Как работает гироскоп в самолете?

Как устроен гироскоп: суть, принцип работы, где применяется

  • 12 Январь 2021
  • 6 минут
  • 64 347

Однажды я наблюдал разговор двух друзей, точнее подруг:

А: О, знаешь, у меня новый смартфон, в нем есть даже встроенный гироскоп

Б: Аа, да, я тоже скачала себе, поставила гироскоп на месяц

А: Эмм, ты точно уверена, что это гироскоп?

Б: Да, гироскоп для всех знаков зодиака.

Чтобы таких диалогов в мире стало чуть меньше, предлагаем узнать, что такое гироскоп и как он работает.

Гироскоп: история, определение

Гироскоп – прибор, имеющий свободную ось вращения и способный реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором он установлен. При вращении гироскоп сохраняет свое положение неизменным.

Само слово происходит от греческих gyreuо – вращаться и skopeo – смотреть, наблюдать. Впервые термин гироскоп был введен Жаном Фуко в 1852 году, но изобрели прибор раньше. Это сделал немецкий астроном Иоганн Боненбергер в 1817 году.

Гироскопы представляют собой вращающиеся с высокой частотой твердые тела. Ось вращения гироскопа может изменять свое направление в пространстве. Свойствами гироскопа обладают вращающиеся артиллерийские снаряды, винты самолетов, роторы турбин.

Простейший пример гироскопа – волчок или хорошо всем известная детская игрушка юла. Тело, вращающееся вокруг определенной оси, которая сохраняет положение в пространстве, если на гироскоп не действуют какие-то внешние силы и моменты этих сил. При этом гироскоп обладает устойчивостью и способен противостоять воздействию внешней силы, что во многом определяется его скоростью вращения.

Например, если мы быстро раскрутим юлу, а потом толкнем ее, она не упадет, а продолжит вращение. А когда скорость волчка упадет до определенного значения, начнется прецессия – явление, когда ось вращения описывает конус, а момент импульса волчка меняет направление в пространстве.

Волчок

Виды гироскопов

Существует множество видов гироскопов: двух и трехстепенные (разделение по степеням свободы или возможным осям вращения), механические, лазерные и оптические гироскопы (разделение по принципу действия).

Рассмотрим самый распространенный пример — механический роторный гироскоп. По сути это волчок, вращающийся вокруг вертикальной оси, которая поворачивается вокруг горизонтальной оси и в свою очередь закреплена в еще одной раме, поворачивающейся уже вокруг третьей оси. Как бы мы не поворачивали волчок, он всегда будет находится именно в вертикальном положении.

Гироскоп

Применение гироскопов

Благодаря своим свойствам гироскопы находят очень широкое применение. Они используются в системах стабилизации космических аппаратов, в системах навигации кораблей и самолетов, в мобильных устройствах и игровых приставках, а также в качестве тренажеров.

Интересует, как такой прибор может поместиться в современный мобильный телефон и зачем он там нужен? Дело в том, что гироскоп помогает определить положение устройства в пространстве и узнать угол отклонения. Конечно, в телефоне нет непосредственно вращающегося волчка, гироскоп представляет собой микроэлектромеханическую систему (МЭМС), содержащую микроэлектронные и микромеханические компоненты.

Как это работает на практике? Представим, что вы играете в любимую игру. Например, гонки. Чтобы повернуть руль виртуального автомобиля не нужно нажимать никаких кнопок, достаточно лишь изменить положение своего гаджета в руках.

МЭМС датчик

Как видим, гироскопы – удивительные приборы, обладающие полезными свойствами. Если вам понадобится решить задачу на расчет движения гироскопа в поле внешних сил, обращайтесь к специалистам студенческого сервиса, которые помогут вам справится с ней быстро и качественно!

Гироскоп в авиации

Роль гироскопических приборов в самолетовождении

При полете самолета необходимо иметь точные данные о географических координатах тех пунктов земной поверхности, над которыми он в данный момент времени пролетает. Только при этом условии можно совершить полет по заранее заданному маршруту. На заре авиации, когда полеты самолетов производились только в хорошую, так называемую лётную погоду выполнение указанных условий не вызывало затруднений.

Так, например, если самолет должен был совершить перелет по маршруту, включающему в себя пункты А, В, С и D (рис.13), то летчик вначале выбирал направление на поселок А, затем на хутор В, после чего вел самолет вдоль реки до моста С, через нее, и дальше выдерживал направление полета вдоль железнодорожного полотна вплоть до достижения пункта D. Благодаря хорошей видимости летчики легко ориентировались по лежащей под ними местности, а, используя линию естественного горизонта, могли выдерживать полет в горизонтальной плоскости.

Однако с развитием авиации, увеличением дальности, скорости и высоты полетов уже нельзя было рассчитывать на выполнение перелетов только при лётной погоде. Действительно, при больших дальностях беспосадочных перелетов нельзя предполагать, что на всей трассе будет стоять ясная погода. На своем пути самолет может попасть в облачность, туман, дождь и другие условия, при которых земная поверхность окажется скрытой от наблюдений.

Характерная черта современной авиации — совершение полетов при отсутствии видимости земной поверхности. Пассажирские и почтовые самолеты должны совершать регулярные рейсы в любое время дня и ночи, при любой погоде, так как в противном случае, при выжидании лётной погоды будет теряться одно из основных преимуществ воздушного сообщения — скорость. Более того, полет сопровождается подчас отсутствием видимости и небесных светил. В таком случае летчик ведет машину «вслепую».

Для выполнения слепого полета по заранее намеченному маршруту самолет должен быть оборудован приборами, которые в течение всего времени указывали бы направление линии север-юг, называемой обычно полуденной и истинной вертикали. На первый взгляд такие требования могут быть обеспечены весьма простыми средствами. Достаточно, казалось бы, оборудовать самолет маятником и магнитной стрелкой, чтобы дать возможность летчику определить положение самолета относительно плоскостей горизонта и меридиана.

Рис.13. Схема полета самолета по земным ориентирам

Именно по этому пути использования магнитного компаса и маятникового креномера и пытались идти первые русские навигаторы. Так, еще в 1804 г. при полете Я.Д. Захарова с научными целями на воздушном шаре в его гондоле для определения направления движения был установлен магнитный компас.

Опираясь на опыт морского кораблевождения, русские авиаторы стремились оснастить свои воздушные корабли самыми совершенными в те времена навигационными приборами. А.Ф. Можайский при постройке своего первого в мире самолета, испытания которого происходили в России в 1882-1884 гг., предусмотрел установку на нем специально сконструированного магнитного компаса. Большую помощь А.Ф. Можайскому оказал крупнейший специалист компасного дела академик И.П. Колонга (1839-1902).

Русский самолет «Илья Муромец», первый полет которого состоялся в декабре 1913 г., имел 2 комплекта маятниковых креномеров и магнитные компасы; один для летчика и второй для штурмана. Опыт использования магнитного компаса на самолете «Илья Муромец» и явился началом развития самолетовождения по приборам.

Однако ни магнитная стрелка, ни маятник не могли в условиях полета, так же как и на качающемся корабле, сохранять свои положения неизменно совмещенными с направлениями полуденной линии и истинной вертикали. Это объясняется тем, что даже при прямолинейном полете вследствие атмосферных возмущений, случайных отклонений рулей, неравномерной работы двигателей и других причин самолет совершает непрерывные колебания вокруг своих осей (рис.14). Эти колебания порождают перемещения с ускорениями опор подвесов магнитной стрелки и маятника в корпусе самолета, обусловливая тем самым их отклонения от направлений полуденной линии и вертикали. Кроме того, при колебаниях самолета силы трения, неизбежно существующие в опорах подвесов, воздействуя на магнитную стрелку и маятник, увлекают их за поворотами самолета.

Рис.14. Схема самолета: 1 — продольная ось; 2 — вертикальная ось; 3 — поперечная ось

Все это, учитывая непрерывные колебания самолета, порождает и непрекращающиеся колебания маятника и магнитной стрелки около направлений вертикали и полуденной линии. Указанные обстоятельства затрудняют пользование рассмотренными приборами для определения углов крена самолета по отношению к плоскости горизонта и его курсовых углов относительно плоскости меридиана.

Читайте также  Как работает рулевая рейка с ГУР?

Таким образом, ни магнитная стрелка, ни маятниковый креномер не могли явиться надежными указателями положений плоскостей меридиана и горизонта. Вот почему возникла насущная потребность в создании принципиально новых приборов, которые бы в специфических условиях полета сохраняли неизменным свое положение относительно плоскостей горизонта или меридиана. Было сделано много попыток улучшения качества и магнитного компаса и маятникового креномера, однако ни одна из них не дала удовлетворительного решения. И только применение гироскопа позволило создать навигационные приборы, удовлетворяющие все возрастающим требованиям авиации.

Естественно, что внедрению гироскопа в самолетовождение во многом способствовал опыт морского флота, который к этому времени накопил достаточное количество материала по практическому использованию гироскопического компаса на море. Однако было бы ошибочным полагать, что авиация лишь позаимствовала у морского флота уже готовые гироскопические приборы. Малые габариты кабины самолета, высокие скорости его полета, ограничение веса

Для всех механизмов и приборов, устанавливаемых на самолете’ исключали возможность использования, на нем морского гироскопического компаса, обладающего, как известно, значительными габаритами и весом.

Правда, в начале XX в. были предприняты попытки использовать гироскопический компас в авиации. Дирижабль «Италия», совершивший в 1928 г. полет к Северному полюсу, был оборудован гироскопическим компасом, однако эксперимент этот был неудачным. Дальнейших же попыток использования гироскопического компаса в авиации, как об этом можно судить по периодической печати, не предпринималось.

Самолетостроителям в этом вопросе пришлось идти самостоятельным путем. Без сомнения, установившиеся методы проектирования и технологические приемы изготовления гироскопических компасов были в полной мере использованы самолетостроителями, что и оказало решающее влияние на сравнительно быстрое внедрение гироскопических приборов в авиацию. Так, уже в первую мировую войну русские военные самолеты были оборудованы гироскопическими указателями горизонта (рис.15).

Рис.15. Авиационный гирогоризонт 1914 г.

Волчок прибора приводился во вращение сжатым воздухом, подаваемым внутрь прибора через патрубок с и отсасываемым оттуда через трубку d. Волчок описываемого прибора упирался одним концом своей оси, так называемой шпилькой, в подпятник или топку N (рис.16).

Верхняя часть оси ААХ вращения волчка оканчивалась небольшим плоским диском а, по положению которого относительно прозрачного сферического колпака Ь, неизменно связанного с самолетом, и выдерживался горизонтальный полет.

Русская авиация не только не отставала от зарубежных стран в деле использования гироскопических приборов на самолете, но часто являлась пионером их внедрения.

Так, например, в 1917 г. русские летчики А.Н. Журавченко и Г.Н. Алехнович совершили на самолете «Илья Муромец» слепой полет, выдерживая прямолинейный курс в заданном направлении по гироскопическому указателю поворотов, о принципиальном устройстве которого будет сказано ниже. Этот прибор, разработанный П.П. Шиловским специально для авиации, позволил провести самолет по заранее намеченному курсу при полном отсутствии видимости земных ориентиров.

Рис.16. Схема, объясняющая принцип работы авиационного гирогоризонта 1914 г.: а-при горизонтальном полете; б-при наборе высоты

Работы советских ученых А.Н. Крылова, Б.В. Булгакова, С.С. Тихменева, Г.В. Коренева, А.Р. Бонина, Г.О. Фридлен-дера и многих других в содружестве с выдающимися конструкторами Е.Ф. Антиповым, Е.В. Ольманом, Р.Г. Чичикяном, А.И. Марковым и другими талантливыми инженерами обеспечили оснащение советской авиации высококачественными гироскопическими приборами.

В двадцатых годах текущего столетия в дополнение к указателю поворотов создаются авиационные гироскопические указатели, курса и горизонта, которые стали в настоящее время обязательными навигационными приборами самолета любого типа. В начале тридцатых годов советские конструкторы Д.А. Браславский, М.М. Качкачян и М.Г. Эйлькинд первыми в мире разработали, построили и испытали гиромагнитный компас, получивший в настоящее время широкое распространение в авиации всех стран мира.

Гироскопические приборы позволяют измерять углы, угловые скорости и ускорения при отклонении самолета от заданного направления.

Пользуясь гироскопическими приборами, определяют Линейные скорости и ускорения движения самолета. Наконец, они облегчают физический труд летчика, управляя полетом самолета автоматически.

Гироскоп на самолете

Тема раздела Аппаратура радиоуправления в категории Cамолёты — Общий; Привет. Я уже почитал ряд публикаций на эту тему, хотел бы прояснить для себя некоторые азы. 1) В полете выбираем .

Опции темы
  • Версия для печати
  • Отправить по электронной почте…
  • Подписаться на эту тему…

Гироскоп на самолете

Привет. Я уже почитал ряд публикаций на эту тему, хотел бы прояснить для себя некоторые азы.

1) В полете выбираем понравившееся нам положение самолета в воздухе, включаем с пульта гироскоп, он «ловит» текущее положение оси (осей) и удерживает самолет в таком положении, пока мы его не отключим. Так?

2) Скажите, с включенным гироскопом все еще можно корректировать самолет руками. Т.е. например гироскоп контролирует РН, летим прямо, но необходимо развернуться в обратную сторону, нужно ли при этом отключать гироскоп?

3) Сколько осей может контролировать 1 гироскоп? Только одну, или существуют такие, на которые можно повесить сразу все (РН, РВ, Элероны)?

4) Если самолет заходит на посадку при боковом ветре, допустим, гироскоп держит его прямо по всем 3-м осям, при этом ведь самолет все равно сносит вбок? Хоть он и летит не навстречу ветру носом, а прямо. И тут опять возвращаемся к вопросу 2. Его можно при всем этом все-таки руками выровнять по ВПП?

5) Сколько свободных каналов требуется для нормальной работы этого устройства? Из расчета 1 ось — 1 канал, или нет? У меня есть 9 каналов, 2 — руль высоты, 2 — элероны, 1 — руддер, 1 — газ, 1 — автоподкал, т.е. 2 канала свободны, этого хватит для того чтобы взять под контроль 3 оси?

Сам мечтаю о такой штуке. Но мне казалось очевидным, что гироскоп лишь помогает в управлении, а не является его главным элементом.
как же тогда вертолётчики летают? Ну возьмём например самый простой вертолётик Lama-4.

Было время я эксперементировал с ними, но, честно, детали уже забыл, надо перечитывать инструкции, написано все понятно.

У гироскопов несколько режимов работы, подруливать в воздухе, конечно, можно, а вообще надо изучать мануалы.

Если иметь ввиду классический самолетный гиро он отрабатывает только внешние возмущения,пропуская через себя команды управления.Очень эффектно выглядел пролет Бивера на спине с 30-ти градусным креном через всю Ходынку с брошенными ручками управления.

+1 канал для регулировки степени участия гироскопа.

На РН обычно не нужен.

Отключать не надо,как только пришло новое положение рулей,гироскоп их пропустит напрямую.

После длительных экспериментов пришел к выводу-больше всего гир.нужен на посадке заведомо строгих самолей типа и-16,особенно крен при малых скоростях,т.к.гир.устраняет тенденцию к сваливанию на крыло,т.е.моментально убирает возникший крен,самоль какбудто приклеивается к горизонту,а РВ двигать уже гораздо легче.

Почему-то мне кажется, что на руль направления гир как раз нужен больше чем куда-либо, как раз на посадке, при висении и т.д.

Про висение не скажу,не было необходимости,а на шустрых копиях не один самоль был спасен.Уж больно быстро они по крену уваливаются. Если проведете эксперименты на висении-расскажите,что и как.

И. все-таки существуют ли гироскопы с 3-мя осями?

[IMG]http://www.*************/static/images/catalog/37229.jpg[/IMG] во кажись гироскоп

Проводил! гиры стояли на на рн и рв висеть на порядок проще хотя руление остаётся также по газу элеронам рв и рн

Есть такое дело, пробовал. Согласен. Но есть и такая ложка дёгтя в эту бочку мёда: гироскоп до последнего держит-держит-держит, ты расслабился, скорость потерял, самолёт кувырк, и на земле кверху пузом. Так что гироскопу доверяй, а скорость посадочную держи. А вообще, конечно, если гиро по крену стоит, то посадка очень эффектно смотрится.

Читайте также  На каком топливе работал первый автомобиль?

скорость потерял, самолёт кувырк

Как и всякое дело нельзя доводить до абсурда.А с хорошо работающим г.можно летать хоть задом наперед.В общем шутю,но иногда надо.Ухлопать хитрый самоль на посадке плевое дело,хотя экстра пилоты и осуждают его присутствие.Кому чего больше нравится.

Да. уже существуют и массово будут доступны в 1-2 квартале 2010 года.

Я на мустанг поставил GU-310 (вертолётный) . пылиться на шкафу — холодно.
Но прикольно он машет элеронами.

Правда маловато толку будет, а в режиме «удержание» — боюсь, что гироскоп может сбесится . (стык очнь осторожно надо дрыгат — я так не умею)

Для эксперимента ставил вертолетный гиро на Р.Н.. Хотел, чтобы самолет сам подруливал на разбеге и посадке. Эффект минимальный, зато обнаружился неприятный момент в полете. Закладываешь вираж элеронами, самолет кренится и начинает поворот, и тут гироскоп перекладывает Р.Н. на выход из поворота. ( он же не знает, что это я хочу повернуть, и честно пытается удержать направление).
Самолет при этом пытается изобразить полет на ноже, вместо задуманного поворота.
Снял я гироскоп, летать стало просто и понятно. Но , все-же, эксперименты с гироскопами продолжу. Интересно ведь!

Вот рекомендую : http://www.lf-technik.de/shop/produc. roBot-900.html

Последний раз редактировалось Bimer; 23.12.2009 в 03:37 .

гиро на Р.Н
изобразить полет на ноже, вместо задуманного поворота.
Поэтому на копиях хитрых я не ставлю на Р.Н.

Видео-класс,показывает возможности гира,предвкушаю справедливый гнев экстра пилотов,летающих исключительно на ручках.Скорее всего они правы,пилотаж-дело тонкое и интимное,а вот на срывных копиях,да на посадке,милое дело.Да и эксперимент,дело хорошее,приветствую.Тем более,если вовремя пользоваться каналом коэффициента участия Г.в полете.

Пробовал гиру на элероны. помогает, прикольно в принципе. Но юзал дешевый китайский гироскоп на электричке, так бек не выдеживал тока, включался бэтерифайлсейв, запорол карбоновый винт из за этого, хорошо еще не в полете врубался. Так что если уж гиру то нормальную.
Вообще сейчас подумываю о гире на РН на пилотагу, очень плохо рулится на посадке, а полоса очень узкая, на крайнем полете самолет врезался в друга, обошлось без травм, двигатель заглушил заранее, но крыло вскрылось. Вот и думаю с гирой попробовать, на время полета можно его отключать и включать только перед посадкой.
Вообще думается гира нужна только на копиях скажем для копийной посадки, если уж самому хочется чтоб самолет как по рельсам шел на посадку. Иначе все это от лукавого. Ручками надо рулить. На соревнованиях вообще гира это есть почти преступление. Даже на реактивных копиях в сильнейший ветер люди летают без гир.

На попробовать бы супер конечно, но дорого, хотя с другой стороны набор гир на все каналы, да на все сервы, обойдется значительно дороже, а покупать чтоб пару раз посмеяться полетать, ну его нафиг, думаю летать на таком чуде не особо интересно.
В принципе думаю можно гиру применить например при обучении некоторым элементам 3Д, ролинг хариер например, бочка силовая. потом отключать и ручками, ручками.

Привет. Я уже почитал ряд публикаций на эту тему, хотел бы прояснить для себя некоторые азы.

1) В полете выбираем понравившееся нам положение самолета в воздухе, включаем с пульта гироскоп, он «ловит» текущее положение оси (осей) и удерживает самолет в таком положении, пока мы его не отключим. Так?

2) Скажите, с включенным гироскопом все еще можно корректировать самолет руками. Т.е. например гироскоп контролирует РН, летим прямо, но необходимо развернуться в обратную сторону, нужно ли при этом отключать гироскоп?

3) Сколько осей может контролировать 1 гироскоп? Только одну, или существуют такие, на которые можно повесить сразу все (РН, РВ, Элероны)?

4) Если самолет заходит на посадку при боковом ветре, допустим, гироскоп держит его прямо по всем 3-м осям, при этом ведь самолет все равно сносит вбок? Хоть он и летит не навстречу ветру носом, а прямо. И тут опять возвращаемся к вопросу 2. Его можно при всем этом все-таки руками выровнять по ВПП?

5) Сколько свободных каналов требуется для нормальной работы этого устройства? Из расчета 1 ось — 1 канал, или нет? У меня есть 9 каналов, 2 — руль высоты, 2 — элероны, 1 — руддер, 1 — газ, 1 — автоподкал, т.е. 2 канала свободны, этого хватит для того чтобы взять под контроль 3 оси?

1) Да.
2) Да, но управление становится своеобразным к нему надо привыкать.
3) Про оси написали. У меня 352 поддерживает две оси.
4) У меня стоят на РН и РВ на посадке идёт как по линейке, даже при ветре, управлять можно.
5) Тут вы сами всё сказали: 1ось — один канал. У меня на пилотажке 7 каналов хватает : 2-элероны,РН,РВ,Газ, и 2-а на гироскоп.

Как это работает: гироскоп

Привет всем, уважаемые пользователи лучшего мобильного портала Trashbox. Сегодняшняя шестая по счёту статья из рубрики «Как это работает» посвящается гироскопу. Если вам не известно, что это такое — данная статья для вас. Давайте же узнаем, что такое гироскоп и как это работает. Самое интересное под катом.

Содержание

Гироскоп (в переводе значит «вращение» или «смотреть») — устройство, имеющее способность измерения изменения углов ориентации связанного с ним тела относительно инерциальной системы координат. В настоящее время известно два типа гироскопов: механический и оптический. По режиму действия гироскопы делятся на: датчики угловой скорости и указатели направления. Однако, одно устройство может работать одновременно в разных режимах в зависимости от типа управления.

Что касается механических гироскопов, то из них больше всех известен роторный гироскоп — это твёрдое тело, которое быстро вращается и ось которого способна изменять ориентацию в пространстве. Скорость вращения гироскопа при этом существенно превышает скорость поворота оси его вращения. Основным свойством данного гироскопа является способность сохранения в пространстве неизменного направления оси вращения при отсутствии какого-либо воздействия на неё внешних сил. Основная часть роторного гироскопа — быстро-вращающийся ротор, имеющий несколько степеней свободы (осей возможного вращения).

Принцип работы

Принцип работы гироскопа заключается в грузиках, которые вибрируют на плоскости с частотой скорости умноженной на перемещение. При повороте гироскопа возникает так называемое Кориолисово ускорение. Если вы пропускали физику в школе или не знаете, то у всех тел есть единое свойство — при вращении они сохраняют свою ориентацию относительно направления силы тяжести. По сути, гироскоп — это волчок, который вращается вокруг вертикальной оси, закреплённый в раме, которая способна поворачиваться вокруг горизонтальной оси, и в свою очередь закреплена в другой раме, которая может поворачиваться вокруг третьей оси. Таким образом, можно придти к выводу: как бы мы не поворачивали волчок, он всегда имеет возможность всё равно находиться в вертикальном положении. Датчики снимают сигнал, как волчок ориентирован относительно рам, а процессор считывает, как рамы в этом случае должны быть расположены относительно силы тяжести.

Гироскопы применяются в технике. Они используются в виде компонентов как в системах навигации (авиагоризонт, гирокомпас и т. п.), так и в системах ориентации и стабилизации космических аппаратов. Что касается той самой системы стабилизации, то она бывает трёх типов: система силовой стабилизации (используется на двухстепенных гироскопах), система индикаторно-силовой стабилизации (также на двухстепенных гироскопах) и система индикаторной стабилизации (на трёхстепенных гироскопах).

Читайте также  Как работает гибридный двигатель лексус?

А теперь поподробнее об этих трёх основных типах. Система силовой стабилизации: для стабилизации вокруг каждой оси требуется один гироскоп. Сама стабилизация осуществляется непосредственно гироскопом, а также двигателем разгрузки. В начале действует гироскопический момент, а потом уже подключается двигатель разгрузки. Система индикаторно-силовой стабилизации: для стабилизации также требуется один гироскоп. Стабилизация осуществляется только двигателями разгрузки, но в начале появляется небольшой гироскопический момент. И последняя — система индикаторной стабилизации: для стабилизации вокруг двух осей нужен один гироскоп. Стабилизация осуществляется только двигателями разгрузки.

Использование гироскопа в мобильных устройствах

Давайте же затронем тему использования гироскопа в мобильных устройствах и игровых приставках. В настоящее время в большинстве смартфонов используется так называемый МЭМС-акселерометр. Будучи датчиком ускорения, в покойном состоянии он видит только один вектор — вектор всемирной силы тяготения, который всегда направлен к центру Земли. По разложениям вектора на чувствительные оси датчика без каких-либо затруднений вычисляется угловое положение устройства в пространстве. Также разложение вектора может показать, что датчик неспособен определить разворот устройства по углу курса, то есть поворот влево или вправо при поставленном на ребро смартфоне — проекция вектора на курс всегда равняется нулю. Впервые игровой контроллер, умеющий определять своё положение в пространстве, был выпущен компанией Nintendo — Wii Remote для игровой приставки Wii, и в нём используется только трёхмерный акселерометр.

Кроме того, гироскоп стал применяться и в игровых контроллерах. Например, Sixaxis для SONY PlayStation третьего поколения и Wii MotionPlus для Nintendo Wii. В обоих игровых контроллерах используются два дополняющих друг друга пространственных сенсора: гироскоп, а также акселерометр. Также в новейших контроллерах, кроме акселерометра, используется дополнительный пространственный сенсор — гироскоп. Если привести работу гироскопа в других вещах, то существуют игрушки на основе гироскопа. Самыми банальными примерами являются йо-йо и волчок или в народе его называют «юла». Волчки же отличаются от гироскопов тем, что не имеют ни одной неподвижной точки.

В других сферах также есть применение гироскопу — их целый список. Гироскоп используется в приборах навигации в самолётах и космических аппаратах, в оружии (пуля при стрельбе закручивается, это придаёт ей гораздо большую устойчивость и повышает точность стрельбы), колёса велосипеда или подобного устройства работают как гироскопы — это не даёт ездоку упасть. Таким образом, любой вращающийся предмет можно назвать гироскопом — он противодействует отклонению оси вращения.

Инерциальная навигационная система: как это работает

Долгое время отсутствие точной информации о местоположении самолета или вертолета было серьезным препятствием на пути развития авиации. Пилотам была необходима навигационная система, которая не зависела бы от земных ориентиров и капризов природы. Появление автономных инерциальных систем навигации стало большим шагом в истории авиации. Первые инерциальные системы в нашей стране были разработаны в 1960-х годах в Раменском приборостроительном КБ, входящем сегодня в концерн «Радиоэлектронные технологии» (КРЭТ) Госкорпорации Ростех.

В автономном полете

Первые пилоты в движении ориентировались по солнцу, звездам или компасу, затем появились радиосигналы, но все эти способы зависели от внешних факторов, а значит, не были полностью надежными. Требовался навигационный прибор, анализирующий движение самолета и не использующий внешние источники информации. Все необходимое оборудование должно быть размещено на борту самолета, а система должна функционировать полностью автономно.


Бесплатформенная навигационная система БИНС-СП-1

Такой метод теоретически был разработан в 1930-е годы, но реализовать его удалось только спустя 20 лет. Инерциальная навигация основывается на применении законов механики, в частности на теории устойчивости механических систем, которую разрабатывали русские математики А.М. Ляпунов и А.В. Михайлов. Первые инерциальные навигационные системы (ИНС) были созданы в 1950-е годы в США и СССР. Они были довольно громоздкими и могли занимать все свободное пространство самолета. Современные ИНС изготавливаются с применением микроэлектронных технологий и занимают гораздо меньше места.

ИНС могут решать различные задачи. Это и общая географическая ориентировка, и определение местонахождения относительно заданной траектории или цели, и наведение на движущуюся цель.

Устройство инерциальной системы

Основа работы ИНС заключается в измерении ускорений летательного аппарата и его угловых скоростей относительно трех осей самолета для того, чтобы исходя из этих данных определить местоположение самолета, его скорость, курс и другие параметры. По результатам анализа объект стабилизируется, и может использоваться автоматическое управление.


Лазерный гироскоп

Для сбора информации о полете в состав ИНС включаются акселерометры, считывающие линейное ускорение, и гироскопы, позволяющие определить углы наклона самолета относительно основных осей: тангаж, рысканье и крен. Точность полученной информации зависит от характеристик этих приборов. Анализом данных занимается компьютер, который затем по определенным навигационным алгоритмам корректирует движение объекта.

ИНС делятся на платформенные и бесплатформенные. Основой для платформенных ИНС служит гиростабилизированная платформа. В бесплатформенных системах акселерометры и гироскопы жестко связаны с корпусом прибора. Функции платформы моделируются математически вычислительной системой. Бесплатформенные системы выгодно отличаются меньшим весом и габаритами, а также возможностью работать при значительных перегрузках.

Преимущества ИНС перед другими навигационными системами заключаются в их полной независимости от внешних источников данных, повышенной защите от помех, высокой информативности и возможности передавать информацию на большой скорости. Отсутствием какого-либо излучения при работе ИНС обеспечивается скрытность объекта, на котором она используется.

Недостатком ИНС можно назвать ошибки, которые накапливаются с течением времени в получаемой от приборов информации. Это могут быть как методические ошибки, так и ошибки, связанные с неверной начальной настройкой оборудования. Для их коррекции создаются интегрированные навигационные системы, где данные, получаемые ИНС, дополняются данными, поступающими от неавтономных систем, например спутниковой навигации. Еще одним относительным минусом ИНС является высокая стоимость входящего в их состав оборудования.

Авионика из Раменского

Инерциальные навигационные системы сегодня применяются не только в авиации. Их появление повлияло на развитие космонавтики, увеличилась дальность походов подводных лодок. ИНС используются в управлении морскими судами и баллистическими ракетами, применяются в геодезии. Также актуально применение подобных систем в беспилотных летательных аппаратах.

В 1960-е годы первые в СССР инерциальные навигационные системы для авиации были разработаны Раменским приборостроительным конструкторским бюро (РПКБ). Начиная с 1958 года специалистами РПКБ проводилось эскизное проектирование ИНС для различных классов и типов летательных аппаратов. Совершенствование чувствительных элементов – разработка поплавковых гироскопов и акселерометров, а затем динамически настраиваемых гироскопов – и применение цифровой вычислительной техники обеспечили создание и широкое применение ИНС.

К началу 1970-х годов предприятием были решены проблемы точного управляемого полета на большие расстояния. В дальнейшие годы инерциальные системы многократно совершенствовались. Раменское предприятие создавало навигационные комплексы и другое оборудование для самолетов ОКБ Сухого, Микояна, Туполева, Ильюшина, Камова, Миля и др. В 2012 году предприятие вошло в состав концерна «Радиоэлектронные технологии». Сегодня РПКБ – один из мировых лидеров в производстве авиационной электроники.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: