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第3章 测量飞机姿态的仪表

上传者:11****88 2022-06-10 13:46:25上传 PPT文件 15.58MB
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1、第第3章章 测量飞机姿态的仪表测量飞机姿态的仪表 l测量飞机姿态角和姿态角速度的仪表。l姿态显示仪表主要是地平仪、转弯仪和侧滑仪l地平仪和转弯仪是利用陀螺作为敏感元件制成 本章重点:本章重点:l要求:要求:陀螺及分类,陀螺特性及影响因陀螺及分类,陀螺特性及影响因 素,表观运动;激光陀螺定义、素,表观运动;激光陀螺定义、 原理。本节是重点。原理。本节是重点。l方法:方法:实验、实例、分析实验、实例、分析(1)(1)陀螺陀螺(gyroscope)(gyroscope):测量物体相对惯性空间转角或测量物体相对惯性空间转角或 角速度的装置。角速度的装置。l种类:种类:普通刚体转子陀螺、挠性陀螺、激光陀

2、普通刚体转子陀螺、挠性陀螺、激光陀 螺、光纤陀螺、粒子陀螺、低温超导陀螺螺、光纤陀螺、粒子陀螺、低温超导陀螺 等。等。l刚体转子陀螺:刚体转子陀螺:能够绕一个支点高速旋转的物体。能够绕一个支点高速旋转的物体。(2) 刚体转子陀螺(3) 刚体转子陀螺分类l根据自转轴具有的自由度:两自由度陀螺、单自由度陀螺根据自转轴具有的自由度:两自由度陀螺、单自由度陀螺l根据动力:电动、气动根据动力:电动、气动两自由度陀螺3.2 两自由度陀螺的特性3.3 单自由度陀螺的特性 进动方向进动方向 角动量矢量角动量矢量( (或自转角速度矢量或自转角速度矢量) )沿最短途径转向基座旋转角速度矢沿最短途径转向基座旋转角速

3、度矢量方向。量方向。3.4 陀螺仪表的动力源l飞机上的陀螺仪表:地平仪、陀螺半罗盘和转弯侧滑仪。飞机上的陀螺仪表:地平仪、陀螺半罗盘和转弯侧滑仪。l它们靠气源或电驱动。它们靠气源或电驱动。l大多数轻型飞机上,地平仪和陀螺半罗盘的气源由真空系大多数轻型飞机上,地平仪和陀螺半罗盘的气源由真空系统提供,转弯仪由电气系统供电统提供,转弯仪由电气系统供电 。3.5 激光陀螺(laser gyroscope)(laser gyroscope) (一)概述一)概述1 1、定义、定义 应用激光技术测量物体相应用激光技术测量物体相对惯性空间的角速度和转对惯性空间的角速度和转动角度的光学装置。动角度的光学装置。

4、2、优点 结构简单,没有活动的机械转子,不存在摩擦,也不结构简单,没有活动的机械转子,不存在摩擦,也不受重力加速的影响;受重力加速的影响;角速度测量范围很宽,从角速度测量范围很宽,从0.010.01/ /小时到小时到10001000/ /秒以秒以上;上;测量精度很高,可达测量精度很高,可达0.0010.001/ /小时;小时;能直接提供数字式输出,与数字式计算机联接方便;能直接提供数字式输出,与数字式计算机联接方便;启动很快,可以说是瞬间启动,而一般陀螺需要几分启动很快,可以说是瞬间启动,而一般陀螺需要几分钟的启动准备时间;钟的启动准备时间;工作可靠,寿命长,总成本不高等。工作可靠,寿命长,总

5、成本不高等。1 1、组成、组成 激光发生器、光电激光发生器、光电探测器等探测器等 敏感部分:环形激光敏感部分:环形激光腔腔l激光发生器:用来激光发生器:用来产生激光。产生激光。 l光电探测器:可以光电探测器:可以把光信号转变成电把光信号转变成电信号输出。信号输出。2、原理 光在激光器环形光路中行进时, 若 0, L1L2 , L 0式中:为激光器转动角速度; L1、L2为光束1、2的光程; L 为光束1、2的光程差。l若若 00,L L1 1LL2 2 L L 4S4SC C 即即 L L 两束激光的光程差和转速成正比两束激光的光程差和转速成正比式中:式中:S S为环形光路包围的面积;为环形光

6、路包围的面积; C C为光速。为光速。l根据激光产生的原理,光程越长,波长越长,频率越小。根据激光产生的原理,光程越长,波长越长,频率越小。l所以,所以,两束激光的频率差和转速成正比两束激光的频率差和转速成正比l利用光电探测器,可以测量两束激光频率差利用光电探测器,可以测量两束激光频率差(干涉条纹将会移动,其移动干涉条纹将会移动,其移动速度的大小和方向反映了角速度的大小和方向速度的大小和方向反映了角速度的大小和方向 ),从而得到载体的转速。,从而得到载体的转速。 设激光陀螺环形光路为正三角形L=40cm,测量地球自转角速度,得到f=8.87Hz;地球转一周时,两束激光的周期数差(即脉冲数)为7

7、.66105个。(三)激光陀螺结构(三)激光陀螺结构激光陀螺结构应用:在现代飞机上,激光陀螺广泛用作惯性导应用:在现代飞机上,激光陀螺广泛用作惯性导航系统的测量元件,用来测量飞机三维转动角速航系统的测量元件,用来测量飞机三维转动角速度。度。 转弯侧滑仪转弯侧滑仪是由转弯仪和侧滑仪两个是由转弯仪和侧滑仪两个独立的仪表组合而成。由于转弯仪和侧滑独立的仪表组合而成。由于转弯仪和侧滑仪的综合指示,对于驾驶员保持飞机平直仪的综合指示,对于驾驶员保持飞机平直飞行和作无侧滑协调转弯飞行具有重要作飞行和作无侧滑协调转弯飞行具有重要作用,因此这两种仪表一般都组装在一起。用,因此这两种仪表一般都组装在一起。3.2

8、 3.2 转弯侧滑仪转弯侧滑仪一、功用一、功用(1 1)指示飞机转弯)指示飞机转弯( (或盘旋或盘旋) )方向方向(2 2)粗略反映转弯的快慢程度)粗略反映转弯的快慢程度(3 3)有的还能指示飞机在某一真空速时无侧滑转弯)有的还能指示飞机在某一真空速时无侧滑转弯 的坡度的坡度 ( (倾斜角倾斜角) )(1 1)指示转弯方向)指示转弯方向 u转弯仪内部是一个单自由度陀螺,利用单自由度陀螺转弯仪内部是一个单自由度陀螺,利用单自由度陀螺的进动性工作。的进动性工作。u当飞机直线飞行时,内框在平衡弹簧作用下,稳定在当飞机直线飞行时,内框在平衡弹簧作用下,稳定在初始位置,指针指在刻度盘中央,表示飞机没有转


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