускаться в трех основных комплектациях:

          - базовая, для малых судов, не требующих дистанционной передачи данных курса;

          - комплектация для малых судов, обеспечивающая передачу данных курса на один аналоговый и один цифровой репитеры;

          -комплектация для любых судов, обеспечивающая передачу данных курса на ряд аналоговых и цифровых репитеров.

          Базовая модель включает в себя (рис.1):

          - центральный прибор ГК-1;

          - аналого-цифровой вычислитель ВАЦ-3;

          - пульт оператора (прибор УК-1Д);

- соединительные кабели 5.

          Центральный пробор содержит гироблок с системой его подвеса, датчик курса и исполнительные элементы систем коррекции. В верхней части прибора имеется курсовая шкала 1.

          В приборе ВАЦ-3 расположены электронные блоки системы коррекции гироскопа, а также преобразователи его сигналов.

          Пульт оператора имеет органы 2 управления работой курсоуказателя, цифровой дисплей 3 и две сигнальные лампочки 4.

          Соединение блоков между собой и подключение прибора к бортовой сети осуществляется с помощью кабелей 5, снабженных штепсельными разъемами.

          Размещение приборов комплекта на судне производится в соответствии со следующими правилами.

          Приборы ГК-1 и ВАЦ-3 должны быть установлены в сухом служебном помещении на расстоянии не более 1 м друг от друга. Желательно, чтобы в помещении не было воздушных потоков с резкими колебаниями температуры, а расстояние от дверей и иллюминаторов, выходящих на открытую палубу, было более 1 м.

          Прибор ГК-1 рекомендуется располагать возможно ближе к центру масс судна, чтобы отклонения не превышали по вертикальной оси ± 10 м, по поперечной оси ± 5 м, по продольной оси ± 80 м. Он должен быть установлен без внешних амортизаторов на жестком металлическом фундаменте, закрепленном на палубе. Фундамент должен иметь паспортизированную линию, нанесенную гравированием, параллельную диаметральной  плоскости судна с погрешностью не более ± 0, 25⁰. С этой линией должны быть совмещены риски, нанесенные на основании прибора ГК-1, с погрешностью не более ± 0,25⁰.

          Соединители прибора ГК-1 должны быть обращены к носу судна. С этой стороны и сверху к прибору должны быть обеспечен свободный доступ не менее 0,5 м, с остальных сторон - не менее 0,2 м.

          Помещение в котором установлены приборы ГК-1 и ВАЦ-3 должны иметь аварийное освещение и связь с помещением, в котором установлен прибор УК-1Д.

          Прибор УК-1Д рекомендуется размещать вблизи рабочего места штурмана. Поворотный кронштейн позволяет укрепить прибор к переборке, подволоку, к поверхности штурманского стола и т. п.

1.2.1 Особенности устройства ДНГ ГК[А.И.4] 

          Как это уже было указано выше, гирокомпас “Яхта” построен на базе динамически настраиваемого гироскопа, который представляет собой [1]  ротор Р₃ (рис. 2), установленный в упругом внутреннем кардановом подвесе. Подвес включает в себя два жестких кольца Р₁ и Р₂, связанных с ротором с помощью четырех торсионов Т₁ – Т₄, имеющих высокую жесткость при изгибе и определенную, заранее заданную жесткость при закручивании. Благодаря торсионам ротор может поворачиваться на ограниченные углы вокруг осей оу’ и oz’. Кольца подвеса в нерабочем состоянии располагаются практически в одной плоскости. Ротор совместно с системой его подвеса приводится во вращение с помощью внешнего двигателя (на рис. не показан), связанного с валом, ось которого совпадает с осью ох₀. Таким образом, данный гироскоп фактически представляет собой систему трех взаимосвязанных роторов, два из которых Р₁ и Р₂ имеют неравные главные экваториальные моменты инерции.

          Особенностью указанной конструкции гироскопа является наличие такой скорости вращения его ротора, при которой моменты, накладываемые на  ротор со стороны торсионов подвеса, при небольших при небольших углах их закручивания, практически становятся равными нулю. Установление указанной скорости получило название динамической настройки гироскопа. В условиях динамической настройки [1] при небольших значениях коэффициентов моментов вязкого трения в торсионах, уравнения, описывающие движение главной оси гироскопа, совпадают с уравнениями идеального гироскопа в кардановом подвесе. Это свидетельствует об аналогичности свойств ДНГ и обычного гироскопа.

1.2.2 Функциональная схема ГК