книги из ГПНТБ / Матвеев С.С. Гирокомпасы и гирогоризонткомпасы

С . С . М А Т В Е Е В

ГИРОКОМПАСЫ И ГИР0Г0РИ30НТК0МПАСЫ

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О „ С У Д О С Т Р О Е Н И Е " Л Е Н И Н Г Р А Д • 1 9 7 4

УДК 62,9.12.0бз75"''62дП2:054.7

8 и -".у 1но-тахкичвс!'"ач ? библиотека Г "О;"'

? ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛЛ

fflm

В книге излагаются теория и некоторые вопросы проектирования судовых гирокомпасов и гирогоризонткомпасов. Основное внимание уделяется исследованию

их устранения. При этом предполагается, что качка судна является нерегулярной и соответственно исполь­ зуются методы теории случайных функций.

Значительное место отведено способам расчета и подбора параметров чувствительных элементов гиро­ компасов и гирогорнзонткомпасов.

Книга предназначена для инженерно-технических и научных работников, занимающихся теорией гиро­

Ре ц е н з е н т ы :

д-р физ.-мат. наук проф. В. Н. Котляков, д-р техн. наук проф. С. Ф. Фармаковский

© Издательство «Судостроение», 1974 г.

ПР Е Д И С Л О В И Е

Кнастоящему времени благодаря высокому уровню развития науки и тех­ ники, в частности прикладной гироскопии, создано большое количество весьма совершенных и разнообразных образцов гирокомпасов (ГК) и гирогоризонткомпасов (ГТК)-

Теории этих приборов посвящено большое количество трудов. Наиболее значительные из них принадлежат А. Н. Крылову, Б. В. Булгакову, М. Шулеру, И. Геккелеру, О. Мартинсену, А. Роллингсу, Б. И. Кудревичу, А. Ю. Ишлинскому, Я- Н. Ройтенбергу и др. Однако весьма актуальной проблемой продол­ жает оставаться достижение более высокой точности показаний ГК и ГТК в ре­ альных условиях их эксплуатации, в частности, при маневрировании и качке судна.

При решении данной проблемы важное значение имеет строгое исследова­ ние погрешностей ГК и ГГК, а также разработка средств и способов обеспече­ ния их полной невозмущаемости в указанных условиях.

В имеющейся литературе ряд этих вопросов не получил достаточного ос­ вещения, в особенности условия полной компенсации погрешностей при нали­ чии успокоителей, возмущающее влияние скорости и ускорения судна вдоль параллели, поворотных ускорений, инерционных членов и др. Кроме того, как правило, не исследуется зависимость точности ГК и ГГК от случайных управляю­ щих и возмущающих воздействий — нерегулярной качки судна.1

В предлагаемой книге даются дальнейшее развитие, обобщение и система­ тизация теории судовых ГК и ГГК, а также некоторые рекомендации по их про­ ектированию. Отличительные особенности ее от опубликованных на анало­ гичную тему работ заключаются в следующем.

1.Основное внимание уделяется рассмотрению динамических погрешно­ стей ГК и ГГК в условиях маневрирования и качки судна, причем качка пред­ полагается нерегулярной, и при исследовании обусловленных ею погрешностей применяются вероятностные методы, в частности, методы теории случайных функций.

2.Значительное место отводится условиям невозмущенного движения ГК» снабженных и неснабженных успокоителями, с учетом инерционных членов и несферичности Земли, а также разработке теории возмущенного движения, отображающей всю совокупность погрешностей этих устройств в различных условиях эксплуатации.

3.Приводится исследование баллистических погрешностей ГК, вызванных

отсутствием полной стабилизации их чувствительных элементов (ЧЭ) вокруг

*»

1 Несколько опубликованных статей по данному вопросу отмечены в ука­ зателе литературы и в тексте гл. 4.

3

ВВЕДЕНИЕ

Всоответствии с конструктивными особенностями условимся классифици­ ровать гирокомпасы по следующим признакам: количеству гироскопов в чув­ ствительном элементе (ЧЭ), способам подвеса гироскопов и ЧЭ, способам со­ здания момента, «управляющего» положением главной оси ЧЭ относительно земных координатных плоскостей, способам демпфирования колебаний и их технической реализации, способам устранения скоростной погрешности и их технической реализации, способам устранения баллистических (инерционных) погрешностей и их технической реализации, способам устранения погрешностей, обусловленных качкой основания, и их технической реализации, наличию и

типам синхронных передач и следящих систем и др.

в ГК могут быть применены почти все известные типы подвесов гироскопических устройств.

В зависимости от способа создания моментов, «управляющих» положением главной оси ЧЭ относительных земных координатных плоскостей, различают

(при пониженном центре тяжести) или отрицательным (при гидравлическом маятнике) маятниковым эффектом. «Корректирование» положений их главных осей относительно земных координатных плоскостей осуществляется моментами, создаваемыми силой тяжести, непосредственно приложенной к маятнику ЧЭ и успокоителю ГК. В отличие от них гирокомпасами с косвенным управлением на­ зывают гирокомпасы, в ЧЭ которых применяются астатические гироскопы, а управляющие (корректирующие) моменты создаются косвенным путем при

В зависимости от способа устранения скоростной погрешности будем раз­ личать гирокомпасы с внешней и внутренней коррекцией. В ГК с внешней кор-

5

с непосредственным управлением и гидравлическим успокоителем

Принципиальная схема чувствительного элемента и основные урав­ нения его движения. Чувствительный элемент рассматриваемого ги­ рокомпаса, как известно, содержит два гироскопа, укрепленных на его корпусе (раме). Они соединены между собой спарником таким образом, что могут разворачиваться относительно корпуса вокруг параллель­ ных друг другу вертикальных осей лишь на равные углы в противо­ положные стороны. При этом главные оси (оси собственного вращения роторов) гироскопов всегда располагаются в плоскости, перпенди­ кулярной к вертикальным осям. Центр тяжести всех твердых частей ЧЭ смещен относительно точки подвеса в направлении нормали к пло­ скости, проходящей через главные оси гироскопов.

В ЧЭ имеется приспособление, которое создает момент, действую­ щий на гироскопы вокруг вертикальных осей их подвеса внутри рамы. В реализованных двухгироскопных компасах («Гиря», «Новый Аншютц», «Арма Мк. V I I I , мод. 3», «Пространственный компас Аншютца» и др.) этот момент создается пружинами, соединяющими спар­ ник гироскопов с корпусом (рамой) ЧЭ.

Дифференциальные уравнения движения чувствительного элемента гирокомпаса данного типа будем составлять в проекциях на оси свя­ занных с ЧЭ прямоугольных координатных систем OXYZ, OlX1Y1Z1 и 02X2Y2Z2. Они показаны на рис. 1.1 применительно к ЧЭ гироком­ паса «Курс».

Координатная система OXYZ неизменно связана с корпусом (рамой) ЧЭ. Начало ее поместим в точку О подвеса ЧЭ, а оси направим следующим образом: ось OZ — перпендикулярно плоскости, про­ ходящей через главные оси гироскопов (положительное ее направ­ ление — вверх); ось ОХ — параллельно вектору, равному геоме­ трической сумме векторов собственных кинетических моментов

7

гироскопов (см. рис. 1.1). При одинаковых величинах последних ось ОХ параллельна биссектрисе угла, образуемого главными осями гироскопов; положительное ее направление соответствует направлению

угловой скорости вращения рамы ЧЭ (угловой скорости по отношению к инерциальному пространству) соответственно на оси ОХ, ОУ и OZ; L x , L y и L z — проекции моментов, создаваемых действующими на ЧЭ внешними силами, соответственно на оси ОХ, ОУ и OZ.

8